JP2017081316A - 遊星歯車機構 - Google Patents

Abstract

【課題】係合機構によって選択的に回転不能に固定される回転要素を有する遊星歯車機構において、係合時に新たなギヤノイズが発生することを抑制すること。
【解決手段】ハイブリッド車両Ｖｅに搭載される遊星歯車機構において、エンジン１が出力した動力を第１モータＭＧ１側と駆動輪２側とに分割する動力分割機構１０を構成する第１遊星歯車機構と、係合機構であるセレクタブルワンウェイクラッチ３０によって反力要素となる第２リングギヤＲ２を回転不能に固定することで増速機として機能する変速部２０を構成する第２遊星歯車機構とを備え、動力分割機構１０の第１サンギヤＳ１の歯数と、変速部２０の第２サンギヤＳ２の歯数とが同一であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、遊星歯車機構に関する。

従来、パラレル式のハイブリッド車両には、遊星歯車機構により構成された動力分割機構を搭載することが知られている。

特許文献１には、ハイブリッド車両に搭載される遊星歯車機構として、エンジンが出力した動力を第１モータ・ジェネレータ側と駆動輪側とに分割する動力分割機構としての第１遊星歯車機構に加えて、係合機構によって選択的に回転不能に固定される第２キャリアを有する第２遊星歯車機構が開示されている。係合機構が第２キャリアを固定すると、第２遊星歯車機構は増速機として機能し、出力要素である第１遊星歯車機構の第１リングギヤの回転数がエンジン回転数よりも大きい、いわゆるオーバードライブ状態となる。

特開２０１５−１５８２６２号公報

特許文献１の構成では、係合機構が第２キャリアを固定することによって、第２遊星歯車機構でトルク反力を受けてエンジントルクを第１遊星歯車機構から駆動輪に伝達する。しかしながら、第２キャリアを固定した状態では、反力受けとして機能する第２遊星歯車機構で、第１遊星歯車機構とは異なる新たなギヤノイズが発生する可能性がある。その場合、係合機構を係合した瞬間に、新たなギヤノイズが発生することになり、車両の搭乗者にとって不快な現象となる。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、係合機構によって選択的に回転不能に固定される回転要素を有する場合、係合時に新たなギヤノイズが発生することを抑制できる遊星歯車機構を提供することを目的とする。

本発明は、動力源として内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両に搭載されている遊星歯車機構において、前記内燃機関が出力した動力を前記電動機側と駆動輪側とに分割する動力分割機構としての第１遊星歯車機構と、係合機構によって反力要素を回転不能に固定することで増速機として機能する第２遊星歯車機構とを含み、前記第１遊星歯車機構は、前記電動機に連結された第１サンギヤと、前記内燃機関に連結された第１キャリアと、前記駆動輪に向けてトルクを出力する第１リングギヤとを有し、前記第２遊星歯車機構は、前記第１サンギヤと一体回転するように連結された第２サンギヤと、前記係合機構によって選択的に回転不能に固定される前記反力要素と、前記第１キャリアと一体回転するように連結された回転要素とを有し、前記第１サンギヤの歯数と前記第２サンギヤの歯数とが同一であることを特徴とする。

本発明では、第１サンギヤの歯数と第２サンギヤの歯数とが同一であるため、第１遊星歯車機構のかみ合い周波数と第２遊星歯車機構のかみ合い周波数を一致させることができる。そのため、内燃機関から第１遊星歯車機構を介して駆動輪にトルクを伝達する場合に、第２遊星歯車機構でトルク反力を受けるために反力要素を係合機構で固定した際、第２遊星歯車機構において第１遊星歯車機構とは異なる周波数のギヤノイズが生じることを防止できる。これにより、係合機構を係合したことによる異音発生を防止でき、車両の搭乗者とって不快な現象を解消できる。

図１は、本発明の一実施形態における遊星歯車機構を搭載した車両の一例を示すスケルトン図である。 図２（ａ）は、動力分割機構を構成するシングルピニオン型の第１遊星歯車機構を示す説明図である。図２（ｂ）は、変速機構を構成するダブルピニオン型の第２遊星歯車機構を示す説明図である。 図３は、係合機構を係合状態にしてエンジンの動力によって車両が前進走行する場合の車両状態を示す共線図である。 図４は、図３に示す走行モードで走行した場合に車両に生じるかみ合い周波数を示すグラフである。 図５は、比較例として第１サンギヤと第２サンギヤとで歯数が異なる場合に生じるかみ合い周波数を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における遊星歯車機構について具体的に説明する。

図１は、本実施形態の遊星歯車機構を搭載した車両の一例を示すスケルトン図である。車両Ｖｅは、いわゆるツーモータスプリット式のハイブリッド車両であって、動力源としてエンジン１と、第１モータＭＧ１と、第２モータＭＧ２とを備えている。エンジン１は、周知の内燃機関により構成されている。各モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータ機能と発電機能とを有する周知のモータ・ジェネレータであって、インバータを介してバッテリ（いずれも図示せず）に電気的に接続されている。

車両Ｖｅのパワートレーン１００は、動力分割機構１０と、変速部２０と、セレクタブルワンウェイクラッチ（以下「ＳＯＷＣ」という）３０と、カウンタギヤ機構４０と、デファレンシャルギヤ機構５０とを備えている。

車両Ｖｅにおいて、エンジン１が出力した動力は、動力分割機構１０によって第１モータＭＧ１側と駆動輪２側とに分割することができる。エンジントルクを駆動輪２に伝達する際、変速部２０およびＳＯＷＣ３０がエンジン反力を受け持つ機構として機能する。その際、変速部２０は増速機として機能する。さらに、第１モータＭＧ１側に分割された機械的な動力によって、第１モータＭＧ１を発電機として機能させ、第１モータＭＧ１で発電した電力をバッテリに充電し、もしくはインバータを介して第２モータＭＧ２に供給する。さらに、その電力によって第２モータＭＧ２をモータとして機能させることができる。

具体的には、エンジン１のクランクシャフトは、入力軸３に連結されている。入力軸３は、クランクシャフトの回転中心軸線と同一軸線上に配置されている。パワートレーン１００は、入力軸３と同一軸線上に、動力分割機構１０と、第１モータＭＧ１と、変速部２０と、ＳＯＷＣ３０とが配置されている。第２モータＭＧ２は、エンジン１の回転中心軸線とは異なる軸線上に配置されている。

動力分割機構１０は、複数の回転要素を有する差動機構からなり、図１に示す例ではシングルピニオン型の遊星歯車機構（第１遊星歯車機構）によって構成されている。図１および図２（ａ）に示すように、動力分割機構１０は、三つの回転要素として、外歯歯車の第１サンギヤＳ１と、第１サンギヤＳ１に対して同心円上に配置された内歯歯車の第１リングギヤＲ１と、これら第１サンギヤＳ１と第１リングギヤＲ１とに噛み合っているピニオンギヤＰを自転可能かつ公転可能に保持している第１キャリアＣ１とを備えている。なお、図２（ａ）は、動力分割機構１０としての第１遊星歯車機構でのかみ合い状態を説明するための模式図である。

第１サンギヤＳ１には、第１モータＭＧ１が連結されている。第１モータＭＧ１のロータ軸４と第１サンギヤＳ１とは、一体回転するように連結されている。第１キャリアＣ１には、エンジン１が連結されている。エンジン１のクランクシャフトと、入力軸３と、第１キャリアＣ１とが、一体回転するように連結されている。第１リングギヤＲ１は、エンジン１から出力されたトルクを駆動輪２へ出力する出力要素である。第１リングギヤＲ１には、動力分割機構１０から駆動輪２側へトルクを伝達する外歯歯車の出力ギヤ５が一体化されている。すなわち、出力ギヤ５と第１リングギヤＲ１とは、一体回転する。

出力ギヤ５は、カウンタドリブンギヤ４２と噛み合っており、カウンタギヤ機構４０を介してデファレンシャルギヤ機構５０に連結されている。カウンタギヤ機構４０は、入力軸３と平行に配置されたカウンタシャフト４１と、カウンタドリブンギヤ４２と、デファレンシャルギヤ機構５０のリングギヤ５１と噛み合っているカウンタドライブギヤ４３とを含む。カウンタシャフト４１には、カウンタドリブンギヤ４２とカウンタドライブギヤ４３とが一体回転するように取り付けられている。デファレンシャルギヤ機構５０には、左右のドライブシャフト６を介して駆動輪２が連結されている。

車両Ｖｅでは、エンジン１から駆動輪２に伝達されるトルクに、第２モータＭＧ２が出力したトルクを付加できる。第２モータＭＧ２のロータ軸７は、カウンタシャフト４１と平行に配置されている。また、ロータ軸７には、カウンタドリブンギヤ４２と噛み合っているリダクションギヤ８が一体回転するように取り付けられている。

変速部２０は、複数の回転要素を有する差動機構からなり、図１に示す例ではダブルピニオン型の遊星歯車機構（第２遊星歯車機構）によって構成されている。図１および図２（ｂ）に示すように、変速部２０は、三つの回転要素として、外歯歯車の第２サンギヤＳ２と、第２サンギヤＳ２に対して同心円上に配置された内歯歯車の第２リングギヤＲ２と、第１ピニオンギヤＰ２１および第２ピニオンギヤＰ２２を自転可能かつ公転可能に保持している第２キャリアＣ２とを備えている。また、第１ピニオンギヤＰ２１は、第２サンギヤＳ２と噛み合っている。第２ピニオンギヤＰ２２は、第１ピニオンギヤＰ２１と第２リングギヤＲ２とに噛み合っている。なお、図２（ａ）は、変速部２０としての第２遊星歯車機構でのかみ合い状態を説明するための模式図である。

第２サンギヤＳ２には、第１モータＭＧ１が連結されている。つまり、第２サンギヤＳ２は、動力分割機構１０の第１サンギヤＳ１と一体回転するように連結されており、第１モータＭＧ１のロータ軸４と一体回転する。第２キャリアＣ２には、エンジン１が連結されている。第２キャリアＣ２は、動力分割機構１０の第１キャリアＣ１と一体回転するように連結されており、エンジン１のクランクシャフトと入力軸３と一体回転する。第２リングギヤＲ２は、反力要素であって、選択的に回転不能に固定される回転要素である。第２リングギヤＲ２には、ロック機構として機能するＳＯＷＣ３０が連結されている。図１に示す例では、第２リングギヤＲ２は、連結部材９を介して、ＳＯＷＣ３０の回転側係合要素３２が連結されている。第２リングギヤＲ２は、連結部材９と回転側係合要素３２と一体回転する。

ＳＯＷＣ３０は、ケースなどに固定された固定側係合要素３１と、回転側係合要素３２とを有する係合機構であって、反力要素である第２リングギヤＲ２を選択的に回転不能に固定するように構成されている。ＳＯＷＣ３０は、ワンウェイクラッチの一種であり、第２リングギヤＲ２の回転方向を一方向のみに規制する係合状態（ロック状態）と、第２リングギヤＲ２が両方向に回転可能となる開放状態（非ロック状態）とを選択的に切り替えるように構成されている。例えば、ＳＯＷＣ３０が係合状態の場合、第２リングギヤＲ２の正方向の回転を規制し、第２リングギヤＲ２の逆方向の回転を許容する。正方向とは、エンジン１のクランクシャフトの回転方向と同一方向のことである。逆方向とは、正方向とは逆の回転方向のことである。

本実施形態の遊星歯車機構には、動力分割機構１０を構成する第１遊星歯車機構と、変速部２０を構成する第２遊星歯車機構とが含まれる。その動力分割機構１０と変速部２０との２つの遊星歯車機構は、複合遊星歯車機構を構成している。その複合遊星歯車機構は、エンジン１に連結された第１回転要素（第１サンギヤＳ１，第２サンギヤＳ２）、第１モータＭＧ１に連結された第２回転要素（第１キャリアＣ１，第２キャリアＣ２）、ロック機構であるＳＯＷＣ３０によってロックされる反力要素としての第３回転要素（第２リングギヤＲ２）、エンジントルクを駆動輪２に向けて出力する出力要素としての第４回転要素（第１リングギヤＲ１）の４要素を有する遊星歯車機構である。また、本実施形態の遊星歯車機構では、動力分割機構１０（第１遊星歯車機構）の第１サンギヤＳ１の歯数と、変速部２０（第２遊星歯車機構）の第２サンギヤＳ２の歯数とが、同一に構成されている。なお、図２（ａ），（ｂ）では、上述した通り模式図であるため、第１サンギヤＳ１と第２サンギヤＳ２の歯数が一致したものが描かれていない。

図３は、ＳＯＷＣ３０を係合状態にしてエンジン１の動力によって車両Ｖｅが前進走行する場合の車両状態を示す共線図である。なお、図３には、上述した複合遊星歯車機構としての４要素の回転数および回転方向を示すとともに、動力分割機構１０を「Ｆｒプラネタリ」、変速部２０を「Ｒｒプラネタリ」と記載する。

図３に示すように、エンジン１から動力分割機構１０を介して駆動輪２にトルクを伝達する場合、ＳＯＷＣ３０を係合状態にして第２リングギヤＲ２が正方向に回転することを規制すると、第２リングギヤＲ２は回転不能に固定（ロック）されることになる。また、図３に示す走行モードでは、エンジントルクを用いた前進走行中、ＳＯＷＣ３０および第２キャリアＣ２はエンジントルクに対する反力受けとして機能する。この走行モードでは、第１モータＭＧ１がエンジン反力を受け持つために電力を消費しなくても、ＳＯＷＣ３０および変速部２０（第２遊星歯車機構）という機械的な構造によってエンジン反力を受けることができる。そして、出力要素である第１リングギヤＲ１の回転数（出力回転数）が、入力要素である第１キャリアＣ１および第２キャリアＣ２の回転数（入力回転数）よりも大きい状態、すなわちオーバードライブ状態となる。つまり、図３に示す走行モードとは、変速部２０が増速機として機能するオーバードライブモード（ＯＤモード）のことであって、エンジン１から入力される回転が増速されて出力ギヤ５から出力される。

図４は、図３に示す走行モードで走行した場合に車両Ｖｅで生じるかみ合い周波数の一例を示すグラフである。図４には、動力分割機構１０のかみ合い周波数を太破線、変速部２０のかみ合い周波数を実線、カウンタギヤ機構４０のかみ合い周波数を細破線、デファレンシャルギヤ機構５０のかみ合い周波数を一点鎖線で示す。なお、図４に示す「Ｒｒプラネタリ」は変速部２０、同「Ｆｒプラネタリ」は動力分割機構１０、同「カウンタ」はカウンタギヤ機構４０、同「ファイナル」はデファレンシャルギヤ機構５０を表す。

本実施形態では、動力分割機構１０の第１サンギヤＳ１の歯数と、変速部２０の第２サンギヤＳ２の歯数とが同一である。つまり、動力分割機構１０の次数（ギヤノイズの次数）と、変速部２０の次数（ギヤノイズの次数）とが一致するように構成されている。そのため、図４に示すように、動力分割機構１０のかみ合い周波数（プラネタリ周波数）と、変速部２０のかみ合い周波数（プラネタリ周波数）とが一致する。

また、図４に示す各かみ合い周波数の関係では、一点鎖線で示すデファレンシャルギヤ機構５０のかみ合い周波数、細破線で示すカウンタギヤ機構４０のかみ合い周波数、太破線と実線とが重なった状態で示す動力分割機構１０のかみ合い周波数かつ変速部２０のかみ合い周波数の順に高周波数になる。

要は、本実施形態では、ロック機構のＳＯＷＣ３０を係合状態にすることによって、反力機構となる変速部２０で生じるかみ合い周波数を、動力分割機構１０のかみ合い周波数と一致させるために、動力分割機構１０の第１サンギヤＳ１と変速部２０の第２サンギヤＳ２の歯数を同一に構成している。ＳＯＷＣ３０を開放状態から係合状態に切り替えた際、その開放状態で既に動力分割機構１０で生じていたかみ合い周波数と一致する周波数のギヤノイズが変速部２０で発生することになる。これにより、新たなギヤノイズの発生を防止することができる。

ここで、比較のために、仮に動力分割機構１０の第１サンギヤＳ１の歯数と、変速部２０の第２サンギヤＳ２の歯数とが、異なる場合の比較例について説明する。図５は、比較例として第１サンギヤＳ１と第２サンギヤＳ２とで歯数が異なる場合に生じるかみ合い周波数を示すグラフである。なお、図５には、比較例において、図３に示す走行モードで走行した場合に車両Ｖｅで生じるかみ合い周波数を示す。

比較例では、第１サンギヤＳ１の歯数と、第２サンギヤＳ２の歯数とが異なるので、ＳＯＷＣ３０を係合することによって変速部２０で生じるかみ合い周波数が、動力分割機構１０で生じるかみ合い周波数と一致しない。図５に示す例では、実線で示す動力分割機構１０のかみ合い周波数よりも高周波数として、太破線で示す変速部２０のかみ合い周波数が発生することになる。この比較例の場合、ＳＯＷＣ３０が開放状態から係合状態に切り替わった瞬間、それまで発生していたギヤノイズよりも高周波数のギヤノイズが新たに生じるという現象が起きてしまう。これでは、車両Ｖｅの搭乗者にとって不快な現象となってしまう。

以上説明した通り、本実施形態の遊星歯車機構によれば、第１サンギヤＳ１の歯数と第２サンギヤＳ２の歯数とが同一であるため、動力分割機構１０のかみ合い周波数と変速部２０のかみ合い周波数を一致させることができる。そのため、エンジン１から動力分割機構１０を介して駆動輪２にトルクを伝達する場合に、変速部２０でトルク反力を受けるためにＳＯＷＣ３０で第２リングギヤＲ２を回転不能に固定した際、第２遊星歯車機構である変速部２０において第１遊星歯車機構である動力分割機構１０とは異なる周波数のギヤノイズが生じることを防止できる。これにより、ロック機構であるＳＯＷＣ３０を係合したことによる異音発生を防止でき、車両Ｖｅの搭乗者とって不快な現象の発生を抑制できる。

なお、本発明に係る遊星歯車機構は、上述した実施形態に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、ＳＯＷＣ３０によって構成されたロック機構（係合機機構）を備える場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。その係合機構として、係合状態と開放状態とに切り替え可能であって、反力要素を選択的に回転不能に固定するように構成されたブレーキ機構を備えてもよい。さらに、そのブレーキ機構は、油圧式アクチュエータや電磁式アクチュエータなど、適宜のアクチュエータによって作動するように構成されてよい。

また、上述した実施形態では、変速部２０を構成する差動機構が、ダブルピニオン型の遊星歯車機構からなる場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。変速部２０は、シングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されてもよい。この場合、変速部２０は、第１サンギヤＳ１と一体回転するように連結された第２サンギヤＳ２と、ロック機構としてのＳＯＷＣ３０に連結された反力要素としての第２キャリアＣ２と、第１キャリアＣ１と一体回転するように連結された第２リングギヤＲ２とを有する構成となる。

１ エンジン
２ 駆動輪
１０ 動力分割機構（第１遊星歯車機構）
Ｓ１ 第１サンギヤ
Ｃ１ 第１キャリア
Ｒ１ 第１リングギヤ
２０ 変速部（第２遊星歯車機構）
Ｓ２ 第２サンギヤ
Ｒ２ 第２リングギヤ
Ｃ２ 第２キャリア
３０ セレクタブルワンウェイクラッチ（係合機構）

Claims (1)

1. 動力源として内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両に搭載されている遊星歯車機構において、
   前記内燃機関が出力した動力を前記電動機側と駆動輪側とに分割する動力分割機構としての第１遊星歯車機構と、
   係合機構によって反力要素を回転不能に固定することで増速機として機能する第２遊星歯車機構とを含み、
   前記第１遊星歯車機構は、前記電動機に連結された第１サンギヤと、前記内燃機関に連結された第１キャリアと、前記駆動輪に向けてトルクを出力する第１リングギヤとを有し、
   前記第２遊星歯車機構は、前記第１サンギヤと一体回転するように連結された第２サンギヤと、前記係合機構によって選択的に回転不能に固定される前記反力要素と、前記第１キャリアと一体回転するように連結された回転要素とを有し、
   前記第１サンギヤの歯数と前記第２サンギヤの歯数とが同一である
   ことを特徴とする遊星歯車機構。

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