JP2017180669A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの変速段の間での変速段の変更を、容易に行えるとともに、迅速に完了させることができる動力伝達装置を提供する。【解決手段】第１〜第３回転要素の回転数が共線図において単一の直線上にこの順で並ぶ。第３回転要素が被駆動部に連結され、動力源に連結された第１回転要素には、第１回転要素を第１所定回転方向に回転させる第１回転動力と、第１所定回転方向と逆方向の第２所定回転方向に回転させる第２回転動力が、動力源から入力される。第１切替手段が、第１回転動力の発生中に第１所定回転方向への第２回転要素の回転を阻止し、第２回転動力の発生中に第２所定回転方向への第２回転要素の回転を許容する。第２切替手段が、第２回転動力の発生中に第１回転要素の回転数が第２回転要素の回転数を上回ることを阻止するとともに、第２回転動力が発生していないときに第１回転要素の回転数が第２回転要素の回転数を上回ることを許容する。【選択図】図１

Description

本発明は、動力を伝達するための動力伝達装置に関する。

従来、この種の動力伝達装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この動力伝達装置は、電動車両に適用されたものであり、動力源としての回転電機の回転動力を車両の駆動輪に伝達するための変速装置を備えている。変速装置は、所定の１速段及び２速段から成る２つの変速段を有する有段式の自動変速装置であり、差動装置、ブレーキ、油圧式のクラッチ及びワンウェイクラッチを有している。差動装置は、キャリヤに回転自在に支持された２連ピニオンギヤと、２連ピニオンギヤの一方に噛み合う第１サンギヤ及びリングギヤと、２連ピニオンギヤの他方に噛み合う第２サンギヤなどで構成されており、これらの第２サンギヤ、第１サンギヤ、キャリヤ及びリングギヤの回転数は、共線図において単一の直線上にこの順で並ぶ共線関係にある。

また、第２サンギヤはブレーキに連結されており、第１サンギヤは、出力軸を介して駆動輪に連結されている。キャリヤは、クラッチを介して回転電機に連結されており、リングギヤは、ワンウェイクラッチを介して回転電機に連結されている。ワンウェイクラッチは、回転電機からリングギヤへの正転方向の回転動力の伝達を接続し、リングギヤから回転電機への正転方向の回転動力の伝達を遮断する。さらに、動力伝達装置では、ブレーキ及びクラッチの動作を制御装置で次のようにして制御することにより、変速装置の変速段が１速段又は２速段に設定されるとともに、回転電機の回転動力が変速装置で変速された状態で駆動輪に伝達される。

すなわち、変速装置の変速段を１速段に設定する場合には、ブレーキで第２サンギヤを回転不能に制動し、クラッチを解放することによって、回転電機とキャリヤの間を遮断する。この場合、回転電機の回転動力は、ワンウェイクラッチを介してリングギヤに伝達され、第２サンギヤに作用するブレーキの制動力を反力として、さらに２連ピニオンギヤ及び第１サンギヤを介して、駆動輪に伝達される。その結果、回転電機の回転動力は、差動装置における各種のギヤのギヤ比で定まる１速段の変速比で減速された状態で、駆動輪に伝達される。

また、変速装置の変速段を２速段に設定する場合には、ブレーキで第２サンギヤを回転不能に制動し、クラッチを係合させることによって、回転電機とキャリヤの間を接続する。この場合、回転電機の回転動力は、クラッチを介してキャリヤに伝達され、第２サンギヤに作用するブレーキの制動力を反力として、さらに２連ピニオンギヤ及び第１サンギヤを介して、駆動輪に伝達される。その結果、回転電機の回転動力は、各種のギヤのギヤ比で定まる２速段の変速比で減速された状態で、駆動輪に伝達される。

特開平５−３３２４０８号公報

上述したように、従来の動力伝達装置では、回転電機の回転動力は、変速段が１速段のときにはリングギヤに伝達される一方、２速段のときにはキャリヤに伝達される。また、リングギヤ、キャリヤ、第１及び第２サンギヤの回転数が共線関係にあるため、駆動輪に連結された第１サンギヤの同じ回転数に対して、キャリヤの回転数は、リングギヤの回転数よりも低くなる。このため、変速段を１速段から２速段に変更するにあたり、変速ショックを抑えるには、キャリヤの回転数に回転電機の回転数を一致させるように制御し、それにより回転電機の回転数がキャリヤの回転数に一致した後に、その状態で回転電機とキャリヤの間を接続するようにクラッチを制御し、このクラッチの接続動作が完了した後に、回転電機のトルクを発生させる制御を行わなければならない。以上のように、従来の動力伝達装置では、１速段から２速段への変速段の変更に要する制御が非常に煩雑になってしまう。また、２速段への変速段の変更にあたって、回転電機の回転数がキャリヤの回転数に一致した後に、クラッチに接続動作を行わせるための制御を開始し、クラッチの接続動作が完了するのを待たなければならないので、この変速段の変更に時間がかかり、ひいては、回転電機の回転動力が駆動輪に伝達されない状態が長く継続してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、２つの変速段の間での変速段の変更を、容易に行うことができるとともに、迅速に完了させることができる動力伝達装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、第１回転要素（実施形態における（以下、本項において同じ）サンギヤＳ）、第２回転要素（キャリヤＣ）及び第３回転要素（リングギヤＲ）を有し、第１〜第３回転要素の回転数が共線図において単一の直線上にこの順で並ぶ共線関係を満たすとともに、第２回転要素を固定した状態で第１及び第３回転要素を回転させたときに、第１回転要素の回転方向と、前記第３回転要素の回転方向とが互いに異なるように構成された差動装置（遊星歯車装置ＰＳ）を備える動力伝達装置１、３１、４１であって、第１回転要素には、第１回転要素を第１所定回転方向に回転させる第１回転動力と、第１回転要素を第１所定回転方向と逆方向の第２所定回転方向に回転させる第２回転動力とを、第１回転要素に入力可能な動力源（回転電機３）が機械的に連結され、第３回転要素には、動力伝達装置１、３１、４１によって駆動される被駆動部（後輪ＷＬ、ＷＲ）が機械的に連結され、第２回転要素には、動力源が第１回転動力を発生したときに、第２回転要素の第１所定回転方向の回転を阻止するとともに、動力源が第２回転動力を発生したときに、第２回転要素の第２所定回転方向の回転を許容する第１切替手段（第１ワンウェイクラッチ５、３２）と、動力源が第２回転動力を発生したときに、第１回転要素の回転数が第２回転要素の回転数を上回ることを阻止するとともに、動力源が第２回転動力を発生しないときに、第１回転要素の回転数が第２回転要素の回転数を上回ることを許容する第２切替手段（第２ワンウェイクラッチ６、３３、４２）と、が機械的に接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、動力伝達装置の差動装置は、その第１〜第３回転要素の回転数が共線図において単一の直線上にこの順で並ぶ共線関係を満たすとともに、第２回転要素を固定した状態で第１及び第３回転要素を回転させたときに、第１回転要素の回転方向と、第３回転要素の回転方向とが互いに異なるように構成されている。また、第１回転要素が、動力源に機械的に連結されるとともに、第３回転要素が、被駆動部に機械的に連結されている。動力源は、第１回転要素を第１所定回転方向に回転させる第１回転動力と、第１回転要素を第１所定回転方向と逆方向の第２所定回転方向に回転させる回転動力とを第１回転要素に入力可能である。

以上の構成から、動力伝達装置における各種の構成要素の間の回転数の関係は、例えば図２８及び図２９のように表される。図２８及び図２９ならびに後述する他の共線図では、値０を示す横線から縦線上の白丸までの距離が、各回転要素の回転数に相当する。なお、これらの図２８及び図２９は、第２回転要素を固定した状態で第１及び第３回転要素を回転させたときに、第１回転要素の回転数の絶対値が第３回転要素の回転数の絶対値よりも大きい場合の例である。また、図２８及び図２９は、動力源及び被駆動部が第１及び第２回転要素にそれぞれ直接、連結されている場合の例であるが、ギヤなどを介して連結されていてもよい。

また、前述した構成によれば、第１切替手段によって、動力源が第１回転動力を発生したときに、第２回転要素の第１所定回転方向の回転が阻止されるとともに、動力源が第２回転動力を発生したときに、第２回転要素の第２所定回転方向の回転が許容される。さらに、第２切替手段によって、動力源が第２回転動力を発生したときに、第１回転要素の回転数が第２回転要素の回転数を上回ることが阻止されるとともに、動力源が第２回転動力を発生しないときに、第１回転要素の回転数が第２回転要素の回転数を上回ることが許容される。

また、図２８において、Ｔｍは動力源の出力トルクであり、Ｒｃ１は、第１切替手段の反力トルク、Ｒｏは、被駆動部の反力トルクであり、このことは図２９についても同様である。図２８に示すように、動力源から第１回転要素に、第１回転要素を第１所定回転方向に回転させる第１回転動力を入力すると、第１所定回転方向への第２回転要素の回転が第１切替手段により自動的に阻止され、第１回転要素に入力された動力源の出力トルクＴｍは、第１切替手段の反力トルクＲｃ１を反力として、第３回転要素を介して被駆動部に伝達され、それにより、被駆動部が第２所定回転方向に回転する。また、図２８から明らかなように、動力源の第１回転動力は、減速された状態で被駆動部に伝達される。この場合、第１回転要素の回転数が第２回転要素の回転数を上回ることが、第２切替手段によって自動的に許容される。

さらに、図２９に示すように、動力源から第１回転要素に、第１回転要素を第２所定回転方向に回転させる第２回転動力を入力すると、第２切替手段によって、第１回転要素の回転数が第２回転要素の回転数を上回ることが自動的に阻止され、それにより第１〜第３回転要素が一体に回転する。その結果、動力源の出力トルクＴｍは、第１〜第３回転要素を介して被駆動部に伝達され、それにより、被駆動部が第２所定回転方向に回転する。この場合、動力源の回転動力は、差動装置によっては変速されずに、被駆動部に伝達される。また、第１切替手段によって、第２回転要素の第２所定回転方向の回転が自動的に許容される。

以上のように、動力伝達装置では、差動装置、第１及び第２切替手段によって２つの変速段を有する変速装置が構成されている。ここで、２つの変速段のうち、図２８に示す変速段を１速段とし、図２９に示す変速段を２速段とする。１速段から２速段に変速段を変更する場合、動力源から第１回転要素に、第１回転要素を第２所定回転方向に回転させる第２回転動力を入力するとともに、第１回転要素の回転数が第２回転要素の回転数に一致するように動力源の回転数を制御することによって、第１回転要素の回転数が第２回転要素の回転数を上回ることが自動的に阻止され、２速段への変速段の変更が完了する。

これとは逆に、２速段から１速段に変速段を変更する場合、動力源から第１回転要素に、第１回転要素を第１所定回転方向に回転させる第１回転動力を入力するとともに、第２回転要素の回転数が値０になるように動力源の回転数を制御することによって、第１所定回転方向への第２回転要素の回転が第１切替手段で自動的に阻止され、１速段への変速段の変更が完了する。

以上のように、動力伝達装置では、前述した従来の動力伝達装置と異なり、動力源から第１回転要素に入力される回転動力の回転方向の変更と、上述した動力源の回転数制御を行うだけで、クラッチの係合制御を行うことなく、２つの変速段の間の変速段の変更を、容易に行うことができるとともに、迅速に完了させることができる。また、変速段の変更を迅速に完了させられるので、変速段の変更により動力源の回転動力が被駆動部に伝達されなくなる時間を、短縮することができる。

なお、図２８及び図２９は、第２回転要素を固定した状態で第１及び第３回転要素を回転させたときに、第１回転要素の回転数の絶対値が第３回転要素のそれよりも大きい場合の例であるが、これとは逆に、第３回転要素の回転数の絶対値が第１回転要素のそれよりも大きい場合にも、上述した効果を同様に得ることができる。なお、この場合には、動力源から第１回転要素に、第１回転要素を第２所定回転方向に回転させるような回転動力を入力したときに、動力源の回転動力は、増速した状態で被駆動部に伝達される。

本発明の第１実施形態による動力伝達装置を、これを適用した車両の一部とともに示すスケルトン図である。 図１の動力伝達装置のＥＣＵなどを示すブロック図である。 図１の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が１速段である場合について示す共線図である。 図１の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が２速段である場合について示す共線図である。 図１の動力伝達装置の動作例を示すタイミングチャートである。 図５の比較例を示すタイミングチャートである。 従来の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が１速段である場合について示す共線図である。 従来の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が２速段である場合について示す共線図である。 図７の従来の動力伝達装置のようにステップ比が比較的大きい場合における出力軸回転数と出力軸伝達トルクとの関係を示す図である。 本発明の第２実施形態による動力伝達装置を、これを適用した車両の一部とともに示すスケルトン図である。 図１０の動力伝達装置のＥＣＵなどを示すブロック図である。 図１０の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が１速段である場合について示す共線図である。 図１０の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が２速段である場合について示す共線図である。 図１０の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が後進段である場合について示す共線図である。 本発明の第３実施形態による動力伝達装置を、これを適用した車両の一部とともに示すスケルトン図である。 図１５の動力伝達装置のＥＣＵなどを示すブロック図である。 図１５の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が１速段であり、かつ回転電機で力行を実行している場合について示す共線図である。 図１５の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が２速段であり、かつ回転電機で力行を実行している場合について示す共線図である。 図１５の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が１速段であり、かつ回転電機で回生を実行している場合について示す共線図である。 図１５の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が２速段であり、かつ回転電機で回生を実行している場合について示す共線図である。 図１５の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が後進段である場合について示す共線図である。 本発明の第４実施形態による動力伝達装置を、これを適用した車両の一部とともに示すスケルトン図である。 図２２の動力伝達装置のＥＣＵなどを示すブロック図である。 図２２の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が１速段である場合について示す共線図である。 図２２の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を、変速段が２速段である場合について示す共線図である。 図２２の動力伝達装置の技術的観点を説明するための共線図である。 図２６と比較される比較例における各種の回転要素の間の回転数の関係を示す共線図である。 本発明の動力伝達装置の動作を説明するための共線図である。 本発明の動力伝達装置の動作を説明するための別の共線図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による動力伝達装置１を、これを適用した車両の一部とともに示している。この車両は、その前部に動力源としてのエンジンが搭載された四輪車両であり、動力伝達装置１は、動力源としての回転電機３の回転動力を車両の左右の後輪ＷＬ、ＷＲに伝達するためのものである。図１に示すように、動力伝達装置１は、遊星歯車装置ＰＳ、第１ワンウェイクラッチ５及び第２ワンウェイクラッチ６を備えている。

回転電機３は、例えばブラシレスＤＣモータであり、複数の鉄芯やコイルなどで構成されたステータと、複数の磁石などで構成されたロータ（いずれも図示せず）と、ロータに同軸状に一体に設けられた回転軸３ａを有している。回転電機３では、ステータに電力が供給されると、供給された電力は、回転動力に変換され、ロータから回転軸３ａに出力される。この場合、回転軸３ａの回転方向は、後述する図３及び図４に示すように、正転方向と逆転方向に変更可能である。また、回転軸３ａに回転動力が入力されると、この回転動力は、電力に変換され（発電）、ステータに出力される。

また、回転電機３のステータは、パワードライブユニット（以下「ＰＤＵ」という）１５を介して、充電・放電可能なバッテリ１６に電気的に接続されており、バッテリ１６との間で電気エネルギを授受可能である。このＰＤＵ１５は、インバータなどの電気回路で構成されている。図２に示すように、ＰＤＵ１５には、後述するＥＣＵ２が電気的に接続されている。このＥＣＵ２は、ＰＤＵ１５を制御することによって、回転電機３に供給する電力と、回転電機３で発電する電力と、回転軸３ａの回転数（以下「モータ回転数」という）を制御する。

前記遊星歯車装置ＰＳは、一般的なシングルピニオンタイプのものであり、サンギヤＳと、サンギヤＳに噛み合う複数のピニオンギヤＰ（２つの図示）と、ピニオンギヤＰを回転自在に支持する、回転自在のキャリヤＣと、サンギヤＳの外周に設けられ、ピニオンギヤＰに噛み合うリングギヤＲを有している。サンギヤＳは、回転電機３の回転軸３ａに同軸状に一体に設けられており、回転軸３ａと一体に回転自在である。リングギヤＲは、中空の回転軸やフランジを介して、出力軸７に同軸状に連結されており、出力軸７と一体に回転自在である。出力軸７には、ギヤ８が同軸状に一体に設けられており、ギヤ８は、アイドラギヤ９に噛み合っている。アイドラギヤ９は、終減速装置１０のギヤに噛み合っており、終減速装置１０は、それらの左右のベベルギヤが、左右の駆動軸を介して、左右の後輪ＷＬ、ＷＲに機械的にそれぞれ連結されている。

前記第１ワンウェイクラッチ５は、一般的な機械式のものであり、キャリヤＣに同軸状に一体に設けられたインナーと、車両に固定されたケースＣＡと一体のアウターを有している。第１ワンウェイクラッチ５は、キャリヤＣを逆転方向（図３参照）に回転（逆転）させる回転動力がキャリヤＣに伝達されているときに、キャリヤＣとケースＣＡの間を接続し、それにより、キャリヤＣの逆転が阻止される。また、第１ワンウェイクラッチ５は、キャリヤＣを正転方向（図３参照）に回転（正転）させる回転動力がキャリヤＣに伝達されているときに、キャリヤＣとケースＣＡの間を遮断し、それにより、キャリヤＣの正転が許容される。

第２ワンウェイクラッチ６は、第１ワンウェイクラッチ５と同様、一般的な機械式のものであり、回転軸３ａに同軸状に一体に設けられたインナーと、キャリヤＣに同軸状に一体に設けられたアウターを有している。第２ワンウェイクラッチ６は、サンギヤＳをキャリヤＣに対して正転方向に相対的に回転させるような回転動力がサンギヤＳに入力されているときには、サンギヤＳとキャリヤＣの間を接続し、それにより、サンギヤＳ、キャリヤＣ及びリングギヤＲが一体に回転する。その結果、この場合には、サンギヤＳの回転数がキャリヤＣの回転数を上回ることが阻止される。また、第２ワンウェイクラッチ６は、サンギヤＳをキャリヤＣに対して逆転方向に相対的に回転させるような回転動力がサンギヤＳに入力されているときには、サンギヤＳとキャリヤＣの間を遮断する。その結果、この場合には、サンギヤＳの回転数がキャリヤＣの回転数を上回ることが許容される。

また、回転電機３には、第１回転数センサ２１及び電流センサ２２が設けられている。図２に示すように、第１回転数センサ２１は、モータ回転数ＮＭを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に入力する。また、電流センサ２２は、回転電機３のステータを流れる電流（以下「モータ電流」という）ＩＭを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に入力する。さらに、出力軸７の回転数（以下「出力軸回転数」という）ＮＯは、第２回転数センサ２３によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に入力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、上述した各種のセンサ２１〜２３からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、回転電機３を制御する。

以上の構成の動力伝達装置１では、遊星歯車装置ＰＳ、第１及び第２ワンウェイクラッチ５、６は、所定の１速段及び２速段から成る２つの変速段を有する変速装置として機能し、回転電機３の回転動力は、これらの１速段又は２速段の変速比で変速された状態で、出力軸７に伝達され、さらに、ギヤ８、アイドラギヤ９及び終減速装置１０を介して、左右の後輪ＷＬ、ＷＲに伝達される。以下、図３及び図４を参照しながら、動力伝達装置１の動作について説明する。

図３は、変速段が１速段である場合における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を示している。遊星歯車装置ＰＳは、前述したように一般的なシングルピニオンタイプのものである。このため、図３に示すように、サンギヤＳ、キャリヤＣ及びリングギヤＲの回転数は、それらの回転数の関係を表す共線図において、単一の直線上にこの順で並ぶ共線関係にある。また、周知のように、リングギヤＲの歯数がサンギヤＳの歯数よりも大きいため、キャリヤＣを固定した状態でサンギヤＳ及びリングギヤＲを回転させたときに、サンギヤＳの回転数の絶対値は、リングギヤＲの回転数の絶対値よりも大きくなる。さらに、各種の回転要素の間の前述した連結関係から明らかなように、サンギヤＳの回転数は、モータ回転数ＮＭと等しく、リングギヤＲの回転数は、出力軸７の回転数と等しい。

以上から、サンギヤＳ、キャリヤＣ、リングギヤＲ、回転電機３、及び出力軸７の間の回転数の関係は、例えば図３のように表される。図３及び後述する他の共線図では便宜上、回転数を表す白丸の付近に、各回転要素の回転数の符号を記載している。また、図３において、ＴＭは、回転電機３の出力トルク（以下「モータ出力トルク」という）であり、ＲＣ１は、第１ワンウェイクラッチ５の反力トルク、ＲＯは、後輪ＷＬ、ＷＲから出力軸７に作用する反力トルクである。

図３に示すように、変速段が１速段である場合には、ＥＣＵ２による回転電機３の制御によって、回転電機３からサンギヤＳに、サンギヤＳを逆転させる回転動力が入力される。この場合、キャリヤＣの逆転が第１ワンウェイクラッチ５により自動的に阻止され、サンギヤＳに入力されたモータ出力トルクＴＭは、キャリヤＣに作用する第１ワンウェイクラッチ５の反力トルクＲＣ１を反力として、ピニオンギヤＰ及びリングギヤＲを介して、その回転方向が変更された状態で出力軸７に伝達され、さらに、終減速装置１０などを介して後輪ＷＬ、ＷＲに伝達される。その結果、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲが正転する。図３から明らかなように、回転電機３の回転動力は、減速された状態で出力軸７に伝達される。また、サンギヤＳとキャリヤＣの間が、第２ワンウェイクラッチ６によって遮断される。

また、図４に示すように、変速段が２速段である場合には、ＥＣＵ２による回転電機３の制御によって、回転電機３からサンギヤＳに、サンギヤＳを正転させる回転動力が入力される。これにより、キャリヤＣに対してサンギヤＳを相対的に正転させるような回転動力がサンギヤＳに入力されることによって、サンギヤＳとキャリヤＣの間が第２ワンウェイクラッチ６で自動的に接続され、それにより、サンギヤＳ、キャリヤＣ及びリングギヤＲが一体に回転する。その結果、モータ出力トルクＴＭは、サンギヤＳ、キャリヤＣ及びリングギヤＲを介して出力軸７に伝達され、それにより、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲが正転する。この場合、回転電機３の回転動力は、遊星歯車装置ＰＳによっては変速されずに、出力軸７に伝達される。また、キャリヤＣの正転が、第１ワンウェイクラッチ５によって許容される。

また、図５は、変速段を１速段から２速段に変更した場合における動力伝達装置１の動作例を示している。図５において、ＴＯＢＪは、モータ出力トルクＴＭの目標値（以下「目標トルク」という）であり、ＴＯは、出力軸７に伝達されるトルク（以下「出力軸伝達トルク」という）である。また、図５では、各種のパラメータについて、正転方向を「＋」で、逆転方向を「−」で、それぞれ表している。

図５に示すように、１速段から２速段への変速段の変更が開始されると（時点ｔ１）、ＥＣＵ２による回転電機３の制御として、回転数制御が実行される。この回転数制御では、モータ回転数ＮＭが、出力軸回転数ＮＯに一致するように制御される。これにより、それまで逆転していた回転電機３のモータ回転数ＮＭが低下して値０になり、正転している出力軸７の出力軸回転数ＮＯに向かって上昇するようになる。この場合、モータ回転数ＮＭが出力軸回転数ＮＯに一致するまでは、目標トルクＴＯＢＪが値０に設定され、回転電機３に印加される電圧を調整することによって、モータ回転数ＮＭが上述したように制御される。また、それまで逆転方向のトルク（−）であったモータ出力トルクＴＭは、この回転数制御によって、一旦、正転方向のトルク（＋）になった後に急減する。さらに、１速段から２速段への変速段の変更中には、キャリヤＣが正転方向に空転するため、回転電機３から出力軸７にトルクが伝達されず、その結果、出力軸伝達トルクＴＯは値０になる。また、出力軸７が慣性で正転方向に空転する。

そして、モータ回転数ＮＭが出力軸回転数ＮＯに完全に一致すると（時点ｔ２）、それに伴い、サンギヤＳとキャリヤＣの間が第２ワンウェイクラッチ６で自動的に接続されることによって、２速段への変速段の変更が完了するとともに、ＥＣＵ２による回転電機３の制御が、上述した回転数制御からトルク制御に切り換えられる。このトルク制御では、目標トルクＴＯＢＪが車両の走行状態に応じた正転方向のトルクに設定されるとともに、モータ出力トルクＴＭが目標トルクＴＯＢＪになるように、モータ電流が制御される。これにより、モータ出力トルクＴＭ及び出力軸伝達トルクＴＯが、ステップ状に急増した後に一定の状態で推移するとともに、モータ回転数ＮＭ及び出力軸回転数ＮＯが上昇する。

なお、図示しないものの、２速段から１速段に変速段を変更するときには、その変更中にＥＣＵ２で実行される回転数制御では、キャリヤＣの回転数が値０になるように、モータ回転数ＮＭが制御される。この場合、モータ回転数ＮＭの目標値が、逆転方向の回転数として設定されるとともに、リングギヤＲの歯数とサンギヤＳの歯数との比を出力軸回転数ＮＯに乗算した値に設定され、この目標値になるように、モータ回転数ＮＭが制御される。これにより、それまで正転していた回転電機３のモータ回転数ＮＭが低下して値０になり、さらに逆転方向に上昇するようになる。

そして、キャリヤＣの回転数が値０になると、それに伴い、キャリヤＣの逆転が第１ワンウェイクラッチ５で自動的に阻止されることによって、１速段への変速段の変更が完了するとともに、ＥＣＵ２による回転電機３の制御が、上述した回転数制御からトルク制御に切り換えられる。この１速段のトルク制御は、２速段のそれと比較して、目標トルクＴＯＢＪが逆転方向のトルクに設定されることが異なっているだけである。

また、図６は、第１実施形態の比較例を示すタイミングチャートであり、この比較例は、前述した従来の動力伝達装置（特開平５−３３２４０８号公報）において変速段を１速段から２速段に変更した場合の動作例である。図６において、ＮＭ’は回転電機のモータ回転数、ＮＯ’は出力軸の出力軸回転数、ＴＯＢＪ’は、回転電機の出力トルクの目標値である目標トルク、ＴＯ’は、出力軸に伝達される出力軸伝達トルク、ＰＯは、油圧式のクラッチに供給される油圧（以下「クラッチ供給油圧」という）ＰＯであり、ＰＯ＝値０でクラッチが解放されていることを表している。

図６に示すように、この比較例では、１速段から２速段への変速段の変更が開始されると（時点ｔ１’）、回転電機の回転数制御が実行され、それにより、前述したようにモータ回転数ＮＭ’がキャリヤの回転数に一致するように制御されることによって、モータ回転数ＮＭ’が低下する。また、２速段への変速段の変更中、目標トルクＴＯＢＪ’が値０に設定され、回転電機とリングギヤの間がワンウェイクラッチで遮断されることによって、出力軸伝達トルクＴＯ’が値０の状態で推移する。

そして、モータ回転数ＮＭ’がキャリヤの回転数に一致すると（時点ｔ２’）、その状態が保持されるとともに、それまで解放（ＰＯ＝０）されていたクラッチを係合させるために、クラッチ供給油圧ＰＯが増大制御される。そして、クラッチ供給油圧ＰＯが所定圧ＰＲＥＦに達することでクラッチによる回転電機とキャリヤの間の接続が開始され（時点ｔ３’）、その後、ＰＯ＝ＰＲＥＦの状態がある程度、継続することでクラッチの接続動作が完了すると（時点ｔ４’）、２速段への変速段の変更が完了するとともに、回転電機の制御が、上述した回転数制御から、第１実施形態と同様のトルク制御に移行する。これにより、出力軸伝達トルクＴＯ’が、ステップ状に急増した後に一定の状態で推移するとともに、モータ回転数ＮＭ’及び出力軸回転数ＮＯ’が上昇する。

以上のように、比較例では、１速段から２速段への変速段の変更にあたり、上述したようなクラッチの係合制御を行わなければならず、この変速段の変更に要する制御が非常に煩雑である。また、２速段への変速段の変更にあたって、回転電機の回転数がキャリヤの回転数に一致した後に、クラッチに接続動作を行わせるための制御を開始し、クラッチの接続動作が完了するのを待たなければならないので、この変速段の変更に時間がかかる。その結果、回転電機の回転動力が出力軸に伝達されない状態が長く継続してしまう。

これに対して、第１実施形態によれば、１速段と２速段の間での変速段の変更を行うにあたって、前述したように、回転電機３からサンギヤＳに入力される回転動力の回転方向の変更と、前述した回転電機３の回転数制御とを行うだけで、この変速段の変更を、容易に行うことができるとともに、迅速に完了させることができる。また、変速段の変更を迅速に完了させられるので、変速段の変更により回転電機３の回転動力が後輪ＷＬ、ＷＲに伝達されなくなる時間を、短縮することができる。

また、第１実施形態における各種の要素と、本発明における各種の要素との対応関係は、次のとおりである。すなわち、第１実施形態における回転電機３が、本発明における動力源に相当し、第１実施形態における遊星歯車装置ＰＳが、本発明における差動装置に相当するとともに、第１実施形態におけるサンギヤＳ、キャリヤＣ及びリングギヤＲが、本発明における第１、第２及び第３回転要素にそれぞれ相当する。また、第１実施形態における第１及び第２ワンウェイクラッチ５、６が、本発明における第１及び第２切替手段にそれぞれ相当するとともに、第１実施形態における後輪ＷＬ、ＷＲが 本発明における被駆動部に相当する。

以上のように、第１実施形態によれば、図３及び図４を参照して説明したように、遊星歯車装置ＰＳは、そのサンギヤＳ、キャリヤＣ及びリングギヤＲの回転数が共線図において単一の直線上にこの順で並ぶ共線関係を満たすとともに、キャリヤＣを固定した状態でサンギヤＳ及びリングギヤＲを回転させたときに、サンギヤＳの回転方向がリングギヤＲの回転方向と異なるように、構成されている。また、サンギヤＳが、回転電機３に機械的に連結されるとともに、リングギヤＲが、出力軸７を介して後輪ＷＬ、ＷＲに機械的に連結されている。回転電機３は、サンギヤＳを正転させる回転動力と、サンギヤＳを逆転させる回転動力とをサンギヤＳに入力可能であり、その動作がＥＣＵ２によって制御される。

また、図３及び図４を参照して説明したように、第１実施形態による動力伝達装置１では、遊星歯車装置ＰＳ、第１及び第２ワンウェイクラッチ５、６によって、１速段及び２速段から成る２つの変速段を有する変速装置が構成されている。また、図５及び図６を参照して説明したように、前述した従来の動力伝達装置と異なり、回転電機３からサンギヤＳに入力される回転動力の回転方向の変更と、回転電機３の回転数制御とを行うだけで、クラッチの係合制御を行うことなく、２つの変速段の間の変速段の変更を、容易に行うことができるとともに、迅速に完了させることができる。また、変速段の変更を迅速に完了させられるので、変速段の変更により回転電機３の回転動力が後輪ＷＬ、ＷＲに伝達されなくなる時間を、短縮することができる。

また、従来、この種の動力伝達装置として、特開２００６−１１２４８９号公報に開示されたものが知られており、この従来の動力伝達装置では、回転電機の回転動力が１速段又は２速段の変速比で変速された状態で、出力軸に伝達される。図７及び図８は、この従来の動力伝達装置における各種の回転要素の間の回転数の関係を、変速段が１速段及び２速段の場合についてそれぞれ示している。従来の動力伝達装置におけるサンギヤの歯数をＺｓ’とし、従来の動力伝達装置におけるリングギヤの歯数をＺｒ’とすると、この図７から明らかなように、１速段の変速比（減速比）は、（１＋Ｚｓ’／Ｚｒ’）／（Ｚｓ’／Ｚｒ’）であり、値２．０よりも大きくなり、２速段の変速比は値１．０である。このように、従来の動力伝達装置では、１速段の変速比と２速段の変速比との比（以下「ステップ比」という）は、値２．０よりも大きく、比較的大きい。

図９は、上記のようにステップ比が比較的大きい場合における出力軸の出力軸回転数と出力軸に伝達される出力軸伝達トルクとの関係を示しており、同図の実線は１速段の場合について、破線は２速段の場合について、それぞれ示している。図９の楕円で囲んだ部分に示すように、ステップ比が比較的大きい場合には、１速段と２速段の間の変速段の変更時にトルクの不連続が発生することがあり、このような不具合を回避するには、回転電機の設計の自由度が低くなってしまう。

これに対して、第１実施形態による動力伝達装置１では、サンギヤＳの歯数をＺｓとし、リングギヤＲの歯数をＺｒとすると、１速段の変速比は、図３から明らかなように１／（Ｚｓ／Ｚｒ）であり、上述した従来の１速段の変速比よりも小さくなり、また、２速段の変速比は、図４から明らかなように値１．０である。このように、動力伝達装置１では、上述した従来の動力伝達装置と比較して、ステップ比（１速段の変速比と２速段の変速比との比）を小さくできるので、それにより、回転電機３の設計の自由度を高めることができる。

次に、図１０〜図１４を参照しながら、本発明の第２実施形態による動力伝達装置３１について説明する。この動力伝達装置３１は、第１実施形態と比較して、第１及び第２ワンウェイクラッチ３２、３３の構成と、後述する後進段が変速段として設定されていることが、主に異なっている。図１０〜図１４において、第１実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

第１ワンウェイクラッチ３２は、係合解除機構が設けられた機械式の２つのワンウェイクラッチを、その回転阻止方向が互いに逆方向になるように組み合わせたものであり、本出願人による特願２０１３−１２０９１３号の図７などに記載された第１ブレーキと同様に構成されている。このため、その構成についての説明は省略するものとし、その動作についてのみ説明する。

第１ワンウェイクラッチ３２は、図１１に示すようにＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの第１駆動信号が入力されるとともに、第２駆動信号が入力されていないときには、キャリヤＣの正転を許容するとともに、キャリヤＣの逆転を阻止する機械式のワンウェイクラッチとして機能する。また、第１ワンウェイクラッチ３２は、ＥＣＵ２からの第２駆動信号が入力されるとともに、第１駆動信号が入力されていないときには、キャリヤＣの逆転を許容するとともに、キャリヤＣの正転を阻止する機械式のワンウェイクラッチとして機能する。このように、第１ワンウェイクラッチ３２は、キャリヤＣの正転を許容するとともに、逆転を阻止する逆転阻止動作と、キャリヤＣの逆転を許容するとともに、キャリヤＣの正転を阻止する正転阻止動作を実行可能である。

第２ワンウェイクラッチ３３は、係合解除機構が設けられた機械式のワンウェイクラッチであり、上記の特願２０１３−１２０９１３号の図７などに記載された第２ブレーキと同様に構成されている。このため、その構成についての説明は省略するものとし、その動作についてのみ説明する。

第２ワンウェイクラッチ３３は、図１１に示すようにＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動信号が入力されているときには、ＯＷＣ動作を実行し、このＯＷＣ動作の実行中には、第１実施形態の第２ワンウェイクラッチ６と同様に機能する。また、第２ワンウェイクラッチ３３は、ＥＣＵ２からの駆動信号が入力されていないときには、解除動作を実行し、この解除動作の実行中には、サンギヤＳとキャリヤＣの間を常に遮断する。

次に、動力伝達装置３１の動作について説明する。図１２及び図１３に示すように、変速段が１速段である場合、及び２速段である場合には、ＥＣＵ２による制御によって、第１ワンウェイクラッチ３２の逆転阻止動作が実行されるとともに、第２ワンウェイクラッチ３３のＯＷＣ動作が実行される。これにより、第１及び第２ワンウェイクラッチ３２、３３は、第１実施形態の第１及び第２ワンウェイクラッチ５、６とそれぞれ同様に機能する。回転電機３の制御については、変速段が１速段及び２速段のいずれの場合においても、第１実施形態と同様である。なお、図１２において、ＲＣ１’は、第１ワンウェイクラッチ３２の反力トルクである。

図１２と前述した図３との比較から明らかなように、変速段が１速段である場合には、サンギヤＳに入力された回転電機３のモータ出力トルクＴＭは、第１ワンウェイクラッチ３２の反力トルクＲＣ１’を反力として、ピニオンギヤＰ及びリングギヤＲを介して出力軸７に伝達される結果、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲが正転する。また、回転電機３の回転動力は、減速された状態で出力軸７に伝達され、サンギヤＳとキャリヤＣの間が、第２ワンウェイクラッチ３３によって遮断される。

また、図１３と前述した図４との比較から明らかなように、変速段が２速段である場合には、サンギヤＳとキャリヤＣの間が第２ワンウェイクラッチ３３により自動的に接続され、それにより、サンギヤＳ、キャリヤＣ及びリングギヤＲが一体に回転する。その結果、モータ出力トルクＴＭは、サンギヤＳ、キャリヤＣ及びリングギヤＲを介して出力軸７に伝達され、それにより、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲが正転する。また、回転電機３の回転動力は、遊星歯車装置ＰＳによっては変速されずに、出力軸７にそのまま伝達され、キャリヤＣの正転が、第１ワンウェイクラッチ３２によって許容される。

次に、図１４を参照しながら、変速段が前記後進段である場合における動力伝達装置３１の動作について説明する。後進段は、出力軸７及び後輪ＷＬ、ＷＲを逆転方向に回転駆動するための変速段である。図１４に示すように、変速段が後進段である場合には、ＥＣＵ２による回転電機３の制御によって、回転電機３からサンギヤＳに、サンギヤＳを正転させる回転動力が入力される。また、ＥＣＵ２による制御によって、第１ワンウェイクラッチ３２の正転阻止動作が実行されるとともに、第２ワンウェイクラッチ３３の解除動作が実行される。

この場合、キャリヤＣの正転が第１ワンウェイクラッチ３２により自動的に阻止され、サンギヤＳに入力されたモータ出力トルクＴＭは、キャリヤＣに作用する第１ワンウェイクラッチ３２の反力トルクＲＣ１’を反力として、ピニオンギヤＰ及びリングギヤＲを介して、その回転方向が逆方向に変更された状態で出力軸７に伝達され、さらに、終減速装置１０などを介して後輪ＷＬ、ＷＲに伝達される。その結果、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲが逆転する。また、図１４から明らかなように、回転電機３の回転動力は、減速された状態で出力軸７に伝達される。さらに、サンギヤＳとキャリヤＣの間が、第２ワンウェイクラッチ３３によって遮断される。

以上のように、第２実施形態によれば、変速段が１速段である場合、及び２速段である場合のいずれにおいても、第１ワンウェイクラッチ３２が逆転阻止動作を実行するように制御されるとともに、第２ワンウェイクラッチ３３がＯＷＣ動作を実行するように制御される。したがって、１速段と２速段の間の変速段の変更に伴って、第１及び第２ワンウェイクラッチ３２、３３の制御を切り換える必要がないため、第１実施形態と同様、回転電機３からサンギヤＳに入力される回転動力の回転方向の変更と、前述した回転電機３の回転数制御とを行うだけで、２つの変速段の間の変速段の変更を、容易に行うことができるとともに、迅速に完了させることができる。また、図１４を参照して説明したように、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲを逆転方向に回転駆動することができる。

次に、図１５〜図２１を参照しながら、本発明の第３実施形態による動力伝達装置４１について説明する。この動力伝達装置４１は、第１及び第２実施形態と比較して、第２ワンウェイクラッチ４２の構成と、慣性で回転する後輪ＷＬ、ＷＲから出力軸７に伝達される回転動力を用いて回転電機３で発電を行うことが、主に異なっている。図１５〜図２１において、第１及び第２実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下、第１及び第２実施形態と異なる点を中心に説明する。

第２ワンウェイクラッチ４２は、第１ワンウェイクラッチ３２と同様、係合解除機構が設けられた機械式の２つのワンウェイクラッチを、その回転阻止方向が互いに逆方向になるように組み合わせたものである。このため、その構成についての説明は省略するものとし、その動作についてのみ説明する。第２ワンウェイクラッチ４２は、図１６に示すようにＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの第３駆動信号が入力されるとともに、第４駆動信号が入力されていないときには、第１ＯＷＣ動作を実行し、この第１ＯＷＣ動作の実行中には、第１実施形態の第２ワンウェイクラッチ６と同様に機能する。

また、第２ワンウェイクラッチ４２は、ＥＣＵ２からの第４駆動信号が入力されるとともに、第３駆動信号が入力されていないときには、第２ＯＷＣ動作を実行する。この第２ＯＷＣ動作の実行中、サンギヤＳをキャリヤＣに対して逆転方向に相対的に回転させるような回転動力がサンギヤＳに入力されているときには、第２ワンウェイクラッチ４２は、サンギヤＳとキャリヤＣの間を接続し、それにより、サンギヤＳ、キャリヤＣ及びリングギヤＲが一体に回転する。また、第２ＯＷＣ動作の実行中、サンギヤＳをキャリヤＣに対して正転方向に相対的に回転させるような回転動力がサンギヤＳに入力されているときには、第２ワンウェイクラッチ４２は、サンギヤＳとキャリヤＣの間を遮断する。

次に、動力伝達装置４１の動作について説明する。動力伝達装置４１では、変速段が１速段及び２速段のそれぞれである場合に、回転電機３から回転動力を出力する「力行」が実行されるだけでなく、回転電機３で回転動力を電力に変換する「回生」が実行される。まず、図１７及び図１８を参照しながら、変速段が１速段及び２速段のそれぞれであるときに回転電機３で力行を実行する場合における動力伝達装置４１の動作について、それぞれ説明する。

図１７及び図１８に示すように、変速段が１速段及び２速段のそれぞれであるときに回転電機３で力行を実行する場合のいずれにおいても、ＥＣＵ２による制御によって、第１ワンウェイクラッチ３２の逆転阻止動作が実行されるとともに、第２ワンウェイクラッチ３３の第１ＯＷＣ動作が実行される。これにより、第１及び第２ワンウェイクラッチ３２、３３は、第１実施形態の第１及び第２ワンウェイクラッチ５、６とそれぞれ同様に機能する。回転電機３の制御については、変速段が１速段及び２速段のいずれの場合においても、第１実施形態と同様である。

以上により、動力伝達装置４１は、変速段が１速段及び２速段のそれぞれであるときに回転電機３で力行を実行する場合のいずれにおいても、第１実施形態の場合と同様に動作する。

次に、図１９を参照しながら、変速段が１速段であるときに回転電機３で回生を実行する場合における動力伝達装置４１の動作について説明する。図１９に示すように、この場合には、ＥＣＵ２による制御によって、第１ワンウェイクラッチ３２の正転阻止動作が実行されるとともに、第２ワンウェイクラッチ４２の第１ＯＷＣ動作が実行される。また、ＥＣＵ２による回転電機３の制御により、慣性で回転する左右の後輪ＷＬ、ＷＲの回転動力を用いて回転電機３の回生が実行される。

図１９に示すように、回生に伴って発生したモータ出力トルクＴＭは、サンギヤＳに対してその回転数を低下させる負のトルクとして作用し、キャリヤＣに作用する第１ワンウェイクラッチ３２の反力トルクＲＣ１’を反力として、ピニオンギヤＰ及びリングギヤＲを介して、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲに負のトルク（制動トルク）として伝達される。換言すれば、後輪ＷＬ、ＷＲから出力軸７を介してリングギヤＲに伝達されたトルクが、第１ワンウェイクラッチ３２の反力トルクＲＣ１’を反力として、ピニオンギヤＰ及びサンギヤＳを介して回転電機３に伝達される。この場合、サンギヤＳがキャリヤＣに対して逆転しているため、前述した第１ＯＷＣ動作を実行中の第２ワンウェイクラッチ４２によって、サンギヤＳとキャリヤＣの間が遮断される。

次に、図２０を参照しながら、変速段が２速段であるときに回転電機３で回生を行う場合における動力伝達装置４１の動作について説明する。図２０に示すように、この場合には、ＥＣＵ２による制御によって、第１ワンウェイクラッチ３２の逆転阻止動作が実行されるとともに、第２ワンウェイクラッチ４２の第２ＯＷＣ動作が実行される。また、ＥＣＵ２による回転電機３の制御により、慣性で回転する左右の後輪ＷＬ、ＷＲの回転動力を用いて回転電機３の回生が実行される。

この場合、回生に伴って発生したモータ出力トルクＴＭは、サンギヤＳに対してその回転数を低下させる負のトルクとして作用する。以上のように、第２ワンウェイクラッチ４２の前述した第２ＯＷＣ動作の実行中に、キャリヤＣに対してサンギヤＳを相対的に逆転させるような回転動力がサンギヤＳに入力されることによって、サンギヤＳとキャリヤＣの間が第２ワンウェイクラッチ４２で自動的に接続され、それにより、サンギヤＳ、キャリヤＣ及びリングギヤＲが一体に回転する。その結果、モータ出力トルクＴＭは、サンギヤＳ、キャリヤＣ及びリングギヤＲを介して、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲに負のトルクとして伝達される。換言すれば、後輪ＷＬ、ＷＲから出力軸７に伝達されたトルクが、一体に回転するリングギヤＲ、キャリヤＣ及びサンギヤＳを介して、回転電機３に伝達される。

なお、図１９及び図２０に示す回転電機３の回生動作は、主として、車両の減速走行中に実行される。

次に、図２１を参照しながら、変速段が後進段である場合における動力伝達装置４１の動作について説明する。図２１に示すように、この場合には、ＥＣＵ２による回転電機３の制御によって、回転電機３からサンギヤＳに、サンギヤＳを正転させる回転動力が入力される。また、ＥＣＵ２による制御によって、第１ワンウェイクラッチ３２の正転阻止動作が実行されるとともに、第２ワンウェイクラッチ４２の第２ＯＷＣ動作が実行される。

この場合、図２１と前述した図１４との比較から明らかなように、キャリヤＣの正転が第１ワンウェイクラッチ３２により自動的に阻止され、モータ出力トルクＴＭは、第１ワンウェイクラッチ３２の反力トルクＲＣ１’を反力として、その回転方向が逆方向に変更された状態で出力軸７に伝達される結果、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲが逆転する。また、回転電機３の回転動力は、減速された状態で出力軸７に伝達され、サンギヤＳとキャリヤＣの間が、第２ワンウェイクラッチ４２によって遮断される。

以上のように、第３実施形態によれば、変速段が１速段である場合、及び２速段である場合のいずれにおいても、第１ワンウェイクラッチ３２が逆転阻止動作を実行するように制御されるとともに、第２ワンウェイクラッチ４２が第１ＯＷＣ動作を実行するように制御される。したがって、１速段と２速段の間の変速段の変更に伴って、第１及び第２ワンウェイクラッチ３２、４２の制御を切り換える必要がなく、第１及び第２実施形態と同様、回転電機３からサンギヤＳに入力される回転動力の回転方向の変更と、前述した回転電機３の回転数制御とを行うだけで、２つの変速段の間の変速段の変更を、容易に行うことができるとともに、迅速に完了させることができる。

また、図１９及び図２０を参照して説明したように、慣性で回転する後輪ＷＬ、ＷＲの回転動力を用いて、回転電機３で回生を行うことができる。さらに、図２１を参照して説明したように、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲを逆転方向に回転駆動することができる。

なお、本発明は、説明した第１〜第３実施形態（以下、総称して「実施形態」という）に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、サンギヤＳを回転電機３に、リングギヤＲを出力軸７に、それぞれ連結しているが、これとは逆に、リングギヤＲを回転電機３に、サンギヤＳを出力軸７に、それぞれ連結してもよい。

また、実施形態では、第２ワンウェイクラッチ６、３３、４２を、本発明の第１及び第２回転要素にそれぞれ相当するサンギヤＳとキャリヤＣの間を接続／遮断するように構成しているが、サンギヤとリングギヤの間、又は、キャリヤとリングギヤの間を接続／遮断するように構成してもよい。さらに、実施形態では、本発明における差動装置として、シングルピニオンタイプの遊星歯車装置ＰＳを用いているが、本発明における第１〜第３回転要素を有する他の適当な差動装置、例えば、ダブルピニオンタイプの遊星歯車装置を用いてもよい。あるいは、互いに一体の第１及び第２ピニオンギヤから成る２連ピニオンギヤと、第１及び第２ピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第１及び第２サンギヤと、２連ピニオンギヤを回転自在に支持するキャリヤを有する差動装置などを用いてもよい。

また、実施形態では、本発明における動力源として、回転電機３を用いているが、第１回転要素を第１所定回転方向に回転させる回転動力と、第２所定回転方向に回転させる回転動力とを、第１回転要素に入力可能な他の適当な動力源、例えば、油圧モータなどを用いてもよい。さらに、実施形態は、本発明による動力伝達装置１、３１、４１を、車両に適用した例であるが、これに限らず、船舶などにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

次に、図２２〜図２６を参照しながら、本発明の第４実施形態による動力伝達装置５１について説明する。この動力伝達装置５１は、第１実施形態と比較して、遊星歯車装置ＰＳ’の構成と、第１及び第２ワンウェイクラッチ５、６に代えて第１及び第２ブレーキ５３、５４をそれぞれ備える点が、主に異なっている。図２２において、第１実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

図２２に示すように、遊星歯車装置ＰＳ’は、回転電機３の回転軸３ａに同軸状に一体に設けられたサンギヤＳ’と、複数の２連ピニオンギヤ５２（２つのみ図示）と、２連ピニオンギヤ５２を回転自在に支持する回転自在のキャリヤＣ’と、サンギヤＳ’の外周に設けられた回転自在の第１リングギヤＲ１と、フランジなどを介して出力軸７に同軸状に連結された第２リングギヤＲ２を有している。各２連ピニオンギヤ５２は、第１ピニオンギヤＰ１と第２ピニオンギヤＰ２を、軸線方向に互いに間隔を存した状態で一体に連結したものであり、第１ピニオンギヤＰ１は、サンギヤＳ’及び第１リングギヤＲ１に噛み合っており、第２ピニオンギヤＰ２は、第２リングギヤＲ２に噛み合っている。

また、第１及び第２リングギヤＲ１、Ｒ２の歯数をそれぞれＺＲ１、ＺＲ２とし、第１及び第２ピニオンギヤＰ１、Ｐ２の歯数をそれぞれＺＰ１、ＺＰ２とすると、これらのギヤの歯数の間に、ＺＰ１／ＺＲ１＞ＺＰ２／ＺＲ２が成立するように、第１及び第２リングギヤＲ１、Ｒ２の歯数ＺＲ１、ＺＲ２ならびに第１及び第２ピニオンギヤＰ１、Ｐ２の歯数ＺＰ１、ＺＰ２は、設定されている。

前記第１ブレーキ５３は、第１リングギヤＲ１を制動するためのものであり、例えば油圧式の多板クラッチで構成されている。第１ブレーキ５３のインナーは、第１リングギヤＲ１に、アウターはケースＣＡに、それぞれ一体に設けられている。また、第２ブレーキ５４は、キャリヤＣ’を制動するためのものであり、第１ブレーキ５３と同様、例えば油圧式の多板クラッチで構成されており、そのインナーがキャリヤＣ’に、そのアウターがケースＣＡに、それぞれ一体に設けられている。図２３に示すように、第１及び第２ブレーキ５３、５４は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、第１及び第２ブレーキ５３、５４の動作は、ＥＣＵ２によって制御される。

以上の構成の動力伝達装置５１では、遊星歯車装置ＰＳ’、第１及び第２ブレーキ５３、５４は、所定の１速段及び２速段から成る２つの変速段を有する変速装置として機能し、回転電機３の回転動力は、これらの１速段又は２速段の変速比で変速された状態で、出力軸７に伝達され、さらに終減速装置１０などを介して、左右の後輪ＷＬ、ＷＲに伝達される。以下、図２４及び図２５を参照しながら、動力伝達装置５１の動作について説明する。

図２４は、変速段が１速段である場合における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣合関係を示している。遊星歯車装置ＰＳ’における前述した各種のギヤの噛み合い関係及び歯数の関係から、図２４に示すように、サンギヤＳ’、キャリヤＣ’、第２及び第１リングギヤＲ２、Ｒ１の回転数は、それらの回転数の関係を表す共線図において、単一の直線上にこの順で並ぶ共線関係にある。また、各種の回転要素の間の前述した連結関係から明らかなように、サンギヤＳ’の回転数は、回転電機３のモータ回転数ＮＭと等しく、第２リングギヤＲ２の回転数は、出力軸７の出力軸回転数ＮＯと等しい。

以上から、サンギヤＳ’、キャリヤＣ’、第２リングギヤＲ２、第１リングギヤＲ１、回転電機３、出力軸７の間の回転数の関係は、例えば図２４のように表される。図２４において、ＲＢ１は、第１ブレーキ５３の反力トルクであり、その他のパラメータについては前述したとおりである。

図２４に示すように、変速段が１速段である場合には、ＥＣＵ２による回転電機３の制御によって、回転電機３からサンギヤＳ’に、サンギヤＳを正転させる回転動力が入力されるとともに、ＥＣＵ２による制御によって、第１ブレーキ５３による第１リングギヤＲ１の制動が実行されるとともに、第２ブレーキ５４によるキャリヤＣ’の制動が解除される。この場合、サンギヤＳに入力されたモータ出力トルクＴＭは、第１リングギヤＲ１に作用する第１ブレーキ５３の反力トルクＲＢ１を反力として、２連ピニオンギヤ５２及び第２リングギヤＲ２を介して出力軸７に伝達され、さらに終減速装置１０などを介して、後輪ＷＬ、ＷＲに伝達される。その結果、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲが正転する。図２４から明らかなように、回転電機３の回転動力は、減速された状態で出力軸７に伝達される。

変速段が１速段である場合におけるモータ回転数ＮＭと出力軸回転数ＮＯとの比は、サンギヤＳ’の歯数をＺＳ’とすると、ＺＲ１／ＺＳ’＋１：１−｛（ＺＰ２・ＺＲ１）／（ＺＲ２・ＺＰ１）｝である。

図２５に示すように、変速段が２速段である場合には、ＥＣＵ２による回転電機３の制御によって、回転電機３からサンギヤＳ’に、サンギヤＳを逆転させる回転動力が入力されるとともに、ＥＣＵ２による制御によって、第１ブレーキ５３による第１リングギヤＲ１の制動が解除されるとともに、第２ブレーキ５４によるキャリヤＣ’の制動が実行される。図２５において、ＲＢ２は、第２ブレーキ５４の反力トルクである。この場合、サンギヤＳに入力されたモータ出力トルクＴＭは、キャリヤＣ’に作用する第２ブレーキ５４の反力トルクＲＢ２を反力として、２連ピニオンギヤ５２及び第２リングギヤＲ２を介して、その回転方向が逆方向に変更された状態で出力軸７に伝達され、さらに終減速装置１０などを介して、後輪ＷＬ、ＷＲに伝達される。その結果、出力軸７や後輪ＷＬ、ＷＲが正転する。図２５から明らかなように、回転電機３の回転動力は、減速された状態で出力軸７に伝達される。

変速段が２速段である場合におけるモータ回転数ＮＭと出力軸回転数ＮＯとの比は、ＺＲ１／ＺＳ’：（ＺＰ２・ＺＲ１）／（ＺＲ２・ＺＰ１）であり、２速段の変速比は、１速段の変速比よりも小さくなる。

また、従来、この種の動力伝達装置として、例えば特開２００２−１０４００１号公報に開示されたものが知られており、この従来の動力伝達装置は、回転電機と、第１及び第２サンギヤ、２連ピニオンギヤ、キャリヤ、ならびに第１及び第２リングギヤから成る遊星歯車装置と、第１及び第２クラッチを備えている。２連ピニオンギヤの第１ピニオンギヤは、第１サンギヤ及び第１リングギヤに噛み合っており、２連ピニオンギヤの第２ピニオンギヤは、第２サンギヤ及び第２リングギヤに噛み合っている。また、回転電機の回転軸と第１サンギヤの間が、第１クラッチによって接続／遮断され、回転電機の回転軸と第２サンギヤの間が、第２クラッチによって接続／遮断される。さらに、第１リングギヤが、ケースに固定されるとともに、第２リングギヤが出力軸に連結されている。

上記の遊星歯車装置の第１サンギヤ、第２サンギヤ、キャリヤ、第２リングギヤ及び第１リングギヤの回転数は、共線図において、単一の直線上にこの順で並ぶ共線関係にある。また、従来の動力伝達装置では、遊星歯車装置、第１及び第２クラッチによって変速装置が構成されており、回転電機の回転動力が、この変速装置を介して、１速段又は２速段の変速比で変速された状態で出力軸に伝達される。具体的には、変速段が１速段である場合には、回転電機と第１サンギヤの間が第１クラッチによって接続されるとともに、回転電機と第２サンギヤの間が第２クラッチによって遮断され、それにより、回転電機の回転動力は、第１サンギヤ、２連ピニオンギヤ、及び第２リングギヤを介して、出力軸に伝達される。また、変速段が２速段である場合には、回転電機と第２サンギヤの間が第２クラッチによって接続されるとともに、回転電機と第１サンギヤの間が第１クラッチによって遮断され、それにより、回転電機の回転動力は、第２サンギヤ、２連ピニオンギヤ、及び第２リングギヤを介して、出力軸に伝達される。

前述した第４実施形態の動力伝達装置５１では、この従来の動力伝達装置の第２サンギヤが削除されている。

また、図２６は、動力伝達装置５１のサンギヤＳ’、キャリヤＣ’、第２及び第１リングギヤＲ２、Ｒ１を、第１要素、第２要素、第３要素及び第４要素にそれぞれ上位概念化するとともに、回転電機３及び出力軸７を、入力及び出力にそれぞれ上位概念化し、これらの要素の間の回転数の関係を示した共線図である。図２６において、太い実線は変速段が１速段である場合における各種の要素の間の回転数の関係を、太い一点鎖線は変速段が２速段である場合における各種の要素の間の回転数の関係を、それぞれ示している。

これに対して、図２７は、比較例における各種の回転要素の間の回転数の関係を示しており、この比較例では、第４実施形態と異なり、回転数が共線関係にある第１〜第４要素のうちの第１及び第２要素を入力及び出力にそれぞれ連結するとともに、変速段が１速段である場合に第３要素が、２速段である場合に第４要素が、それぞれ固定される。図２７において、太い実線は変速段が１速段である場合における各種の要素の間の回転数の関係を、太い一点鎖線は変速段が２速段である場合における各種の要素の間の回転数の関係を、それぞれ示している。

図２７に示す比較例のように、入力の回転動力を、その回転方向が出力の回転方向と同じ状態で、かつ減速した状態で出力に伝達する場合には、入力及び出力にそれぞれ連結される入力要素及び出力要素以外に、共線図において、出力要素を間にして入力要素と反対側に位置する２つの固定要素（第３要素と第４要素）が必要になる。これにより、この場合には、変速段の変速比の制約や、レイアウトの制約が発生してしまう。

これに対して、第４実施形態によれば、図２６に示すように、１速段と２速段の間で、入力の回転方向を互いに逆方向に設定することによって、固定要素及び出力要素の制約がなくなり、変速段の変速比の設定の自由度及びレイアウトの自由度が高くなる。

ＷＬ 後輪（被駆動部）
ＷＲ 後輪（被駆動部）
１ 動力伝達装置
３ 回転電機（動力源）
ＰＳ 遊星歯車装置（差動装置）
５ 第１ワンウェイクラッチ（第１切替手段）
６ 第２ワンウェイクラッチ（第２切替手段）
Ｓ サンギヤ（第１回転要素）
Ｃ キャリヤ（第２回転要素）
Ｒ リングギヤ（第３回転要素）
３１ 動力伝達装置
３２ 第１ワンウェイクラッチ（第１切替手段）
３３ 第２ワンウェイクラッチ（第２切替手段）
４１ 動力伝達装置
４２ 第２ワンウェイクラッチ（第２切替手段）

Claims (1)

1. 第１回転要素、第２回転要素及び第３回転要素を有し、前記第１〜第３回転要素の回転数が共線図において単一の直線上にこの順で並ぶ共線関係を満たすとともに、前記第２回転要素を固定した状態で前記第１及び第３回転要素を回転させたときに、前記第１回転要素の回転方向と、前記第３回転要素の回転方向とが互いに異なるように構成された差動装置を備える動力伝達装置であって、
   前記第１回転要素には、該第１回転要素を第１所定回転方向に回転させる第１回転動力と、前記第１回転要素を前記第１所定回転方向と逆方向の第２所定回転方向に回転させる第２回転動力とを、前記第１回転要素に入力可能な動力源が機械的に連結され、
   前記第３回転要素には、前記動力伝達装置によって駆動される被駆動部が機械的に連結され、
   前記第２回転要素には、
   前記動力源が前記第１回転動力を発生したときに、前記第２回転要素の前記第１所定回転方向の回転を阻止するとともに、前記動力源が前記第２回転動力を発生したときに、前記第２回転要素の前記第２所定回転方向の回転を許容する第１切替手段と、
   前記動力源が前記第２回転動力を発生したときに、前記第１回転要素の回転数が前記第２回転要素の回転数を上回ることを阻止するとともに、前記動力源が前記第２回転動力を発生しないときに、前記第１回転要素の回転数が前記第２回転要素の回転数を上回ることを許容する第２切替手段と、が機械的に接続されていることを特徴とする動力伝達装置。

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