JP2011237019A - 左右輪駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1及び第2の駆動源M1,M2と、左右の駆動輪WL,WRと、両駆動源M1,M2と左右の駆動輪WL,WRとの間に介設された歯車機構2とを備え、歯車機構2は、1本の軸に複数のピニオンギヤが連設された連設ピニオン20と、連設ピニオン20のピニオンギヤ21,22と噛合するサンギヤ24,25,連設ピニオン20を枢支するキャリア23,連設ピニオン20のピニオンギヤ22と噛合するリングギヤ27の4要素とをそなえた4要素2自由度の回転機構であり、4要素のうち回転固定すると他の3要素が同一方向に回転する第1要素に一方の駆動源を接続し、他の3要素のうち第1要素を回転固定すると最も高速回転する第2要素に他方の駆動源に接続し、残りの2要素に左右駆動輪をそれぞれ接続する。
【選択図】図3
Description
しかしながら、車両の加速時等の車両に大きな総駆動トルク(左右輪の駆動トルクの合計)が必要な走行場面では、左右輪の駆動トルクをいずれも大きくしなくてはならず、左右輪間に大きな駆動トルク差を与えることは困難である。つまり、左右輪間に大きな駆動トルク差を与えるには、一方のモータの駆動トルクを低下させなくてはならず、その分だけ車両の総駆動トルクは低下することになり、車両の加速等の走行性能が不足する。
一方、特許文献4には、2つのモータの出力軸間に、何れも遊星歯車機構を用いた2つの差動装置と、何れも複数のギヤの組み合わせからなる2組の減速ギヤ列を介装して、2つのモータの間でトルク移動をできるようにする技術が提案されている。この技術のように、2つのモータの間でトルク移動をできれば、総駆動トルクの減少を抑えながら左右輪間に大きな駆動トルク差を与えることが可能になる。
本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたもので、シンプルな構成で総駆動トルクの減少を抑えながら左右輪間に要求される駆動トルク差を与えることができるようにした、左右輪駆動装置を提供することを目的とする。
また、前記第1及び第2の駆動源は、何れも電動機であることが好ましい。
4要素2自由度の回転機構のギヤ比は、通常の左右輪駆動時(車両の前進時)において各駆動源(例えば、電動機)が逆転しないように設定することが好ましい。
歯車機構の連設ピニオンに3連ピニオンを採用すれば、駆動トルク差の増幅率を大きく設定することが可能になり、要求される左右駆動輪間の駆動トルク差を与える際の車両の総駆動トルクの低下を一層抑えることができる。
また、第1及び第2の駆動源を電動機とすれば、トルク制御を高精度に行なうことができ、左右駆動輪間の駆動トルク差を適切に与えることができる。
[原理構成]
まず、本発明の左右輪駆動装置の原理構成について、図1,図2を用いて説明する。
本左右輪駆動装置は、例えば、自動車(単に、車両ともいう)に装備された第1及び第2の駆動源と、左右の駆動輪と、第1及び第2の駆動源と左右の駆動輪との間に介設された歯車機構とを備えている。
図1(a)は後述の第1実施形態にかかる歯車機構のスケルトン図であり、図1(b)は後述の第2実施形態にかかる歯車機構のスケルトン図であり、いずれも歯車機構の軸心の片側のみを示している。
本装置の歯車機構の特徴点の一つは、1本の軸に複数のピニオンギヤが連設された連設ピニオンを用いている点にある。
なお、「基準ピッチ円直径が大きい」とは、各ピニオンギヤの回転速度に着目すれば、各ピニオンギヤの周速度(基準ピッチ円直径での速度)は互いに等しいことから、「回転速度が遅い」とも言い換えることができる。また、各ピニオンギヤのモジュール(歯の大きさ)が等しい場合には、「基準ピッチ円直径が大きい」とは、「歯数が多い」とも言い換えることができる。
図1(a)に示す2連ピニオンの場合、歯車機構の構成要素として、2連ピニオン20に加えて、2連ピニオン20を回転自在に支持するキャリア23(要素E1)と、第1ピニオンギヤ21と噛合する第1サンギヤ24(要素E2)と、第1ピニオンギヤ21と噛合する第1リングギヤ26(要素E3)と、第2ピニオンギヤ22と噛合する第2サンギヤ25(要素E4)と、第2ピニオンギヤ22と噛合する第2リングギヤ27(要素E5)と、の5要素をそなえることが可能である。本歯車機構としては、図2の速度線図上に示すように、これらのE1〜E5の5要素のうちのいずれか4要素を備えればよい。
〔規定1〕歯車要素の4要素のうち自身を回転固定すると他の3要素が同一方向に回転する歯車要素(第1要素)に、第1及び第2の駆動源のうちの一方の駆動源を接続する。
〔規定2〕残る他の3要素のうち第1要素を回転固定すると最も高速回転する歯車要素(第2要素)に、第1及び第2の駆動源のうち他方の駆動源を接続する。
〔規定3〕4要素のうち残りの2要素(第3要素,第4要素)の一方に左駆動輪を他方に前記右駆動輪をそれぞれ接続する。
図1(c)は要素E1を固定して要素E2〜E7の各回転軌道を示す図である。この図1(c)を参照すれば、キャリアである要素E1を回転固定すると、連接ピニオン20又は30が自転すると、サンギヤである要素E2,E4,E6は何れも連接ピニオン20又は30と逆方向に回転し、リングギヤである要素E3,E5,E7は何れも連接ピニオン20又は30と同方向に回転する。
[第1実施形態]
(構成)
本実施形態の左右輪駆動装置は、図3(a)に示すように、第1の駆動源としての第1電動機(第1モータ)M1と、第2の駆動源としての第2電動機(第2モータ)M2と、歯車機構2と、左駆動輪(単に、左輪ともいう)WLと、右駆動輪(単に、右輪ともいう)WRとを備えて構成され、電気自動車(純粋な電気自動車のみならずハイブリッド式電気自動車も含む)に、その駆動系(パワープラント)として装備される。なお、第1モータM1及び第2モータM2は、同一の最大出力を有する同一規格のものを用いている。
図3(c)において、TM1は第1モータM1の出力トルク、TM2は第2モータM2の出力トルク、TLは左輪WLへの入力トルク(車両駆動トルク)、TRは右輪WRへの入力トルク(車両駆動トルク)である。また、b1は左右輪WL,WRのギヤ比を基準(=1)とした場合の速度線図上における第1モータM1のギヤ比、b2は左右輪WL,WRのギヤ比を基準(=1)とした場合の速度線図上における第2モータM2のギヤ比であり、各ギヤの歯数から求めることもできます。
TL=(b1+1)・TM1−b2・TM2・・・(1a)
TR=(b2+1)・TM2−b1・TM1・・・(1b)
なお、車両の駆動にかかる総トルクT、及び、左右輪のトルク差ΔT(=TR−TL)は次式(2),(3)のように表すことができる。
ΔT=(2・b2+1)・TM2−(2・b1+1)・TM1 ・・・(3)
左右輪WL,WRの駆動制御をバランスさせるために、通常は、第1モータM1のギヤ比b1と第2モータM2のギヤ比b2とを同一値(b1=b2=b)に設定するので、この場合、式(3)は下式(3A)のように表すことができる。
=(2・b+1)・(TM2−TM1)・・・(3A)
したがって、第1モータM1の出力トルクTM1と第2モータM2の出力トルクTM2とを同一値にすれば、左右輪のトルク差ΔTは0となり、第1モータM1の出力トルクTM1と第2モータM2の出力トルクTM2とに差(=|TM2−TM1|)を与えれば、このモータ出力トルク差の(2・b+1)倍のトルク差が左右輪WL,WR間に発生する。
本実施形態に係る左右輪駆動装置は、上述のように構成されているので、第1モータM1と第2モータM2とから出力される駆動トルク間に差を与えると、この駆動トルク差が増幅されて左右輪WL,WRに伝達される。
また、第1モータM1及び第2モータM2は、同一の最大出力を有する同一規格のものを用いているので、左右輪のトルク制御をシンプルに且つバランスよく行なえ、しかも、モータの装備コスト上も有利になる。
まず、比較例について図4を用いて説明する。比較例の左右輪駆動装置は、図4(a)に示すように、左右駆動輪WL,WRをそれぞれのモータM1,M2で個別駆動する周知の装置(例えば、特許文献1,2参照)であり、図4(b)に示すように、各モータM1,M2はそれぞれギヤ機構等を介して左右駆動輪WL,WRに独立して接続されている。したがって、図4(c)に示すように、モータM1の出力トルクTM1がそのまま左輪WLの駆動トルクとなり、モータM2の出力トルクTM2がそのまま右輪WRの駆動トルクとなる。このため、左右輪WL,WR間のトルク差を与えるには、この与えたいトルク差と等しい出力トルク差をモータ間に与えることが必要になる。
そこで、車両の走行範囲内において、モータが逆方向に回転しないように、ギヤ比b1,b2を設定することが好ましい。
(構成)
本実施形態の左右輪駆動装置は、図9に示すように、第1の駆動源としての第1電動機(第1モータ)M1と、第2の駆動源としての第2電動機(第2モータ)M2と、歯車機構3と、左駆動輪(単に、左輪ともいう)WLと、右駆動輪(単に、右輪ともいう)WRとを備えて構成され、電気自動車(純粋な電気自動車のみならずハイブリッド式電気自動車も含む)に、その駆動系(パワープラント)として装備される。なお、第1モータM1及び第2モータM2は、同一の最大出力を有する同一規格のものを用いている。
本実施形態の場合、第1サンギヤ35,第2サンギヤ36,第3サンギヤ37等の基準ピッチ円直径の設定自由度が高いので、歯車機構3からのギヤ比b1,b2の制約は少なく、したがって、ギヤ比b1,b2の上限を第1実施形態のものよりも大きく設定することが容易である。
本実施形態に係る左右輪駆動装置は、上述のように構成されているので、第1実施形態と同様に、モータ間の出力トルク差が増幅されて左右輪WL,WR間のトルク差となるので、一方のモータの駆動トルク低下量を抑えながら、要求される左右輪WL,WRの駆動トルク差を与えることができる。つまり、車両の総駆動トルクの低下を抑えながら、左右輪WL,WRに所要の駆動トルク差を与えて車両の旋回制御等を行なうことができるようになる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
11,12 中空軸
13L,13R 軸
20 連設ピニオンとしての2連ピニオン
30 連設ピニオンとしての3連ピニオン
21,31 第1ピニオンギヤ
22,32 第2ピニオンギヤ
33 第3ピニオンギヤ
23,34 キャリア
24,35 第1サンギヤ
25,36 第2サンギヤ
37 第3サンギヤ
26,38 第1リングギヤ
27,39 第2リングギヤ
40 第3リングギヤ
M1 第1の駆動源としての第1電動機(第1モータ)
M2 第2の駆動源としての第2電動機(第2モータ)
WL 左駆動輪(左輪)
WR 右駆動輪(右輪)
Claims (5)
- 第1の駆動源及び第2の駆動源と、
左駆動輪及び右駆動輪と、
前記第1及び第2の駆動源と、前記左右の駆動輪との間に介設された歯車機構とを備え、
前記歯車機構は、
1本の軸に複数のピニオンギヤが連設された連設ピニオンと、
前記連設ピニオンの各ピニオンギヤと噛合するサンギヤ,前記連設ピニオンを枢支するキャリア,前記連設ピニオンの各ピニオンギヤと噛合するリングギヤの、前記連設ピニオンと連係する各要素のうちの4要素と、をそなえた、4要素2自由度の回転機構であり、
前記4要素のうち自身を回転固定すると他の3要素が同一方向に回転する第1要素に、前記第1及び第2の駆動源のうちの一方の駆動源を接続し、前記他の3要素のうち前記第1要素を回転固定すると最も高速回転する第2要素に、前記第1及び第2の駆動源のうち他方の駆動源を接続し、前記4要素のうち残りの2要素の一方に前記左駆動輪を他方に前記右駆動輪をそれぞれ接続する
ことを特徴とする、左右輪駆動装置。 - 前記連設ピニオンは、第1ピニオンギヤと前記第1ピニオンギヤよりも基準ピッチ円直径の大きいと第2ピニオンギヤとの2つのピニオンギヤが連設された2連ピニオンであって、
前記歯車機構は、前記2連ピニオンと、前記第1ピニオンギヤと噛合する第1サンギヤと、前記第2ピニオンギヤと噛合する第2サンギヤと、前記連設ピニオンを枢支するキャリアと、前記第1ピニオンギヤ及び前記第2ピニオンギヤの何れかと噛合するリングギヤとの4要素をそなえ、
前記第1及び第2の駆動源の一方を前記リングギヤに他方を前記第2サンギヤにそれぞれ接続し、
前記左右駆動輪の一方を前記キャリアに他方を前記第1サンギヤにそれぞれ接続する
ことを特徴とする、請求項1記載の左右輪駆動装置。 - 前記連設ピニオンは、第1ピニオンギヤと前記第1ピニオンギヤよりも基準ピッチ円直径の大きい第2ピニオンギヤと前記第2ピニオンギヤよりも基準ピッチ円直径の大きい第3ピニオンギヤとの3つのピニオンギヤが連設された3連ピニオンであって、
前記歯車機構は、前記3連ピニオンと、前記第1ピニオンギヤと噛合する第1サンギヤと、前記第2ピニオンギヤと噛合する第2サンギヤと、前記第3ピニオンギヤと噛合する第3サンギヤと、前記連設ピニオンを枢支するキャリアとの4要素をそなえ、
前記第1及び第2の駆動源の一方を前記キャリアに他方を前記第3ピニオンギヤにそれぞれ接続し、
前記左右駆動輪の一方を前記第1ピニオンギヤに他方を前記第2ピニオンギヤにそれぞれ接続する
ことを特徴とする、請求項1記載の左右輪駆動装置。 - 前記第1及び第2の駆動源には、同一の最大出力を有する同一規格のものを用いる
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の左右輪駆動装置。 - 前記第1及び第2の駆動源は、何れも電動機である
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の左右輪駆動装置。
Priority Applications (4)
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