JP2004197860A - Coupling - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の動力伝達系などに用いられ、一対のトルク伝達部材間でトルク伝達するカップリングに関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平10−329562号公報(特許文献1)に図9のような駆動力伝達装置501が記載されている。
【0003】
この駆動力伝達装置501は、回転ケース503、インナーシャフト505、多板式のメインクラッチ507、ボールカム509、プレッシャープレート511、カムリング513、多板式のパイロットクラッチ515、アーマチャ517、電磁石519などから構成されている。
【0004】
駆動力伝達装置501は4輪駆動車において、2輪駆動走行時に切り離される後輪とトランスファとを連結する後輪側プロペラシャフトを分断して配置されており、回転ケース503は前側のプロペラシャフトに連結され、インナーシャフト505は後側のプロペラシャフトに連結されている。
【0005】
電磁石519を励磁すると、磁束ループ521が形成されてアーマチャ517が吸引され、パイロットクラッチ515を押圧し締結させる。パイロットクラッチ515が締結されると、パイロットトルクが生じてボールカム509にエンジンの駆動力が掛かり、発生したカムスラスト力によってメインクラッチ507が押圧され、駆動力伝達装置501(メインクラッチ507)が連結されて後輪側に駆動力が伝達され、車両は4輪駆動状態になる。
【0006】
また、電磁石519の励磁電流を制御すると、パイロットクラッチ515の滑り率に変化が生じてボールカム509のカムスラスト力が変わり、メインクラッチ507の押圧力が変化して後輪に送られる駆動力の大きさが変わるから、前後輪間の駆動力配分比を制御できる。
【0007】
また、電磁石519の励磁を停止すると、パイロットクラッチ515が開放されてボールカム509のカムスラスト力が消失し、メインクラッチ507が開放されて駆動力伝達装置501の連結が解除され、後輪側が切り離されて車両は2輪駆動状態になる。
【0008】
【特許文献1】
特開平10−329562号公報(第6頁、図1)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、駆動力伝達装置501のようなトルクの主伝達経路に多板式のメインクラッチ507を用いた装置では、大トルクを伝達する多板クラッチに特有のスティックスリップ音(クラッチ板の断続的な滑りに起因する騒音)を避けることは難しい。
【0010】
また、上記駆動力伝達装置501では、ボールカム509(カム機構)を用いているので、カムフォロアとカム部材のガタにより両部材間の相対回転方向が逆転する際、カムフォロアがカム部材に設けたカム溝内で中立状態が生じる。この時には、プレッシャープレートへのカムフォロアによるスラスト力が保持できなくなるため、トルク抜けが発生する。この結果、レスポンスが遅くなる上に、ガタに伴う騒音が発生する。
【0011】
つまり、従来のカップリングは、電流値を与えることによりパイロットクラッチ、カム、メインクラッチに至る複雑な経路を介して多板クラッチにより伝達トルクを制御するものである。
【0012】
そこで、本発明は、スリップスティック音の発生を防止でき、制御性を向上することができるカップリングの提供を目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1のカップリングは、一対のトルク伝達部材と、前記両トルク伝達部材の間に配置されギア比によるトルク増幅機能を有するギア組と、駆動電力が付与されて駆動力を発生し前記ギア組に負荷抵抗を付与する電動モータ機能と前記ギア組から付与された駆動力で起電力を発生させこの起電力で発生した駆動力による負荷抵抗を前記ギア組に付与するジェネレータ機能の少なくとも一方の機能を有する電動手段とを備え、前記電動手段による前記負荷抵抗を制御し、前記ギア組に付与される負荷抵抗を調整することにより前記ギア組によるトルク増幅機能を制御することを特徴とする。
【0014】
請求項1の発明では、ギア比によるトルク増幅機能を持ったギア組を用いたことにより、このギア比によるトルクの増幅機能が得られる上に、例えば、構成するギアの間で噛み合い抵抗が発生するギア組では、この噛み合い抵抗に見合った増幅率でトルクがさらに増幅される。また、電動手段が発生する負荷抵抗を制御し、ギア組に付与する負荷抵抗を調整することにより、カップリングの伝達トルクを制御する。この場合、一方のトルク伝達部材に電動手段からの小さな負荷抵抗(トルク)に対して、他方のトルク伝達部材から出力されるトルクは、ギア組によって増幅されて大きなトルクとなる。この結果、電動手段による小さいな負荷抵抗を制御することにより、他方のトルク伝達部材から出力される大きなトルクの制御を行うことができる。
【0015】
また、請求項1の発明では、トルクの主伝達経路、すなわち、他方のトルク伝達部材に一方のトルク伝達部材からのトルクを伝達する主伝達経路に摩擦クラッチを用いていないので、スティックスリップ音が大幅に抑制できる。
【0016】
さらに、請求項1の発明では、カム機構を用いていないので、トルク抜けが生じることがなく、レスポンスの低下を防止することができる。
【0017】
その上、伝達トルクを電動モータ又はジェネレータにより直接制御しているので、正確な伝達トルク制御が可能である。
【0018】
また、電動モータ機能に一対のトルク伝達部材間の回転数差を与えれば起電力が発生してジェネレータ機能になるから、いずれか一方の機能を用いてジェネレータ機能と電動モータ機能とを併用する構成が可能であり、電動モータとジェネレータを個別に用いることによる大型化と重量化が防止され、従って、構造簡単、低コスト、小型軽量、良好な車載性が得られるなどの上記の効果が高く保たれる。
【0019】
また、電動モータ機能を用いる構成では、そのトルクによって出力側部材を加速し、入力側部材より先行回転させる加速機能が得られる。
【0020】
従って、請求項1の発明のカップリングを、4輪駆動車において2輪駆動走行時に切り離される車輪側の動力伝達系に配置し、例えば、旋回走行時に、旋回半径に応じて切り離し側車輪を電動モータで加速すれば、4輪駆動走行しながら、車両の加速性、旋回性、操舵性などを大きく向上させることができる。
【0021】
また、ジェネレータ機能を用いる構成では、ギア組から回転及びトルクを与えられて発生した起電力でバッテリーを充電すれば、電力(エネルギー)を回生することが可能であり、バッテリーを充電するためのオルタネータと、オルタネータを駆動するエンジンの負担が軽減される上に、エンジンの燃費をそれだけ向上させることができる。
【0022】
また、請求項1の発明のカップリングは、ギア組に抵抗を負荷する手段に電動モータやジェネレータを用いたことにより、流体圧式のアクチュエータを用いた構成と異なって、高価なポンプとその駆動源及び圧力ラインの引き回しなどが不要であり、構造簡単、低コストで、配置スペースが狭くてすみ、小型軽量に構成され、車載性に優れる上に、カップリングの伝達トルクを調整する際のレスポンスと、トルクを断続する際のレスポンスが速く、高い信頼性が得られる。
【0023】
なお、本発明のカップリングでは、一対のトルク伝達部材のいずれを入力側にし、また、出力側にしてもよい。
【0024】
請求項2の発明は、請求項1に記載されたカップリングであって、 請求項1に記載されたカップリングであって、
電力源からの駆動電力を調整すると共に、回路の電気抵抗を調整する電気抵抗調整手段と、前記電気抵抗調整手段の電気抵抗を調整することにより前記ギア組に負荷される前記電動手段の負荷抵抗を制御するコントローラーとを備え、
前記電動手段は、前記コントローラによる前記電気抵抗調整手段の電気抵抗の調整によって前記ギア組へ負荷抵抗を調整することにより、前記ギア組による前記両トルク伝達部材間の増幅機能を制御することを特徴とする。
【0025】
請求項2のカップリングは、請求項1の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【0026】
また、コントローラによって電気抵抗調整手段を調整し、電動モータ機能やジェネレータ機能によりギア組に負荷される抵抗を調整すれば、必要に応じて(オンデマンドで)トルクと速度差とを広い範囲で調整することができる。
【0027】
従って、上記の4輪駆動車では、走行性、旋回性、操舵性などをさらに大きく向上させることができる。
【0028】
また、電動モータ機能のトルクにより、ギア組を自由回転の状態にすれば、トルク伝達を遮断することができる。
【0029】
請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載されたカップリングであって、前記ギア組が、ギア比によるトルク増幅機能を有することを特徴とし、請求項1または請求項2の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【0030】
これに加えて、請求項3のカップリングでは、ギア組で、ギア比によるトルク増幅機能が得られる上に、この増幅機能が電動モータ機能やジェネレータ機能の負荷抵抗によって増幅され、さらに大きな増幅機能が発生する。
【0031】
請求項4の発明は、請求項1または請求項2に記載されたカップリングであって、前記ギア組が、各ギア間での噛み合い抵抗よる増幅機能を有することを特徴とし、請求項1または請求項2の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【0032】
これに加えて、請求項4のカップリングでは、ギア組で、ギア比によるトルク増幅と噛み合い抵抗によるトルク増幅機能が得られる上に、この増幅機能が電動モータ機能やジェネレータ機能の負荷抵抗によって増幅され、さらに大きな増幅機能が発生する。
【0033】
請求項5の発明は、請求項3及び請求項4に記載されたカップリングであって、前記ギア組が、ヘリカルピニオンギアを介して一対のヘリカルサイドギアを連結したギア組であり、前記トルク伝達部材の一方に、前記ヘリカルピニオンギアを回転自在に収容する収容孔が設けられ、前記トルク伝達部材の他方に、前記サイドギアの一方が連結され、前記電動手段が、前記サイドギアの他方と前記一方のトルク伝達部材との間に配置され、前記ギア組において、ヘリカルギアがトルクを受けて生じる噛み合いスラスト力により各構成ギアの端部側で摩擦抵抗が生じると共に、トルクを受けて生じる噛み合い反力により前記ヘリカルピニオンギアがそれぞれの収容孔に押圧されて摩擦抵抗が生じ、これら両摩擦抵抗による増幅機能が得られることを特徴としている。
【0034】
請求項5のカップリングでは、電動手段の電動モータ機能やジェネレータ機能によって抵抗を与えた状態で、例えば、ヘリカルピニオンギアの収容孔が設けられたトルク伝達部材から入力したトルクは、収容孔からそれぞれのヘリカルピニオンギアを介して他方のトルク伝達部材側サイドギアに伝達され、他方のトルク伝達部材から出力されると共に、この間、ヘリカルギア組のギア比と噛み合い抵抗とによってトルクが増幅される。
【0035】
また、電動モータ機能やジェネレータ機能の抵抗がヘリカルギア組に負荷されることにより、ギア組固有のギア比と噛み合い抵抗による増幅機能の数倍から約十倍にわたる大きな増幅機能が得られる。
【0036】
さらに、電動モータ機能やジェネレータ機能による負荷抵抗を調整すれば、トルクと速度とを広い範囲で任意に(オンデマンドで)調整することができる。
【0037】
また、ギア組自身のギア比と噛み合い抵抗(例えばギアの圧力角やねじれ角)を変えることにより、トルク増幅機能をさらに広い範囲で調整することができる。
【0038】
また、電動モータ機能やジェネレータ機能を停止させ自由回転の状態にすると、これに伴い、ヘリカルピニオンギアが収容孔と共に公転し、各サイドギアが自転(空転)することによって、トルクの伝達を遮断することができる。
【0039】
こうして、請求項5のカップリングは、請求項3及び請求項4の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【0040】
また、ギア組がヘリカルギアによって構成された請求項5のカップリングでは、ギア組固有の増幅機能に加えて、ヘリカルギアの噛み合いスラスト力と噛み合い反力とにより噛み合い抵抗(摩擦抵抗)が生じてトルク増幅機能が得られる上に、これらの増幅機能が摩擦クラッチの負荷抵抗によって増幅され、さらに大きな増幅機能が得られる。
【0041】
請求項6の発明は、請求項3に記載されたカップリングであって、前記ギア組が、インターナルギアと、サンギアと、これらを連結するプラネタリーギアを支持するキャリヤの3箇の相対回転部材からなるプラネタリーギア組であり、前記トルク伝達部材の一方と他方が、前記3相対回転部材の内の2者と各別に連結され、前記電動モータ機能と前記ジェネレータ機能が、前記トルク伝達部材に連結された相対回転部材の内のいずれかと、前記3相対回転部材の他の1者との間に配置されていることを特徴としている。
【0042】
請求項6のカップリングでは、例えば、インターナルギアを入力側のトルク伝達部材に連結し、キャリヤ(プラネタリーギアキャリヤ)を出力側のトルク伝達部材に連結し、電動手段をインターナルギアとサンギアとの間に配置すれば、入力側トルク伝達部材から入力したトルクは、インターナルギアからプラネタリーギアとキャリヤを介して出力側のトルク伝達部材に伝達されると共に、この間、プラネタリーギア組が持つギア比によってトルクが増幅される。
【0043】
また、電動手段の電動モータ機能やジェネレータ機能の抵抗をインターナルギアとサンギアとの間に負荷することにより、プラネタリーギア組のギア比による増幅機能の数倍から約十倍にわたる大きなトルク増幅機能が得られる。
【0044】
さらに、電動手段の電動モータ機能やジェネレータ機能によるこの負荷抵抗を調整すれば、トルクと回転速度差とを広い範囲で任意に調整することができる。
【0045】
また、プラネタリーギア組自身のギア比を変えることにより、トルク増幅機能をさらに広い範囲で調整することができる。
【0046】
また、電動モータ機能のトルクによって各構成ギアを自由回転の状態にすると、上記構成例の場合、インターナルギアとサンギアとが相対回転可能になり、プラネタリーギアの公転に伴ってキャリヤが回転し、サンギアが自転(空転)することによって、トルクの伝達をオンデマンドで遮断することができる。
【0047】
こうして、請求項6のカップリングは、請求項3の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【0048】
請求項7の発明は、請求項1〜請求項6のいずれかに記載された発明であって、
前記コントローラによって操作され、前記電動モータ機能と前記ジェネレータ機能とを切り換える切り換えスイッチを設け、前記切り換えスイッチによって、前記電動モータとして作動する電動モータ機能と、前記ジェネレータとして作動するジェネレータ機能とを切り換えて用いられることを特徴とし、請求項1〜請求項6の構成と同等の作用・効果を得ることができる。
【0049】
また、同一の機器を電動モータとジェネレータとに切り換えて用いる請求項7の構成では、上記のように、電動モータとジェネレータによる大きな増幅機能に加えて、電動モータによる加速性などの向上効果と、ジェネレータによるエネルギー回生機能などの効果がシームレスに得られる。
【0050】
さらに、請求項1で説明したように、同一の機器を電動モータとジェネレータとに切り換えて用いるこの構成では、電動モータとジェネレータを個別に用いることに伴うカップリングの大型化と重量化が防止されるから、構造簡単、低コスト、小型軽量、良好な車載性が得られるなどの効果が高く保たれる。
【0051】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
図1と図2及び図4によって本発明の第1実施形態である電動式のカップリング1の説明をする。この電動式のカップリング1は、4輪駆動車において2輪駆動走行時に切り離される後輪(リヤデフ)とトランスファとを連結する後輪側プロペラシャフトを分断して配置されている。また、左右の方向はこの4輪駆動車の左右の方向であり、図1の左方はこの車両の前方(エンジン側)に相当する。
【0052】
カップリング1は、一対のトルク伝達部材2、3と、両トルク伝達部材2、3の間に配置されギア比によるトルク増幅機能を有するギア組4と、駆動電力が付与されて駆動力を発生しギア組4に負荷抵抗を付与する電動手段5とを備えている。そして、電動手段5による負荷抵抗を制御し、ギア組4に付与される負荷抵抗を調整することによりギア組4によるトルク増幅機能を制御する。
【0053】
上記一方のトルク伝達部材2は、回転ケース6で構成され、回転ケース6は、筒状のケーシング本体7と、ケーシング本体7の両側を閉塞するカバー8、9とで形成されている。ケーシング本体7は、軸方向の中間部に隔壁10が形成されており、一側にモータ室11、他側にギア室12がそれぞれ形成されている。モータ室11は、一側の開口部13に溶接されたカバー8によって閉塞され、内部に電動手段5としてのモータが収納されている。また、カバー8の中心部からは、外側に向けて入力軸14が突設されている。この入力軸14はコンパニオンフランジと継ぎ手と前方のプロペラシャフトなどを介してトランスファ側に連結され、エンジン(原動機)の駆動力はこれらの動力伝達系を介して入力軸14に伝達され、回転ケース6を回転させる。また、カバー8の中心部内壁側には、後述するロータ軸33の一端が支承される支承凹部15が設けられている。
【0054】
一方、ギア室12は、図2に示すように、中心部に後述するヘリカルサイドギア25が収容される大径の収容孔16が形成され、この収容孔16の周囲には収容孔16と連通して後述するヘリカルピニオンギア26、27が収容される小径の収容孔17、18が形成されている。さらに、収容孔16と連通すると共に収容孔17、18に連通し後述するヘリカルピニオンギア28、29が収容される大径の収容孔19、20が形成されている。また、ギア室12は、他側の開口部21に溶接されたカバー9により閉塞されている。このカバー9には、小径の開口部22を形成するボス部23が設けられている。ボス部23の開口部22からは、ギア組4に連結され、他方のトルク伝達部材3としての出力軸24が外方へ突設されている。
【0055】
ギア組4は、出力軸24と一体に形成されたヘリカルサイドギア25と、このヘリカルサイドギア24に噛み合う長尺なヘリカルピニオンギア26、27と、これらのヘリカルピニオンギア26、27と噛み合う短尺なヘリカルピニオンギア28、29と、ヘリカルピニオンギア28、29と噛み合うヘリカルサイドギア30とで構成されている。上記出力軸24は、ヘリカルサイドギア25の中心部から突設して設けられてボス部23の開口部22内を貫通して外方に突出されている。また、ヘリカルサイドギア30は、電動手段5のロータ軸33の一側に形成されている。
【0056】
電動手段5は、いわゆるモータでステータ31と、ステータ31内に配置されたロータ32と、このロータ32を回転自在に支持するロータ軸33とで形成されている。ステータ31は、ケーシング本体7の内周に固定されている。ロータ32はロータ軸33の中間部にステータ31と所定の間隔をあけて固定されている。つまり、ステータ31とロータ32は共に車両の走行時に一対のトルク伝達部材2、3間の回転速度に合わせてかつステータ31とロータ32が連結する部材の回転速度に合わせて共に回転する。ロータ軸33は、一側が隔壁10を貫通してギア室12内に突出しその先端部に上記ヘリカルサイドギア30が形成されている。隔壁10の貫通孔34とロータ軸33の外周面との間は、シール部材35によってシールされており、ギア室12内の潤滑油がモータ室11内に入り込まないようになっている。ロータ軸33の他側は、拡径された支承軸部36が形成されており、この支承軸部36は、メタルブッシュ37を介してカバー8の支承凹部15に支承されている。この電動手段5としてのモータは、駆動制御手段37によって、その駆動が制御される。
【0057】
駆動制御手段37は、駆動電源であるバッテリ38と、このバッテリ38にリード線39、40によって接続された電気抵抗調整手段である可変抵抗41と、この可変抵抗41とリード線42、43を介して接続されて可変抵抗41の抵抗を制御するコントローラ52と、入力軸14の外周に設けられリード線44、45を介してステータ31に接続されたスリップリング47、48と、これらのスリップリング47、48に接触するブラシ49、51とで形成されている。ブラシ49、51はリード線54、55で可変抵抗41に接続されている。
【0058】
そして、コントローラ52で可変抵抗41の抵抗値を調整することにより、バッテリ38の電力を調節してステータ31への通電電流を制御することでロータ32の回転駆動力が制御され、ロータ32の回転駆動力を制御することによりギア組4への負荷抵抗が調整される。
【0059】
以下、カップリング1の作動について説明する。
【0060】
ステータ31に通電していない状態で、入力軸14にエンジンからの回転駆動力(トルク)が入力されると回転ケース6が回転しケーシング本体7が回転する。ケーシング本体7が回転すると、収容孔17、18、19、20内に収容されているヘリカルピニオンギア26、27、28、29がケーシング本体7と共に回転(公転)する。ヘリカルピニオンギア26、27、28、29がケーシング本体7と共に回転すると、ヘリカルピニオンギヤ26、27と噛み合っているヘリカルサイドギア25もケーシング本体7と共に回転(公転)する。このとき、出力軸24に負荷が加わっていない場合には、ヘリカルサイドギア25と一体の出力軸24はケーシング本体7と共に回転する。
【0061】
この状態から、出力軸24に負荷が加わると、出力軸24がケーシング本体7と共に回転しようとするのを妨げるのでヘリカルサイドギア25が収容孔16内で回転する(自転)する。ヘリカルサイドギア25が収容孔16内で回転(自転)すると、このヘリカルサイドギア25と噛み合っているヘリカルピニオンギア26、27が収容孔17、18内で回転(自転)する。さらに、ヘリカルピニオンギア28、29が収容孔17、18内で回転(自転)すると、ヘリカルピニオンギア28、29が収容孔19、20内で回転(自転)する。ヘリカルピニオンギア28、29が収容孔19、20内で回転(自転)すると、ヘリカルピニオンギア28、29と噛み合っているヘリカルサイドギア30が回転し、ロータ軸33が回転する。
【0062】
この場合、ヘリカルサイドギア25、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29、ヘリカルサイドギア30は、ヘリカルギアで形成されているので、その噛み合い反力によって、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29は互いに押圧し合って収納孔17、18、19、20の内壁へ押し付けられて摩擦抵抗が発生する。
【0063】
さらに、ヘリカルギアでピニオンギヤ、サイドギアが形成されているので、発生したスラスト力によって、ヘリカルサイドギア25、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29の端面は、カバー9及び隔壁10に押圧されて摩擦抵抗が発生する。これらの噛み合い反力による摩擦抵抗やスラスト力による摩擦抵抗が発生すると、収納孔17、18、19、20内でのヘリカルピニオンギア26、27、28、29の回転(自転)が規制され、ヘリカルサイドギア25、30の回転(自転)も規制される。この結果、これらの摩擦抵抗に応じた力分だけ、ヘリカルサイドギア30はケーシング本体7によって強制的に回転されて出力軸24に回転駆動力(トルク)が伝達される。
【0064】
ここで、ステータ31に通電すると、ロータ32に回転力が発生し、ロータ軸33を回転させようとし、ロータ32回転させようとすると、ロータ軸33の上記回転を妨げようとしてヘリカルサイドギア30に負荷抵抗が加わり、ヘリカルサイドギア30の回転(自転)が規制される。ヘリカルサイドギア30の回転(自転)が規制されると、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29の回転(自転)も規制され、ヘリカルサイドギア25の回転(自転)も規制されるので、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29、ヘリカルサイドギア25の公転によって強制的に出力軸224がケーシング本体7と共に回転され、ケーシング本体7から回転駆動力(トルク)が伝達される。
【0065】
この場合、ステータ31への通電電流値を大きくして、ロータ軸33の回転を完全に停止させるとヘリカルサイドギア30、ピニオンギア26、27、28、29の自転は完全に停止し、これにより入力軸14側の回転駆動力(トルク)がケーシング本体7を介して出力軸24側へ全て伝達される。
【0066】
また、ステータ31への通電電流値を調節しロータ軸33の回転を許容するとヘリカルサイドギア30、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29の自転が許容されるので、ケーシング本体7から出力軸24へ伝達されるトルクを調節することができる。
【0067】
従って、ステータ31への通電電流を制御することでヘリカルサイドギア30への負荷抵抗(小さなトルク)を調節することができ、出力軸24に伝達されるトルクを増幅することができる。
【0068】
また、ギア組4は、各構成ギア25、26、27、28、20、30の歯数比(ギア比)によるトルク増幅機能を持っており、トルクが伝達される間、ギア組4で発生する上記の各噛み合い抵抗と、ギア組4のギア比とによってトルクが増幅される。
【0069】
さらに、電動手段5によって負荷される抵抗により、ギア組4の上記の増幅機能が数倍から約十倍にまで増幅される。
【0070】
本実施形態のカップリング1では、トルクの主伝達経路、すなわち、他方のトルク伝達部材に一方のトルク伝達部材からのトルクを伝達する主伝達経路に摩擦クラッチを用いていないので、スティックスリップ音の発生を大幅に抑制することができる。
【0071】
さらに、カム機構を用いていないので、トルク抜けが生じることがなく、レスポンスの低下を防止することができる。
【0072】
また、可変抵抗41によって電動手段5の駆動電流とトルクを制御し、ギア組4に負荷される抵抗を調整すると、カップリング1による伝達トルクの大きさを広い範囲で任意に調整することが可能であり、電動式カップリング1を介して後輪側に送られる駆動力の大きさを調整し、前後輪間の駆動力配分比を制御することができる。
【0073】
例えば、旋回走行中にこのような駆動力配分比の制御(カップリング1による伝達トルクの大きさの調整)を行うと、車両の操縦性や安定性などを大きく向上させることができる。
【0074】
また、電動手段5の駆動を停止すると、ギア組4に負荷される抵抗が消失し、ギア組4の各構成ギア25、26、27、28、29、30が相対回転可能になり、これに伴って、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29が収容孔17、18、19、20(回転ケース6)と共に公転し、各ヘリカルサイドギア25、30が自転(空転)することにより、トルクの伝達が遮断され、車両は前輪駆動による2輪駆動状態になる。
【0075】
上記のように、カップリング1では、ギア組4固有のギア比及び噛み合い抵抗による増幅機能と、ギア組4に負荷される電動手段5の抵抗によるトルク増幅機能とによって大きなトルク増幅機能が得られると共に、電動手段5の駆動電流制御によって伝達トルク(トルク特性)を調整することができる。
【0076】
図4のグラフ53は、カップリング1において、電動手段5の駆動電流制御によって得られる伝達トルク(Nm)−駆動電流値(A)特性の一例である。
【0077】
また、電動手段5の駆動電流値(A)に対する伝達トルク(Nm)の大きさは、エンジンの出力トルク、カップリング1の入力軸14と出力軸24(入出力)間の回転数差(ΔN)、あるいは、車両の旋回、加速、制動などの走行条件、路面状態などに応じて電動手段5の駆動電流を制御することによって任意に選択できるから、グラフ53の他にも、種々の伝達トルク特性を得ることができる。従って、車両の加速性、旋回性、操縦性などにおいてさらに大きい向上効果が得られる。
【0078】
また、電動手段5を用いて構成されたカップリング1では、電動手段5を用いて構成されている下記第4実施形態のカップリング301の特性(図8の各グラフ361、363、365、367)と同様な伝達トルク特性が得られる。
【0079】
さらに、電動手段5のトルクによってヘリカルサイドギア35からギア組7を介して出力軸9を加速すれば、出力軸9を入力軸3より先行回転させる加速機能が得られる。
【0080】
従って、例えば旋回走行時に、旋回半径に応じて電動手段5によるこのような加速を行えば、4輪駆動走行しながら、車両の加速性、旋回性、操縦性などをさらに大きく向上させることができる。
【0081】
[第2実施形態]
図3と図4によって本発明の第2実施形態であるカップリング101(カップリング)の説明をする。なお、上記第1実施形態と同構成部分については図面に同符号を付し、重複した説明は省略する。
【0082】
第2実施形態のカップリング101は、上記第1実施形態のカップリング1に対してギア組104の構成が異なり、本実施形態のギア組104は、プラネタリーギアを用いている。
【0083】
本実施形態のギア組4は、インターナルギア(3箇の相対回転部材の内の2者)117と、このインターナルギア117に噛み合うプラネタリーギア118と、プラネタリーギア118を支持するキャリヤ(3箇の相対回転部材の内の2者)119と、プラネタリーギア118と噛み合うサンギア(3箇の相対回転部材の内の2者)120とで構成されている。インターナルギア117は、ケーシング本体7のギア室12の内壁に設けられている。キャリヤ119は、前方支持部材125と後方支持部材126とで形成され、これらの間に設けられた支持軸127に上記プラネタリーギア118が回転自在に支持されている。また、後方支持部材126の中心部から出力軸24が一体に突設されている。サンギア120は、ケーシング本体7の中心部のロータ軸33の一端側の外周に設けられている。
【0084】
ステータ31に通電していない状態で、入力軸14に回転駆動力が入力されると、ロータ32が回転し、ケーシング本体7が回転する。ケーシング本体7が回転すると、インターナルギア117と噛み合っているプラネタリーギア118がケーシング本体7と共に回転(公転)し、キャリヤ119がケーシング本体7と共に回転する。また、プラネタリーギア118と噛み合っているサンギア120が回転し、ロータ軸33もケーシング本体7と共に回転する。このとき、出力軸24に負荷が加わっていない場合には、キャリヤ119と一体の出力軸24はケーシング本体7と共に回転する。
【0085】
この状態から、出力軸24に負荷が加わると、出力軸24がケーシング本体7と共に回転しようとするのを妨げるのでプラネタリーギア118が支持軸127を中心に回転(自転)する。プラネタリーギア118が自転するとサンギア120がケーシング本体7と逆方向へ回転する。
【0086】
ここで、ステータ31に通電すると、ロータ32が回転しロータ軸33が回転する。この場合、ロータ軸33の回転がサンギア120の回転方向と逆方向へ回転するように、ステータ31に通電される。ロータ軸33がサンギア120の回転を妨げるように回転すると、この回転が負荷抵抗となって、プラネタリーギア118の回転(自転)が規制される。プラネタリーギア118の回転(自転)が規制されると、キャリヤ119の回転(公転)も規制されるので出力軸24がケーシング本体7と共に回転されてケーシング本体7から出力軸24に回転駆動力(トルク)が伝達される。
【0087】
この場合、ステータ31への通電電流値を大きくして、ロータ軸33の回転を完全に停止させると、サンギア120はケーシング本体7と一体に回転し、プラネタリーギア118の回転(自転)も完全に停止するので、ケーシング本体7の回転駆動力はキャリヤ119を介して出力軸247側へ全て伝達される。
【0088】
また、ステータ31への通電電流値を調節すると、すなわち、ロータ軸33の回転を許容するとプラネタリーギア118の自転が許容されるので、ケーシング本体7から出力軸24へ伝達されるトルクを調節することができる。
【0089】
従って、ステータ31への励磁電流を制御し、ロータ軸33への負荷抵抗を調節することでサンギア120への負荷抵抗(小さなトルク)を調節することができ、ロータ軸33の負荷抵抗によるトルクに対して出力軸24に伝達されるトルクを増幅することができる。
【0090】
また、本実施形態のカップリング101では、ギア組としてプラネタリー式のギア組を用いているので、インターナルギア117、サンギア120、プラネタリーギア118の歯数比によるトルク増幅機能を持っており、上記したトルクを伝達する間、このギア比によってもトルクが増幅される。
【0091】
以上説明したように、本実施形態によれば、ステータ31への通電電流を制御し、ギア組104に付与する負荷抵抗を調整することにより、ギア組104によるトルク増幅機能を制御することができる。この場合、ロータ軸33の負荷抵抗による小さなトルクに対して他方のトルク伝達部材3から出力されるトルクは、ギア組104によって増幅されて大きなトルクとなる。この結果、ステータ31への通電電流を制御することにより他方のトルク伝達部材3から出力される大きなトルクの制御を行うことができる。
【0092】
また、本実施形態のカップリング101では、トルクの主伝達経路、すなわち、他方のトルク伝達部材3に一方のトルク伝達部材2からのトルクを伝達する主伝達経路に摩擦クラッチを用いていないので、スティックスリップ音を大幅に抑制することができる。
【0093】
さらに、本実施形態のカップリング101では、カム機構を用いていないので、トルク抜けが生じることがなく、レスポンスの低下を防止することができる。
【0094】
加えて、ギア組104のギア比を調節することにより、カップリング101による伝達トルクの大きさを広い範囲で任意に調整することが可能であり、カップリング101を介して後輪側に送られる駆動力の大きさを変えて前後輪の駆動力配分比を制御することができる。例えば、旋回走行中にこのような駆動力配分比の制御(カップリング1による伝達トルクの大きさ調整)を行うと、車両の操縦性や安定性などを大きく向上させることができる。
【0095】
このようにカップリング101の伝達トルクの増幅率を調整すれば、操舵、加速、減速などの走行条件や、路面条件に応じ、オンデマンドで前後輪間のトルク配分比を調整することができ、車両の操縦性や安定性などを大きく向上させることができる。
【0096】
また、ギア組104自身のギア比と噛み合い抵抗値を変えることにより、トルク増幅機能をさらに広い範囲で調整することができる。
【0097】
また、カップリング101がこのように大きなトルクの増幅機能を負担するから、従来例と異なって、トランスミッション、トランスファ、方向変換歯車組、終減速機構などに要求されるトルク増幅機能がそれだけ軽減され、これらの機構は、設計上の自由度が高くなると共に、コストが低減され、小型化と軽量化が可能になり、車載性が向上する。
【0098】
また、カップリング101は、カム機構を用いないから、カム機構のガタ、ガタによるレスポンスの低下と騒音などから解放されている。
【0099】
また、メインクラッチ507、パイロットクラッチ515、ボールカム509、カムリング513、アーマチャ517、電磁石519などの部材を用いて構成された従来の駆動力伝達装置501と較べて、電磁式カップリング101は構造が簡単で、低コストであると共に、小型軽量に構成されるから、それだけ良好な車載性が得られる。
【0100】
また、カップリング101は、電動手段5を用いたことにより、例えば、流体圧式のアクチュエータを用いた構成と異なって、高価なポンプとその駆動源及び圧力ラインの引き回しなどが不要であり、構造簡単、低コストで、配置スペースが狭くてすみ、小型軽量で、車載性に優れる上に、トルク増幅機能を調整し、トルクを断続する際のレスポンスが速く、高い信頼性が得られる。
【0101】
なお、カップリング101では、入力軸14を出力側にし、出力軸24を入力側にしてもよい。
【0102】
なお、電動手段5を停止させると、すなわちステータ31への通電を完全に停止させると、プラネタリーギア組104に負荷される抵抗が消失し、インターナルギア117とサンギア120とが相対回転可能になり、プラネタリーギア118の公転に伴ってキャリヤ119が回転しサンギア120が空転(自転)するから、トルクの伝達が遮断され、車両は前輪駆動による2輪駆動状態になる。
【0103】
上記のように、電動式カップリング101では、プラネタリーギア組104固有のギア比によるトルク増幅機能と、プラネタリーギア組104に負荷される電動手段5の抵抗によるトルク増幅機能とによって大きなトルク増幅機能が得られると共に、電動モータ11の駆動電流制御によって伝達トルク(トルク特性)を調整することができる。
【0104】
図4のグラフ53は、電動モータ11の駆動電流制御によって得られる電動式カップリング101の伝達トルク(Nm)−駆動電流値(A)特性の一例であり、エンジンの出力トルク、入力軸14と出力軸24(入出力)間の回転数差(ΔN)、あるいは、車両の旋回、加速、制動などの走行条件、路面状態などに応じて電動モータ11の駆動電流を制御すれば、グラフ53の他にも、種々の伝達トルク特性を得ることができる。
【0105】
また、電動手段5を用いて構成されたカップリング101では、電動手段5を用いて構成されている下記第4実施形態のカップリング301の特性(図8の各グラフ361、363、365、367)と同様な伝達トルク特性が得られる。
【0106】
さらに、電動手段5のトルクによってサンギア120からプラネタリーギア組104を介して出力軸24を加速すれば、出力軸24を入力軸14より先行回転させる加速機能が得られる。
【0107】
従って、旋回半径に応じて電動手段5によるこのような加速を行えば、4輪駆動走行しながら、車両の加速性、旋回性、操縦性などを大きく向上させることができる。
【0108】
[第3実施形態]
図5と図6によって本発明の第3実施形態であるカップリング201(カップリング)の説明をする。本実施形態のカップリング201は、第1実施形態のカップリング1の駆動制御手段37の構成と、電動手段5の機能が異なる。他の構成については、第1実施形態のカップリング1と同構成なので、図面に同符号を付し、重複した説明は省略する。
【0109】
第1実施形態では、電動手段5は電動モータとして機能したが、本実施形態では、ジェネレータとして機能する。本実施形態の駆動制御手段237は、駆動電源であるバッテリ38と、このバッテリ38にリード線239、240によって接続されたコントローラ52と、このコントローラ52にリード線242、243によって接続されて抵抗が制御される電気抵抗調整手段である可変抵抗241と、入力軸14の外周に設けられリード線44、45を介してステータ31に接続されたスリップリング47、48と、これらのスリップリング47、48に接触するブラシ49、51とで形成されている。ブラシ49、51はリード線254、255で可変抵抗41に接続されている。
【0110】
ステータ31に通電していない状態で、入力軸14にエンジンからの回転駆動力(トルク)が入力されると回転ケース6が回転しケーシング本体7が回転する。ケーシング本体7が回転すると、収容孔17、18、19、20内に収容されているヘリカルピニオンギア26、27、28、29がケーシング本体7と共に回転(公転)する。ヘリカルピニオンギア26、27、28、29がケーシング本体7と共に回転すると、ヘリカルピニオンギヤ26、27と噛み合っているヘリカルサイドギア25もケーシング本体7と共に回転(公転)する。このとき、出力軸24に負荷が加わっていない場合には、ヘリカルサイドギア25と一体の出力軸24はケーシング本体7と共に回転する。
【0111】
この状態から、出力軸24に負荷が加わると、出力軸24がケーシング本体7と共に回転しようとするのを妨げるのでヘリカルサイドギア25が収容孔16内で回転する(自転)する。ヘリカルサイドギア25が収容孔16内で回転(自転)すると、このヘリカルサイドギア25と噛み合っているヘリカルピニオンギア26、27が収容孔17、18内で回転(自転)する。さらに、ヘリカルピニオンギア28、29が収容孔17、18内で回転(自転)すると、ヘリカルピニオンギア28、29が収容孔19、20内で回転(自転)する。ヘリカルピニオンギア28、29が収容孔19、20内で回転(自転)すると、ヘリカルピニオンギア28、29と噛み合っているヘリカルサイドギア30が回転し、ロータ軸33が回転する。
【0112】
この場合、ヘリカルサイドギア25、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29、ヘリカルサイドギア30は、ヘリカルギアで形成されているので、その噛み合い反力によって、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29は互いに押圧し合って収納孔17、18、19、20の内壁へ押し付けられて摩擦抵抗が発生する。
【0113】
さらに、ヘリカルギアでピニオンギヤ、サイドギアが形成されているので、発生したスラスト力によって、ヘリカルサイドギア25、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29の端面は、カバー9及び隔壁10に押圧されて摩擦抵抗が発生する。これらの噛み合い反力による摩擦抵抗やスラスト力による摩擦抵抗が発生すると、収納孔17、18、19、20内でのヘリカルピニオンギア26、27、28、29の回転(自転)が規制され、ヘリカルサイドギア25、30の回転(自転)も規制される。この結果、これらの摩擦抵抗に応じた力分だけ、ヘリカルサイドギア30はケーシング本体7によって強制的に回転されて出力軸24に回転駆動力(トルク)が伝達される。
【0114】
また、ロータ軸33が回転し、ロータ32が回転すると起電力が発生し、この起電力を発生させる仕事分だけギア組4に負荷抵抗を付与する。コントローラ52は、可変抵抗241の抵抗値を調整することにより、電動手段5のジェネレータとしての機能による駆動抵抗によってギア組4に負荷される抵抗を制御すると共に、発生した起電力でバッテリ38を充電する。
【0115】
ジェネレータとして機能する電動手段5の起電力の仕事分の負荷抵抗がロータ軸33に加わると、ロータ軸33の上記回転を妨げようとし、ヘリカルサイドギア30に負荷抵抗が加わってヘリカルサイドギア30の回転(自転)が規制される。ヘリカルサイドギア30の回転(自転)が規制されると、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29の回転(自転)も規制され、ヘリカルサイドギア25の回転(自転)も規制されるので、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29、ヘリカルサイドギア25の公転によって強制的に出力軸224がケーシング本体7と共に回転され、ケーシング本体7から回転駆動力(トルク)が伝達される。
【0116】
この場合、電動手段5が発生した起電力によりロータ軸33の回転を完全に停止させるとヘリカルサイドギア30、ピニオンギア26、27、28、29の自転は完全に停止し、これにより入力軸14側の回転駆動力(トルク)がケーシング本体7を介して出力軸24側へ全て伝達される。
【0117】
また、可変抵抗241の抵抗値を制御することにより、ロータ軸33への負荷抵抗を調整し、ロータ軸33の回転を許容するとヘリカルサイドギア30、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29の自転が許容されるので、ケーシング本体7から出力軸24へ伝達されるトルクを調節することができる。
【0118】
従って、可変抵抗241の抵抗値を制御することでヘリカルサイドギア30への負荷抵抗(小さなトルク)を調節することができ、出力軸24に伝達されるトルクを増幅することができる。
【0119】
また、ギア組4は、各構成ギア25、26、27、28、20、30歯数比(ギア比)によるトルク増幅機能を持っており、トルクが伝達される間、ギア組4で発生する上記の各噛み合い抵抗と、ギア組4のギア比とによってトルクが増幅される。
【0120】
さらに、電動手段5によって負荷される抵抗により、ギア組4の上記の増幅機能が数倍から約十倍にまで増幅される。
【0121】
また、可変抵抗41によって電動手段5の駆動電流とトルクを制御し、ギア組4に負荷される抵抗を調整すると、カップリング1によるトルクの増幅機能を広い範囲で任意に調整することが可能であり、電動式カップリング1を介して後輪側に送られる駆動力の大きさを調整し、前後輪間の駆動力配分比を制御することができる。
【0122】
例えば、旋回走行中にこのような駆動力配分比の制御(カップリング1による伝達トルクの大きさの調整)を行うと、車両の操縦性や安定性などを大きく向上させることができる。
【0123】
また、電動手段5の駆動を停止すると、ギア組4に負荷される抵抗が消失し、ギア組4の各構成ギア25、26、27、28、29、30が相対回転可能になり、これに伴って、ヘリカルピニオンギア26、27、28、29が収容孔17、18、19、20(回転ケース6)と共に公転し、各ヘリカルサイドギア25、30が自転(空転)することにより、トルクの伝達が遮断され、車両は前輪駆動による2輪駆動状態になる。
【0124】
上記のように、本実施形態のカップリング201は、トルクの主伝達経路、すなわち、他方のトルク伝達部材3に一方のトルク伝達部材2からのトルクを伝達する主伝達経路に摩擦クラッチを用いていないので、スティックスリップ音の発生を大幅に抑制できる。
【0125】
さらに、本実施形態のカップリング201では、カム機構を用いていないので、トルク抜けが生じることがなく、レスポンスの低下を防止することができる。
【0126】
また、本実施形態のカップリング201では、ギア組4のギア比及び噛み合い抵抗による増幅機能と、ギア組4に負荷される電動手段5の回転抵抗による増幅機能とによって大きなトルク増幅機能が得られると共に、可変抵抗241によるジェネレータとしての機能による抵抗値制御によって伝達トルク(トルク特性)を調整することができる。
【0127】
図6の各グラフ251,253,255,257,259,261は、電動式カップリング201において、ジェネレータとしての機能による抵抗値を可変抵抗241によって制御することにより得られる伝達トルク(Nm)−入出力間の回転数差(ΔN)特性の例である。
【0128】
このように、カップリング201の入力軸14と出力軸24(入出力)間の回転数差(ΔN)に対する伝達トルク(Nm)の大きさは、エンジンの出力トルク、あるいは、車両の旋回、加速、制動などの走行条件、路面状態に応じてジェネレータ203回路の抵抗値を制御することにより、各グラフ251,253,255,257,259,261のような種々の特性を選択できる。
【0129】
従って、車両の加速性、旋回性、操縦性などにおいてさらに大きい向上効果が得られる。
【0130】
また、上記のように、電動手段5で生じる電力によってバッテリ38を充電すれば、電力(エネルギー)を回生できるから、バッテリ38を充電するオルタネータと、オルタネータを駆動するエンジンの負担が軽減されると共に、エンジンの燃費がそれだけ向上する。
【0131】
本実施形態のカップリング201ではは、上記のように、ギア組4のギア比と噛み合い抵抗とによってトルク増幅機能が得られる上に、電動手段5の回転抵抗をギア組4に負荷することによってその数倍から約十倍にわたる大きな増幅機能が得られ、さらに、電動手段5による負荷抵抗の調整によって、全体の増幅機能を広い範囲で制御することができる。
【0132】
このような理由により、本実施形態のカップリング201は、電動手段5のモータとしての機能による加速機能を除いて、カップリング1と同等の効果が得られる。
【0133】
さらに、カップリング201では、電動手段5でバッテリ38を充電し、電力(エネルギー)を回生することにより、オルタネータとエンジンの負担を軽減し、エンジンの燃費を向上させることができる。
【0134】
[第4実施形態]
図7と図8によって本発明の第4実施形態であるカップリング301の説明をする。本実施形態のカップリング301は、第2実施形態のカップリング101の駆動制御手段37の構成と、電動手段5の機能が異なる。他の構成については、第2実施形態のカップリング101と同構成なので、図面に同符号を付して説明し、重複した説明は省略する。
【0135】
第2実施形態では、電動手段5は電動のモータとして機能したが、本実施形態では、ジェネレータとしても機能する。本実施形態の駆動制御手段337は、駆動電源であるバッテリ38と、このバッテリ38にリード線239、240によって接続されたコントローラ52と、このコントローラ52にリード線242、243で接続された電気抵抗調整手段である可変抵抗241と、この可変抵抗241とリード線344、345を介して接続された切り換えスイッチ341と、入力軸14の外周に設けられリード線44、45を介してステータ31に接続されたスリップリング47、48と、これらのスリップリング47、48に接触するブラシ49、51とで形成されている。ブラシ49、51はリード線354、355で切り換えスイッチ341に接続されている。
【0136】
そして、コントローラ52は、切り換えスイッチ341を操作し、電動手段5をバッテリ38に接続してモータとして機能させるモータモード(モータ制御)に切り換え、電動手段5を可変抵抗241に接続してジェネレータとして機能させるジェネレータモード(ジェネレータ制御)に切り換える。
【0137】
モータモードとジェネレータモードでは、いずれも、プラネタリーギア組104のギア比による増幅機能と、プラネタリーギア組104に負荷される電動手段5のモータモードによるトルク及びジェネレータモードによる回転抵抗による増幅機能とによって極めて大きなトルク増幅機能が得られ、電動手段5のモータモードとして駆動電流制御及びジェネレータモードとしての抵抗値制御によって伝達トルク(トルク特性)を調整できるから、操舵、加速、減速などの走行条件や、路面状態に応じ、オンデマンドで前後輪間のトルク配分比を調整することにより、車両の加速性、旋回性、操縦性などを大きく向上させることができる。
【0138】
また、ジェネレータモードでは、第3実施形態のカップリング201と同様に、バッテリ38を充電して電力(エネルギー)を回生し、バッテリ38の充電用オルタネータと、オルタネータを駆動するエンジンの負担を軽減し、エンジンの燃費を向上させることができる。
【0139】
また、モータモードでは、第2実施形態のカップリング101と同様に、モータそしての加速機能によって出力軸24を加速し、車両のトルク配分比、加速性、旋回性、操縦性などの調整機能を大きく向上させることができる。
【0140】
図8のグラフ351,353,355,357,359は、電動式カップリング301のジェネレータモード(ジェネレータ制御範囲)において、ジェネレータモードの抵抗値を制御して得られる伝達トルク(Nm)−入出力間の回転数差(ΔN)の特性を示す例である。
【0141】
このように、入力軸14と出力軸24(入出力)間の回転数差(ΔN)に対する伝達トルク(Nm)の大きさは、エンジンの出力トルク、あるいは、車両の旋回、加速、制動などの走行条件、路面状態に応じてジェネレータモードにおける抵抗値を制御することにより、各グラフ351,353,355,357,359のような種々の特性を選択できる。従って、車両の加速性、旋回性、操縦性などにおいてさらに大きい向上効果が得られる。
【0142】
また、図8のグラフ361,363,365,367は、カップリング301のモータモード(モータ制御範囲)において、電動手段5の駆動電流を制御して得られる伝達トルク(Nm)−入出力間の回転数差(ΔN)の特性を示す例である。
【0143】
各グラフ361,363,365,367では、回転数差(ΔN)が変化しても伝達トルク(Nm)は一定に保たれており、さらに、電動手段5の駆動電流を制御することにより、このように伝達トルク(Nm)一定の条件を満たしながら、任意の伝達トルク特性を選択することができる。従って、車両の加速性、旋回性、操縦性などにおいてさらに大きい向上効果が得られる。
【0144】
また、図8に表示したジェネレータ制御範囲とモータ制御範囲は一例であり、これらの範囲は、各矢印のいずれの方向にも自由に変更可能であり、さらに、ジェネレータ制御範囲とモータ制御範囲は互いに交差してもよい。
【0145】
電動式カップリング301は、同一の機器である電動手段5をモータモードとジェネレータモードとに切り換えて用いるように構成したことにより、モータモードとして用いた第2実施形態のカップリング101の効果と、ジェネレータモードとして用いた第3実施形態のカップリング201の効果の両方を得られる。
【0146】
さらに、同一の機器をモータモードとジェネレータモードとに切り換えて用いるこの構成では、モータとジェネレータを個別に用いることに伴うカップリング301の大型化と重量化が防止されるから、構造簡単、低コスト、小型軽量、良好な車載性が得られるなどの効果が保たれる。
【0147】
なお、電動式カップリング301は、入力軸14を出力側にし、出力軸24を入力側にしてもよい。
【0148】
なお、本発明のカップリングは、デファレンシャル装置の差動回転部材の間に配置すれば、差動制限機構に用いることもできる。
【0149】
【発明の効果】
請求項1のカップリングは、ギア組のギア比や噛み合い抵抗値によるトルク増幅機能が得られる上に、モータモードによるトルクやジェネレータモードによる回転抵抗をギア組に負荷し、この負荷抵抗を変えることにより、ギア組固有のトルク増幅機能の数倍から約十倍にわたる大きな増幅機能が得られ、トルクを広い範囲で任意に調整することが可能であり、操舵、加速、減速などの走行条件や、路面状態に応じ、オンデマンドで前後輪間のトルク配分比を調整することにより、車両の加速性、旋回性、操縦性などを大きく向上させることができる。
【0150】
また、従来はトランスミッション、トランスファ、方向変換歯車組、終減速機構などに要求されていた大きな増幅機能が軽減されるから、これらの機構は、設計上の自由度が高くなると共に、コストが低減され、小型化と軽量化が可能になり、車載性が向上する。
【0151】
また、本発明のカップリングでは、トルクの伝達経路に摩擦クラッチを用いないから、摩擦クラッチに付随した現象であるスティックスリップ音、クラッチの磨耗とオイルの経時劣化によるトルク伝達特性の変動と低下、オイルの粘性によるドラグトルクなどによる影響が大幅に低減され、トルク増幅機能、トルクの伝達機能及び断続機能がそれだけ安定する。
【0152】
また、カム機構を用いないから、カム機構のガタ、ガタによるレスポンスの低下と騒音などから解放される。
【0153】
また、従来の駆動力伝達装置501と較べて、構造簡単、低コストであり、小型軽量に構成され、車載性が向上する。
【0154】
また、同一の機器を電動モータとジェネレータとに併用できるから、モータとジェネレータを個別に用いることによる大型化と重量化が防止され、構造簡単、低コスト、小型軽量、良好な車載性などの効果が高く保たれる。
【0155】
また、ジェネレータを用いる構成では、バッテリーを充電して電力(エネルギー)を回生することにより、バッテリー充電用のオルタネータと、オルタネータを駆動するエンジンの負担が軽減されると共に、エンジンの燃費が向上する。
【0156】
また、電動モータを用いる構成では、例えば、旋回半径などに応じて切り離し側車輪を電動モータで加速すれば、4輪駆動走行しながら、車両の加速性、旋回性、操舵性などを大きく向上させることができる。
【0157】
また、ギア組に抵抗を負荷する手段に電動モータやジェネレータを用いたことにより、流体圧式のアクチュエータを用いた構成と異なって、高価なポンプとその駆動源及び圧力ラインの引き回しなどが不要であり、構造簡単、低コストで、配置スペースが狭くてすみ、小型軽量に構成され、車載性に優れる上に、トルク増幅機能を調整する際のレスポンスと、トルクを断続する際のレスポンスが速く、高い信頼性が得られる。
【0158】
請求項2のカップリングは、請求項1の構成と同等の効果を得ることができる。
【0159】
また、電動モータやジェネレータによってギア組に負荷される抵抗を調整すれば、上記のように、オンデマンドでトルクと速度とを広い範囲で調整可能であり、4輪駆動車の走行性、旋回性、操舵性などをさらに向上させることができる。
【0160】
また、電動モータのトルクにより、ギア組を自由回転の状態にすれば、トルクを遮断することができる。
【0161】
請求項3のカップリングは、請求項1または請求項2の構成と同等の効果を得ることができる。
【0162】
これに加えて、ギア組のギア比によるトルク増幅機能が得られる上に、このトルク増幅機能が電動モータやジェネレータの負荷抵抗によって増幅され、さらに大きな増幅機能が得られる。
【0163】
請求項4のカップリングは、請求項1または請求項2の構成と同等の効果を得ることができる。
【0164】
これに加えて、ギア組の噛み合い抵抗によるトルク増幅機能が得られる上に、このトルク増幅機能が電動モータやジェネレータの負荷抵抗によって増幅され、さらに大きな増幅機能が得られる。
【0165】
請求項5のカップリングは、請求項3及び請求項4の構成と同等の効果を得ることができる。
【0166】
また、ヘリカルギアの噛み合いスラスト力と噛み合い反力とによって、さらに大きなトルク増幅機能が得られる。
【0167】
請求項6のカップリングは、請求項3の構成と同等の効果を得ることができる。
【0168】
請求項7のカップリングは、請求項1〜請求項6の構成と同等の効果を得ることができる。
【0169】
また、同一の機器を電動モータとジェネレータとに切り換えて用いるこの構成では、電動モータとジェネレータによる大きなトルク増幅機能と、電動モータによる加速性などの向上効果と、ジェネレータによるエネルギー回生機能などがシームレスに得られる。
【0170】
さらに、電動モータとジェネレータを個別に用いることに伴うカップリングの大型化と重量化が防止され、構造簡単、低コスト、小型軽量、良好な車載性が得られるなどの効果が高く保たれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す断面図である。
【図2】第1実施形態に用いられたヘリカルギア構成のギア組と、各ヘリカルギアの収容孔とを示す図面である。
【図3】第2実施形態の断面図である。
【図4】第1実施形態と第2実施形態において、伝達トルク(Nm)−駆動電流値(A)の特性を示すグラフである。
【図5】第3実施形態の断面図である。
【図6】第3実施形態において、伝達トルク(Nm)−入出力間の回転数差(ΔN)の特性を示すグラフである。
【図7】第4実施形態の断面図である。
【図8】第4実施形態において、伝達トルク(Nm)−入出力間の回転数差(ΔN)の特性を示すグラフである。
【図9】従来例の断面図である。
【符号の説明】
1、101、201、301 カップリング
2 トルク伝達部材
3 トルク伝達部材
4、104 ギア組
5 電動手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a coupling used in a power transmission system of a vehicle and transmitting torque between a pair of torque transmission members.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Laying-Open No. 10-329562 (Patent Document 1) discloses a driving
[0003]
The driving
[0004]
In a four-wheel drive vehicle, a driving
[0005]
When the
[0006]
Further, when the exciting current of the
[0007]
When the excitation of the
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-10-329562 (
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a device such as the driving
[0010]
Further, since the driving
[0011]
That is, in the conventional coupling, the transmission torque is controlled by the multi-plate clutch through a complicated path extending to the pilot clutch, the cam, and the main clutch by giving a current value.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to provide a coupling that can prevent generation of a slipstick sound and can improve controllability.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The coupling according to claim 1, wherein the coupling includes a pair of torque transmitting members, a gear set disposed between the two torque transmitting members and having a torque amplifying function based on a gear ratio, and the driving power is applied to generate the driving force. At least one of an electric motor function of applying a load resistance to the set and a generator function of generating an electromotive force with the driving force applied from the gear set and applying a load resistance to the gear set by the driving force generated by the electromotive force. And a motor means having a function, wherein the load resistance by the motor means is controlled, and the torque amplification function by the gear set is controlled by adjusting the load resistance applied to the gear set.
[0014]
According to the first aspect of the present invention, by using a gear set having a torque amplifying function based on a gear ratio, a torque amplifying function based on the gear ratio can be obtained, and for example, meshing resistance is generated between constituent gears. In such a gear set, the torque is further amplified at an amplification factor corresponding to the meshing resistance. Further, the transmission torque of the coupling is controlled by controlling the load resistance generated by the electric means and adjusting the load resistance applied to the gear set. In this case, for a small load resistance (torque) from the electric means to one of the torque transmitting members, the torque output from the other torque transmitting member is amplified by the gear set to a large torque. As a result, by controlling a small load resistance by the electric means, it is possible to control a large torque output from the other torque transmitting member.
[0015]
According to the first aspect of the present invention, since the friction clutch is not used in the main transmission path of the torque, that is, the main transmission path for transmitting the torque from one torque transmission member to the other torque transmission member, the stick-slip sound is generated. It can be greatly reduced.
[0016]
Furthermore, according to the first aspect of the present invention, since no cam mechanism is used, torque loss does not occur, and a decrease in response can be prevented.
[0017]
In addition, since the transmission torque is directly controlled by the electric motor or the generator, accurate transmission torque control is possible.
[0018]
In addition, if a difference in the number of rotations between a pair of torque transmitting members is given to the electric motor function, an electromotive force is generated and a generator function is realized. Therefore, a configuration in which the generator function and the electric motor function are used together using one of the functions. The use of the electric motor and the generator separately prevents the increase in size and weight, and therefore, the above-mentioned effects such as simple structure, low cost, small size and light weight, and good on-board performance can be maintained. Dripping.
[0019]
Further, in the configuration using the electric motor function, an acceleration function of accelerating the output-side member by the torque and rotating ahead of the input-side member can be obtained.
[0020]
Therefore, the coupling according to the first aspect of the present invention is arranged in a power transmission system on a wheel side that is separated during two-wheel drive traveling in a four-wheel drive vehicle. By accelerating with a motor, it is possible to greatly improve the acceleration, turning, steering and the like of the vehicle while driving with four wheels.
[0021]
Further, in the configuration using the generator function, if the battery is charged with an electromotive force generated by being given rotation and torque from a gear set, it is possible to regenerate electric power (energy), and an alternator for charging the battery Thus, the load on the engine that drives the alternator can be reduced, and the fuel efficiency of the engine can be improved accordingly.
[0022]
Further, the coupling according to the first aspect of the present invention uses an electric motor or a generator as a means for applying a resistance to a gear set, so that the expensive pump and its driving source are different from the configuration using a hydraulic actuator. It is not necessary to lay out the pressure line, the structure is simple, the cost is small, the installation space is small, the size is small and lightweight, and it is excellent in vehicle mountability, and the response when adjusting the coupling transmission torque is improved. The response at the time of intermittent torque is fast and high reliability is obtained.
[0023]
In the coupling of the present invention, any one of the pair of torque transmitting members may be on the input side and may be on the output side.
[0024]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the coupling according to the first aspect, wherein the coupling according to the first aspect is provided,
Electric resistance adjusting means for adjusting the driving power from the power source and adjusting the electric resistance of the circuit; and the load resistance of the electric means loaded on the gear set by adjusting the electric resistance of the electric resistance adjusting means. And a controller for controlling the
The electric means controls an amplification function between the two torque transmitting members by the gear set by adjusting a load resistance to the gear set by adjusting an electric resistance of the electric resistance adjusting means by the controller. And
[0025]
The coupling according to the second aspect can provide the same operation and effect as the configuration according to the first aspect.
[0026]
Also, by adjusting the electric resistance adjusting means by the controller and adjusting the resistance applied to the gear set by the electric motor function and the generator function, the torque and the speed difference can be adjusted over a wide range as needed (on demand). can do.
[0027]
Therefore, in the four-wheel drive vehicle described above, the traveling performance, turning performance, steering performance, and the like can be further improved.
[0028]
Further, when the gear set is brought into a free rotation state by the torque of the electric motor function, torque transmission can be cut off.
[0029]
According to a third aspect of the present invention, in the coupling according to the first or second aspect, the gear set has a torque amplifying function based on a gear ratio. The same operation and effect as the configuration can be obtained.
[0030]
In addition to the above, in the coupling according to the third aspect, a torque amplifying function based on the gear ratio can be obtained in the gear set, and the amplifying function is amplified by the load resistance of the electric motor function and the generator function, so that a larger amplifying function is achieved. Occurs.
[0031]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the coupling according to the first or second aspect, wherein the gear set has an amplifying function by a meshing resistance between the gears. The same operation and effect as the configuration of the second aspect can be obtained.
[0032]
In addition to the above, in the coupling according to the fourth aspect, the gear set can obtain a torque amplification function by a gear ratio and a torque amplification function by a meshing resistance, and the amplification function is amplified by a load resistance of an electric motor function or a generator function. And an even greater amplification function occurs.
[0033]
A fifth aspect of the present invention is the coupling according to the third and fourth aspects, wherein the gear set is a gear set in which a pair of helical side gears are connected via a helical pinion gear, and the torque transmission is performed. An accommodation hole for rotatably accommodating the helical pinion gear is provided on one of the members, and one of the side gears is connected to the other of the torque transmitting members, and the electric means is configured so that the other of the side gear and the one of the one of the side gears are connected to each other. In the gear set, a frictional resistance is generated at the end side of each of the constituent gears by the meshing thrust force generated by receiving the torque, and the meshing reaction force generated by receiving the torque. The helical pinion gears are pressed into the respective receiving holes to generate frictional resistance, and an amplifying function by these two frictional resistances is obtained. It is characterized.
[0034]
In the coupling according to the fifth aspect, in a state where resistance is given by the electric motor function or the generator function of the electric means, for example, the torque input from the torque transmission member provided with the housing hole of the helical pinion gear is respectively transmitted from the housing hole. Is transmitted to the other torque transmission member side gear via the helical pinion gear and is output from the other torque transmission member, and during this time, the torque is amplified by the gear ratio of the helical gear set and the meshing resistance.
[0035]
In addition, by applying the resistance of the electric motor function and the generator function to the helical gear set, a large amplification function that is several times to about ten times as large as the amplification function based on the gear ratio and the meshing resistance inherent in the gear set can be obtained.
[0036]
Further, by adjusting the load resistance by the electric motor function or the generator function, the torque and the speed can be arbitrarily adjusted (on demand) in a wide range.
[0037]
Further, by changing the gear ratio and the meshing resistance (for example, the pressure angle and the twist angle of the gear) of the gear set itself, the torque amplifying function can be adjusted in a wider range.
[0038]
In addition, when the electric motor function and the generator function are stopped and the motor rotates freely, the helical pinion gear revolves together with the housing hole and the side gears rotate (slip), thereby interrupting the transmission of torque. Can be.
[0039]
In this way, the coupling according to the fifth aspect can provide the same operation and effect as the configurations according to the third and fourth aspects.
[0040]
In the coupling according to the fifth aspect, wherein the gear set is formed by a helical gear, a meshing resistance (friction resistance) is generated by the meshing thrust force and the meshing reaction force of the helical gear in addition to the amplification function inherent to the gear set. In addition to obtaining the torque amplifying function, these amplifying functions are amplified by the load resistance of the friction clutch, so that a larger amplifying function is obtained.
[0041]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the coupling according to the third aspect, wherein the gear set includes three relative rotation members of an internal gear, a sun gear, and a carrier supporting a planetary gear connecting the sun gear and the sun gear. Wherein one and the other of the torque transmitting members are separately connected to two of the three relative rotating members, and the electric motor function and the generator function are connected to the torque transmitting member. It is characterized in that it is disposed between any one of the connected relative rotation members and another of the three relative rotation members.
[0042]
In the coupling of
[0043]
In addition, by applying the resistance of the electric motor function and generator function of the electric means between the internal gear and the sun gear, a large torque amplification function ranging from several times to about ten times the amplification function based on the gear ratio of the planetary gear set is achieved. can get.
[0044]
Further, by adjusting the load resistance by the electric motor function or the generator function of the electric means, the torque and the rotational speed difference can be arbitrarily adjusted in a wide range.
[0045]
Further, by changing the gear ratio of the planetary gear set itself, the torque amplifying function can be adjusted over a wider range.
[0046]
In addition, when the constituent gears are freely rotated by the torque of the electric motor function, in the case of the above configuration example, the internal gear and the sun gear become relatively rotatable, and the carrier rotates with the revolution of the planetary gear, The transmission of torque can be interrupted on demand by the sun gear rotating (spinning).
[0047]
Thus, the coupling according to the sixth aspect can provide the same operation and effect as the configuration according to the third aspect.
[0048]
The invention according to
A changeover switch operated by the controller to switch between the electric motor function and the generator function is provided, and the changeover switch is used by switching between an electric motor function operating as the electric motor and a generator function operating as the generator. Thus, the same operation and effect as those of the first to sixth aspects can be obtained.
[0049]
In the configuration of
[0050]
Further, as described in claim 1, in this configuration in which the same device is switched to the electric motor and the generator, the size and weight of the coupling caused by using the electric motor and the generator separately are prevented. Therefore, effects such as simple structure, low cost, small size and light weight, and good vehicle mountability can be kept high.
[0051]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
An electric coupling 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 4. The electric coupling 1 is arranged by dividing a rear wheel side propeller shaft that connects a transfer to a rear wheel (rear differential) that is separated during two-wheel drive traveling in a four-wheel drive vehicle. The left and right directions are the left and right directions of the four-wheel drive vehicle, and the left side in FIG. 1 corresponds to the front (engine side) of the vehicle.
[0052]
The coupling 1 includes a pair of
[0053]
The one torque transmitting member 2 is constituted by a
[0054]
On the other hand, in the
[0055]
The gear set 4 includes a
[0056]
The electric means 5 is formed by a so-called motor comprising a
[0057]
The drive control means 37 includes a
[0058]
Then, the
[0059]
Hereinafter, the operation of the coupling 1 will be described.
[0060]
When a rotational driving force (torque) is input from the engine to the
[0061]
In this state, when a load is applied to the
[0062]
In this case, since the
[0063]
Further, since the pinion gear and the side gear are formed by the helical gear, the end faces of the
[0064]
Here, when the
[0065]
In this case, when the current flowing through the
[0066]
Further, if the rotation of the
[0067]
Therefore, by controlling the current supplied to the
[0068]
The gear set 4 has a torque amplifying function based on a gear ratio (gear ratio) of the constituent gears 25, 26, 27, 28, 20, and 30. The torque is amplified by the above-described respective meshing resistances and the gear ratio of the gear set 4.
[0069]
Further, the above-described amplification function of the gear set 4 is amplified from several times to about ten times by the resistance loaded by the electric means 5.
[0070]
In the coupling 1 of the present embodiment, the friction clutch is not used in the main transmission path of the torque, that is, the main transmission path for transmitting the torque from one torque transmission member to the other torque transmission member. Generation can be greatly suppressed.
[0071]
Furthermore, since no cam mechanism is used, torque loss does not occur, and a decrease in response can be prevented.
[0072]
Further, by controlling the drive current and torque of the electric means 5 by the
[0073]
For example, when such a control of the driving force distribution ratio (adjustment of the magnitude of the transmission torque by the coupling 1) is performed during the cornering, the maneuverability and stability of the vehicle can be greatly improved.
[0074]
When the driving of the electric means 5 is stopped, the resistance applied to the gear set 4 disappears, and the constituent gears 25, 26, 27, 28, 29, and 30 of the gear set 4 become relatively rotatable. Accordingly, the helical pinion gears 26, 27, 28, and 29 revolve with the
[0075]
As described above, in the coupling 1, a large torque amplifying function can be obtained by the amplifying function by the gear ratio and the meshing resistance specific to the gear set 4 and the torque amplifying function by the resistance of the electric means 5 loaded on the gear set 4. At the same time, the transmission torque (torque characteristic) can be adjusted by controlling the drive current of the
[0076]
A graph 53 in FIG. 4 is an example of a transmission torque (Nm) -drive current value (A) characteristic obtained by controlling the drive current of the electric means 5 in the coupling 1.
[0077]
The magnitude of the transmission torque (Nm) with respect to the drive current value (A) of the electric means 5 is determined by the output torque of the engine and the rotational speed difference (ΔN) between the
[0078]
Also, in the coupling 1 configured using the electric means 5, the characteristics of the coupling 301 according to the following fourth embodiment configured using the electric means 5 (each
[0079]
Furthermore, if the
[0080]
Therefore, for example, when such an acceleration is performed by the electric means 5 according to the turning radius at the time of turning, the acceleration, turning, maneuverability, etc. of the vehicle can be further improved while driving with four wheels. .
[0081]
[Second embodiment]
A coupling 101 (coupling) according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and redundant description will be omitted.
[0082]
The
[0083]
The gear set 4 of the present embodiment includes an internal gear (two of the three relative rotating members) 117, a
[0084]
When a rotational driving force is input to the
[0085]
In this state, when a load is applied to the
[0086]
Here, when electricity is supplied to the
[0087]
In this case, when the current flowing through the
[0088]
When the value of the current supplied to the
[0089]
Therefore, by controlling the exciting current to the
[0090]
Further, in the
[0091]
As described above, according to the present embodiment, the torque amplification function of the gear set 104 can be controlled by controlling the current supplied to the
[0092]
Further, in the
[0093]
Further, in the
[0094]
In addition, by adjusting the gear ratio of the gear set 104, the magnitude of the transmission torque by the
[0095]
By adjusting the amplification factor of the transmission torque of the
[0096]
Further, by changing the gear ratio and the meshing resistance value of the gear set 104 itself, the torque amplifying function can be adjusted in a wider range.
[0097]
Further, since the
[0098]
In addition, since the
[0099]
Further, the
[0100]
Further, the
[0101]
In the
[0102]
When the electric means 5 is stopped, that is, when the current supply to the
[0103]
As described above, in the
[0104]
A graph 53 in FIG. 4 is an example of a transmission torque (Nm) -drive current value (A) characteristic of the
[0105]
In addition, in the
[0106]
Further, if the
[0107]
Therefore, if such acceleration by the electric means 5 is performed in accordance with the turning radius, the acceleration, turning, and maneuverability of the vehicle can be greatly improved while driving with four wheels.
[0108]
[Third embodiment]
A coupling 201 (coupling) according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The configuration of the
[0109]
In the first embodiment, the electric means 5 functions as an electric motor, but in the present embodiment, functions as a generator. The drive control means 237 of the present embodiment includes a
[0110]
When a rotational driving force (torque) is input from the engine to the
[0111]
In this state, when a load is applied to the
[0112]
In this case, since the
[0113]
Further, since the pinion gear and the side gear are formed by the helical gear, the end faces of the
[0114]
In addition, when the
[0115]
When the load resistance of the work of the electromotive force of the electric means 5 functioning as a generator is applied to the
[0116]
In this case, when the rotation of the
[0117]
Further, by controlling the resistance value of the
[0118]
Therefore, by controlling the resistance value of the
[0119]
The gear set 4 has a torque amplifying function based on the gear ratios (gear ratios) of the constituent gears 25, 26, 27, 28, 20, and 30. The torque is generated in the gear set 4 while torque is transmitted. The torque is amplified by the respective meshing resistances and the gear ratio of the gear set 4.
[0120]
Further, the above-described amplification function of the gear set 4 is amplified from several times to about ten times by the resistance loaded by the electric means 5.
[0121]
When the drive current and torque of the electric means 5 are controlled by the
[0122]
For example, when such a control of the driving force distribution ratio (adjustment of the magnitude of the transmission torque by the coupling 1) is performed during the cornering, the maneuverability and stability of the vehicle can be greatly improved.
[0123]
When the driving of the electric means 5 is stopped, the resistance applied to the gear set 4 disappears, and the constituent gears 25, 26, 27, 28, 29, and 30 of the gear set 4 become relatively rotatable. Accordingly, the helical pinion gears 26, 27, 28, and 29 revolve with the
[0124]
As described above, the
[0125]
Further, in the
[0126]
Further, in the
[0127]
Each of the
[0128]
As described above, the magnitude of the transmission torque (Nm) with respect to the rotation speed difference (ΔN) between the
[0129]
Therefore, a greater improvement in the acceleration, turning and maneuverability of the vehicle can be obtained.
[0130]
Further, as described above, if the
[0131]
In the
[0132]
For this reason, the
[0133]
Further, in the
[0134]
[Fourth embodiment]
A coupling 301 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The coupling 301 of the present embodiment differs from the configuration of the
[0135]
In the second embodiment, the electric means 5 functions as an electric motor, but in the present embodiment, it also functions as a generator. The drive control means 337 of the present embodiment includes a
[0136]
Then, the
[0137]
In both the motor mode and the generator mode, an amplifying function based on the gear ratio of the planetary gear set 104, an amplifying function based on the motor mode torque of the electric means 5 loaded on the planetary gear set 104 and the rotational resistance based on the generator mode. As a result, an extremely large torque amplifying function can be obtained, and the transmission torque (torque characteristic) can be adjusted by controlling the drive current as the motor mode of the electric means 5 and the resistance value as the generator mode. By adjusting the torque distribution ratio between the front and rear wheels on demand according to the road surface condition, the acceleration, turning, and maneuverability of the vehicle can be greatly improved.
[0138]
In the generator mode, similarly to the
[0139]
In the motor mode, similarly to the
[0140]
[0141]
As described above, the magnitude of the transmission torque (Nm) with respect to the rotation speed difference (ΔN) between the
[0142]
Further,
[0143]
In each of the
[0144]
Further, the generator control range and the motor control range displayed in FIG. 8 are merely examples, and these ranges can be freely changed in any direction of each arrow. Further, the generator control range and the motor control range are mutually different. May cross.
[0145]
The motor-operated coupling 301 is configured so that the
[0146]
Further, in this configuration in which the same device is switched between the motor mode and the generator mode, the coupling 301 is prevented from becoming large and heavy due to the separate use of the motor and the generator. In addition, effects such as small size, light weight, and good vehicle mountability can be obtained.
[0147]
Note that the electric coupling 301 may have the
[0148]
In addition, if the coupling of the present invention is arranged between the differential rotating members of the differential device, it can be used for a differential limiting mechanism.
[0149]
【The invention's effect】
In the coupling according to the present invention, a torque amplifying function based on a gear ratio and a meshing resistance value of a gear set is obtained, and a torque in a motor mode or a rotational resistance in a generator mode is loaded on the gear set to change the load resistance. As a result, a large amplification function ranging from several times to about ten times the torque amplification function inherent to the gear set can be obtained, the torque can be arbitrarily adjusted in a wide range, and driving conditions such as steering, acceleration, deceleration, etc., By adjusting the torque distribution ratio between the front and rear wheels on demand according to the road surface condition, it is possible to greatly improve the acceleration, turning performance, maneuverability, and the like of the vehicle.
[0150]
In addition, since the large amplification functions conventionally required for transmissions, transfer, direction changing gear sets, final reduction mechanisms, etc. are reduced, these mechanisms have a higher degree of freedom in design and lower costs. In addition, the size and weight can be reduced, and the on-board property is improved.
[0151]
Further, in the coupling of the present invention, since the friction clutch is not used in the transmission path of the torque, a stick-slip sound which is a phenomenon associated with the friction clutch, fluctuation and deterioration of the torque transmission characteristic due to wear of the clutch and deterioration with time of the oil, The effect of drag torque due to oil viscosity is greatly reduced, and the torque amplification function, torque transmission function, and intermittent function are more stable.
[0152]
In addition, since the cam mechanism is not used, the cam mechanism is free from the backlash, the reduced response due to the backlash and noise.
[0153]
Further, as compared with the conventional driving
[0154]
In addition, since the same device can be used for an electric motor and a generator, the size and weight of the motor and the generator can be prevented by using the motor and the generator separately. Is kept high.
[0155]
In addition, in the configuration using the generator, the battery is charged to regenerate electric power (energy), so that the load on the alternator for charging the battery and the engine that drives the alternator is reduced, and the fuel efficiency of the engine is improved.
[0156]
Further, in a configuration using an electric motor, for example, if the separation-side wheel is accelerated by an electric motor according to a turning radius or the like, the vehicle's acceleration, turning, steering and the like are greatly improved while driving with four wheels. be able to.
[0157]
Further, by using an electric motor or a generator as a means for loading a resistance to the gear set, unlike an arrangement using a fluid pressure type actuator, an expensive pump and its driving source and routing of a pressure line are not required. It has a simple structure, low cost, requires a small installation space, is small and lightweight, has excellent vehicle mountability, and has a fast and high response when adjusting the torque amplification function and when intermittent torque is applied. Reliability is obtained.
[0158]
The coupling according to the second aspect can provide the same effect as the configuration according to the first aspect.
[0159]
Further, by adjusting the resistance applied to the gear set by the electric motor or the generator, the torque and the speed can be adjusted in a wide range on demand as described above. , Steering characteristics and the like can be further improved.
[0160]
Further, if the gear set is brought into a free rotation state by the torque of the electric motor, the torque can be cut off.
[0161]
The coupling according to the third aspect can provide the same effect as the configuration according to the first or second aspect.
[0162]
In addition to this, a torque amplifying function based on the gear ratio of the gear set is obtained, and the torque amplifying function is amplified by the load resistance of the electric motor or the generator, so that a larger amplifying function is obtained.
[0163]
The coupling according to the fourth aspect can provide the same effect as the configuration according to the first or second aspect.
[0164]
In addition to this, a torque amplifying function is obtained by the meshing resistance of the gear set, and this torque amplifying function is amplified by the load resistance of the electric motor or the generator, so that a larger amplifying function is obtained.
[0165]
The coupling according to the fifth aspect can provide the same effects as the configurations according to the third and fourth aspects.
[0166]
Further, a larger torque amplifying function can be obtained by the meshing thrust force and the meshing reaction force of the helical gear.
[0167]
The coupling according to the sixth aspect can provide the same effect as the configuration according to the third aspect.
[0168]
The coupling according to the seventh aspect can provide the same effects as the configurations according to the first to sixth aspects.
[0169]
In addition, in this configuration, the same device is switched between an electric motor and a generator, and the large torque amplifying function of the electric motor and the generator, the improvement effect such as acceleration by the electric motor, and the energy regeneration function of the generator are seamless. can get.
[0170]
Further, the increase in the size and weight of the coupling due to the separate use of the electric motor and the generator is prevented, and the effects such as simple structure, low cost, small size and light weight, and good vehicle mountability are maintained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a drawing showing a gear set of a helical gear configuration used in the first embodiment and accommodation holes of each helical gear.
FIG. 3 is a sectional view of a second embodiment.
FIG. 4 is a graph showing characteristics of a transmission torque (Nm) -a drive current value (A) in the first embodiment and the second embodiment.
FIG. 5 is a sectional view of a third embodiment.
FIG. 6 is a graph showing a characteristic of a transmission torque (Nm) -a rotation speed difference (ΔN) between input and output in the third embodiment.
FIG. 7 is a sectional view of a fourth embodiment.
FIG. 8 is a graph showing a characteristic of a transmission torque (Nm) -a difference in rotation speed (ΔN) between input and output in the fourth embodiment.
FIG. 9 is a sectional view of a conventional example.
[Explanation of symbols]
1, 101, 201, 301 coupling
2 Torque transmission member
3 Torque transmission member
4,104 gear set
5 Electric means
Claims (7)
前記両トルク伝達部材(2、3)の間に配置されギア比によるトルク増幅機能を有するギア組(4、104)、
駆動電力が付与されて駆動力を発生し前記ギア組(4、104)に負荷抵抗を付与する電動モータ機能と前記ギア組(4、104)から付与された駆動力で起電力を発生させこの起電力で発生した駆動力による負荷抵抗を前記ギア組(4、104)に付与するジェネレータ機能の少なくとも一方の機能を有する電動手段(5)とを備え、
前記電動手段(5)による前記負荷抵抗を制御し、前記ギア組(4、104)に付与される負荷抵抗を調整することにより前記ギア組(4、104)による増幅機能を制御することを特徴とするカップリング(1、101、201、301)。A pair of torque transmitting members (2, 3);
A gear set (4, 104) disposed between the two torque transmitting members (2, 3) and having a torque amplifying function based on a gear ratio;
The driving power is applied to generate a driving force, and an electric motor function for applying a load resistance to the gear set (4, 104) and the driving force applied from the gear set (4, 104) to generate an electromotive force. An electric means (5) having at least one of a generator function of giving a load resistance by the driving force generated by the electromotive force to the gear set (4, 104);
The amplifying function of the gear set (4, 104) is controlled by controlling the load resistance by the electric means (5) and adjusting the load resistance applied to the gear set (4, 104). (1, 101, 201, 301).
電力源(38)からの駆動電力を調整すると共に、回路の電気抵抗を調整する電気抵抗調整手段(41)と、前記電気抵抗調整手段(41)の電気抵抗を調整することにより前記ギア組(4、104)に負荷される前記電動手段(5)の負荷抵抗を制御するコントローラ(52)とを備え、
前記電動手段(5)は、前記コントローラ(52)による前記電気抵抗調整手段(41)の電気抵抗の調整によって前記ギア組(1、104)へ負荷抵抗を調整することにより、前記ギア組(1、104)による前記両トルク伝達部材(2、3)間の伝達トルクの大きさを制御することを特徴とするカップリング(1、101、201、301)。The coupling (1, 101, 201, 301) according to claim 1, wherein:
An electric resistance adjusting means (41) for adjusting the driving electric power from the electric power source (38) and the electric resistance of the circuit, and an electric resistance of the electric resistance adjusting means (41) to adjust the gear set ( A controller (52) for controlling the load resistance of the electric means (5) loaded on the fourth and fourth (104).
The electric means (5) adjusts the load resistance to the gear set (1, 104) by adjusting the electric resistance of the electric resistance adjusting means (41) by the controller (52), whereby the gear set (1) is adjusted. , 104) for controlling the magnitude of the torque transmitted between the two torque transmitting members (2, 3) by the coupling (1, 101, 201, 301).
前記ギア組(4、104)が、ギア比によるトルク増幅機能を有することを特徴とするカップリング。The invention described in claim 1 or claim 2,
A coupling characterized in that the gear set (4, 104) has a torque amplifying function based on a gear ratio.
前記ギア組(4、104)が、各ギア間での噛み合い抵抗よるトルク増幅機能を有することを特徴とするカップリング。The invention described in claim 1 or claim 2,
A coupling characterized in that the gear set (4, 104) has a torque amplifying function by a meshing resistance between the gears.
前記ギア組(4)が、ヘリカルピニオンギア(26、27、28、29)を介して一対のヘリカルサイドギア(25、30)を連結したギア組であり、
前記トルク伝達部材(2)の一方に、前記ヘリカルピニオンギア(26、27、28、29)を回転自在に収容する収容孔(17、18、19、20)が設けられ、
前記トルク伝達部材(3)の他方に、前記サイドギア(30)の一方が連結され、
前記電動手段(5)が、前記サイドギア(30)の他方と前記一方のトルク伝達部材(2)との間に配置され、
前記ギア組(4)において、ヘリカルギア(25、26、27、28、29、30)がトルクを受けて生じる噛み合いスラスト力により各構成ギアの端部側で摩擦抵抗が生じると共に、トルクを受けて生じる噛み合い反力により前記ヘリカルピニオンギアがそれぞれの収容孔に押圧されて摩擦抵抗が生じ、これら両摩擦抵抗によるトルク増幅機能が得られることを特徴とするカップリング(1)。The invention described in claim 3 and claim 4,
The gear set (4) is a gear set in which a pair of helical side gears (25, 30) are connected via helical pinion gears (26, 27, 28, 29).
One of the torque transmission members (2) is provided with a housing hole (17, 18, 19, 20) for rotatably housing the helical pinion gear (26, 27, 28, 29),
One of the side gears (30) is connected to the other of the torque transmitting member (3),
Said electric means (5) is arranged between the other of said side gears (30) and said one torque transmitting member (2);
In the gear set (4), the meshing thrust force generated by the helical gears (25, 26, 27, 28, 29, 30) generates frictional resistance at the ends of the constituent gears due to the meshing thrust force. The coupling (1) is characterized in that the helical pinion gear is pressed by the respective receiving holes due to the meshing reaction force generated thereby, and frictional resistance is generated, and a torque amplification function is obtained by the two frictional resistances.
前記ギア組(104)が、インターナルギア(117)と、サンギア(120)と、これらを連結するプラネタリーギア(118)を支持するキャリヤ(119)の3箇の相対回転部材からなるプラネタリーギア組であり、
前記トルク伝達部材の一方(2)と他方(3)が、前記3相対回転部材の内の2者と各別に連結され、
前記電動手段(5)が、前記トルク伝達部材(2)に連結された相対回転部材の内のいずれかと、前記3相対回転部材の他の1者との間に配置されていることを特徴とするカップリング(104)。The invention according to claim 3, wherein
The gear set (104) is a planetary gear composed of three relative rotating members: an internal gear (117), a sun gear (120), and a carrier (119) supporting a planetary gear (118) connecting these. Pair
One (2) and the other (3) of the torque transmission members are separately connected to two of the three relative rotation members,
The motor-driven means (5) is arranged between any one of the relative rotation members connected to the torque transmission member (2) and the other of the three relative rotation members. Coupling (104).
前記切り換えスイッチ(341)によって、前記電動モータとして作動する電動モータ機能と、前記ジェネレータとして作動するジェネレータ機能とを切り換えて用いられることを特徴とするカップリング(301)。The invention according to any one of claims 1 to 6, further comprising a changeover switch (341) operated by the controller (52) to switch between the electric motor function and the generator function,
The coupling (301), wherein the changeover switch (341) is used by switching between an electric motor function operating as the electric motor and a generator function operating as the generator.
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