JP2018132132A

JP2018132132A - 動力伝達装置

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Publication number: JP2018132132A
Application number: JP2017026718A
Authority: JP
Inventors: 輝彦中澤; Teruhiko Nakazawa; 西澤　博幸; Hiroyuki Nishizawa; 博幸西澤; 篤史鈴木; Atsushi Suzuki; 育充長田; Yasumitsu Osada
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2037-02-16
Also published as: JP6536599B2

Abstract

【課題】複数の原動機の動力を選択、合流し出力する動力伝達装置の構造を簡略にする。【解決手段】動力伝達装置１０は、第１電動機Ｍ１に駆動される第１入力歯車１８と、第２電動機Ｍ２に駆動される第２入力歯車２４と、第２入力歯車２４と一体に回転する出力歯車２８とを有する。第１入力歯車１８と一体の第１入力軸３４と、第２入力歯車２４と一体の第２入力軸３６の間に、第１入力軸３４が第２入力軸３６より速く回転するとき空転状態となる第１ワンウェイクラッチ４８が設けられる。第１入力軸３４から第２入力軸３６へ減速を伴い動力を伝達する減速歯車列４０が設けられている。減速歯車列４０には、第１入力軸３４の回転速度を減速歯車列４０の総ギア比γGで除した値が第２入力軸３６の回転速度未満のとき空転する第２ワンウェイクラッチ５０が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、原動機、特に複数の原動機の動力を伝達する動力伝達装置に関する。

複数の原動機の動力を選択して、また合流させて出力する動力伝達装置が知られている。下記特許文献１には、２機のモータの動力を減速機構を介して出力する車両の駆動装置が開示されている。２機のモータの動力は、切替機構により伝達経路を切り替えられ、切り替えられた伝達経路のギア比により減速されて出力される。

特開２０１４−１９９１０５号公報

複数の原動機の動力を選択して、また合流させて出力する動力伝達装置において、動力の選択および合流のための機構を簡単なものとすることが望まれている。

本発明は、複数の原動機の動力の選択および合流のための機構を簡略化することを目的とする。

本発明に係る動力伝達装置は、回転する第１入力要素と、回転する第２入力要素と、第２入力要素と一体に回転する出力要素と、第１入力要素から出力要素へ減速を伴い動力伝達を行う減速伝達経路と、第１入力要素と第２入力要素を結合可能であり、第１入力要素の回転速度が第２入力要素の回転速度を超えているとき空転状態となる第１ワンウェイクラッチと、減速伝達経路に設けられた第２ワンウェイクラッチであって、第１入力要素の回転速度を減速伝達経路の総ギア比で除した値が第２入力要素の回転速度未満となるとき空転状態となる第２ワンウェイクラッチと、を有する。

第１入力要素の回転速度が第２入力要素の回転速度を超え第１ワンウェイクラッチが空転状態であり、かつ第１入力要素の回転速度を減速伝達経路の総ギア比で除した値が第２入力要素の回転速度未満でなく第２ワンウェイクラッチが結合状態であるとき、第１入力要素から入力した動力を減速伝達経路を介して出力要素に伝達することができる。

第１ワンウェイクラッチが空転状態であり、かつ第１入力要素の回転速度を減速伝達経路の総ギア比で除した値が第２入力要素の回転速度未満であり第２ワンウェイクラッチが空転状態であるとき、第２入力要素から入力した動力を出力要素に伝達することができる。

第１入力要素の回転速度が第２入力要素の回転速度を超えず第１ワンウェイクラッチが結合状態であり、かつ第２ワンウェイクラッチが空転状態であるとき、第１入力要素から入力した動力と第２入力要素から入力した動力を合流させて出力要素に伝達することができる。また、第１入力要素に動力を入力せずに、第２入力要素から入力した動力を出力要素に伝達することができる。

このように、第１入力要素と第２入力要素の回転速度に応じて、いずれの入力要素からの動力が選択されるか、またこれらの動力を合流するかが自動的に切り替わる。

また、第２入力要素に中空軸が結合されているようにでき、第１入力要素に、この中空軸と同軸配置されて貫通する軸が結合されているようにできる。

また、出力要素は、第２入力要素に結合された中空軸上に設けることができる。

また、出力要素と第２入力要素は同一の歯車とすることができる。

また、第２入力要素を原動機に対して継断するためのクラッチを有するようにできる。

第１入力要素と第２入力要素の回転速度に応じて、いずれの入力要素からの動力が選択されるか、またこれらの動力を合流するかが自動的に切り替り、切替操作のための機構を簡略化することができる。

本実施形態の動力伝達装置を含む動力装置の構成を示す模式図である。第１モードの動力伝達経路を示す図である。第２モードの動力伝達経路を示す図である。第４モードの動力伝達経路を示す図である。動力装置の駆動力特性を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本発明の動力伝達装置１０を含む車両の動力装置１２の構成を示す模式図である。以下の説明において、歯車、軸などの各回転要素について、車両が前進するときの回転方向を正方向とする。

動力装置１２は、２機の原動機として、第１電動機Ｍ１と第２電動機Ｍ２を有する。第１および第２電動機Ｍ１，Ｍ２は、発電機として機能できるものであってよい。第１電動機Ｍ１の動力は、第１電動機Ｍ１の第１ロータ軸１４上の第１ロータ軸歯車１６から動力伝達装置１０の第１入力要素である第１入力歯車１８に入力される。第２電動機Ｍ２の動力は、第２電動機Ｍ２の第２ロータ軸２０上の第２ロータ軸歯車２２から動力伝達装置１０の第２入力要素である第２入力歯車２４に入力される。第２ロータ軸２０上にはクラッチ２６が設けられ、クラッチ２６により第２ロータ軸２０と第２ロータ軸歯車２２が継断される。クラッチ２６は、結合、分離する入力側の要素と出力側の要素が、摩擦により結合する摩擦クラッチとすることができる。また、入力側の要素と出力側の要素が、噛み合うことにより結合するドグクラッチとすることができる。

動力伝達装置１０は、出力要素として出力歯車２８を有する。出力歯車２８は、リング歯車３０と共に終減速歯車対を構成し、差動装置３２を介して左右の駆動輪３３に接続している。

動力伝達装置１０は、第１入力歯車１８と一体に回転する第１入力軸３４を有し、第１入力軸３４は、第１入力歯車１８と共に第１入力要素を構成する。また、動力伝達装置１０は、第２入力歯車２４と一体に回転する第２入力軸３６を有し、第２入力軸３６は第２入力歯車２４と共に第２入力要素を構成する。第２入力軸３６は中空軸として構成され、第１入力軸３４と第２入力軸３６は同軸配置され、第１入力軸３４が第２入力軸３６を貫き二重軸を構成している。出力歯車２８は、第２入力軸３６上に設けられ、第２入力軸３６と一体に回転する。さらに、動力伝達装置１０は、第１および第２入力軸３４，３６に並列配置される中間軸３８を有する。

動力伝達装置１０は、第１入力軸３４の回転を減速して第２入力軸３６に伝達する減速歯車列４０が設けられている。減速歯車列４０は、第１入力軸３４と一体に回転する第１中間歯車４２と、第１中間歯車４２と噛み合い、中間軸３８上に配置される第２中間歯車４４と、中間軸３８上に配置され、第２入力歯車２４と噛み合う第３中間歯車４６を含む。減速歯車列４０は、これら第１〜第３中間歯車４２，４４，４６と、第２入力歯車２４から構成され、第１入力軸３４から第２入力軸３６および出力歯車２８に動力伝達を行う減速伝達経路として機能する。第１中間歯車４２から第２中間歯車４４へのギア比をγ_G1、第３中間歯車４６から入力歯車２４へのギア比をγ_G2とする。減速歯車列４０の総ギア比γ_Gはγ_G1×γ_G2であり、動力を減速して伝えることからこの値は１である（γ_G＞１）。

第１入力軸３４と第２入力軸３６の間に第１ワンウェイクラッチ４８が配置される。第１ワンウェイクラッチ４８は、第１入力軸３４の回転速度ω_IS1が、第２入力軸３６の回転速度ω_IS2を超える場合、空転状態となる。逆に、第２入力軸３６の回転速度ω_IS2が第１入力軸３４の回転速度ω_IS1を超えようとすると、結合状態となり、第１入力軸３４と第２入力軸３６は一体となって回転する。

第２中間歯車４４は、第２ワンウェイクラッチ５０を介して中間軸３８上に配置されている。第２中間歯車４４は、第２ワンウェイクラッチ５０に対して第１入力軸３４側の要素であり、中間軸３８は第２入力軸３６側の要素である。第２ワンウェイクラッチ５０は、第２中間歯車４４の回転速度ω_MG2が、中間軸３８の回転速度ω_MS未満となる場合、空転状態となる。逆に、第２中間歯車４４の回転速度ω_MG2が中間軸３８の回転速度ω_MSを超えようとすると、結合状態となり、第２中間歯車４４と中間軸３８とは一体となって回転する。第２ワンウェイクラッチ５０の位置は、中間軸３８と第２中間歯車４４の間に替えて、第１入力軸３４と第１中間歯車４２の間であっても、また中間軸３８と第３中間歯車４６の間であってもよい。第２ワンウェイクラッチ５０は、その位置が上記のいずれの位置であっても、第１入力軸３４の回転速度ω_IS1を減速歯車列４０の総ギア比γ_Gで除した値が、第２入力軸３６の回転速度ω_IS2未満となると空転状態になる。

動力装置１２は、３つのモードで運用可能である。第１モードは第１電動機Ｍ１で走行するモード、第２モードは第２電動機Ｍ２で走行するモード、第３モードは第１および第２電動機Ｍ１，Ｍ２の両方で走行するモードである。

図２は、第１モードにおける動力の伝達経路を示す図である。第１モードにおいては、第１電動機Ｍ１のみが走行のために運転される。クラッチ２６は開放され、第２入力歯車２４には、第２電動機Ｍ２からの動力は伝達されない。

第１電動機Ｍ１により第１入力歯車１８が駆動されると第１入力軸３４が駆動される。また、第２入力軸３６は、第２入力歯車２４に入力がないので、常に従動状態である。よって、第１入力軸３４が減速歯車列４０を介して第２入力軸３６を駆動しようとするとき、第２中間歯車４４の回転速度ω_MG2は中間軸３８の回転速度ω_MSを超えようとするが、第２ワンウェイクラッチ５０がその機能により結合状態となり、第２中間歯車４４と中間軸３８は一体となって回転する。また、第２入力軸３６の回転速度ω_IS2は、第２入力歯車２４に入力がないので、減速歯車列４０を介した第１入力歯車１８からの入力により決定する。第１入力軸３４の回転速度ω_IS1と、第２入力軸の回転速度ω_IS2の関係は、
ω_IS1／γ_G＝ω_IS2 ・・・（１）
である。また、減速歯車列４０の総ギア比γ_Gは前述のように１を超える（γ_G＞１）ので、
ω_IS1＞ω_IS2 ・・・（２）
である。第１入力軸３４の回転速度ω_IS1が第２入力軸３６の回転速度ω_IS2を超えているので、第１ワンウェイクラッチ４８は空転状態である。

第１電動機Ｍ１のみを運転することにより、第１ワンウェイクラッチ４８は空転状態となり、第２ワンウェイクラッチ５０は結合状態となる。これにより、第１電動機Ｍ１の動力は、第１入力歯車１８に入力し、第１入力軸３４、減速歯車列４０、第２入力軸３６、出力歯車２８と伝達され、駆動輪３３に向けて出力される。

第１モードにおいては、減速歯車列４０を経由して動力伝達がされるため、第１電動機Ｍ１の動力をより大きく減速して出力することができる。このため、低速時の動力装置１２のトルクを大きくすることができる。また、第１電動機Ｍ１を高い速度で運転することができ、効率の良い領域で運転することができる。

クラッチ２６を設けず、第２ロータ軸２０と第２ロータ軸歯車２２を直結しても第１モードでの運用は可能である。しかし、クラッチ２６を設けない場合、第２入力歯車２４を介して第２電動機Ｍ２のロータを回転させることになり損失が生じる。クラッチ２６を設け、第１モードにおいてクラッチ２６を切断状態とすることにより、損失を抑制することができる。

図３は、第２モードにおける動力の伝達経路を示す図である。第２モードにおいては、第２電動機Ｍ２のみが走行のために運転される。クラッチ２６を結合状態とし、第２電動機Ｍ２により第２入力歯車２４が駆動されると第２入力軸３６が駆動される。出力歯車２８は、第２入力軸３６と一体であるので、第２電動機Ｍ２の動力は出力歯車２８より出力される。第１電動機Ｍ１を駆動しなければ、第２電動機Ｍ２の動力のみでの走行となる。

第１電動機Ｍ１を駆動しない場合、第２入力軸３６の回転速度ω_IS2は、第１入力軸３４の回転速度ω_IS1を超えようとするが、第１ワンウェイクラッチ４８は、その機能のため結合状態となり、第２入力軸３６と第１入力軸３４は一体となって回転する（ω_IS1＝ω_IS2）。一方、第１入力軸３４の回転速度ω_IS1を減速歯車列４０の総ギア比γ_Gで除した値は、γ_G＞１ゆえ、第２入力軸３６の回転速度ω_IS2（＝ω_IS1）未満となり、第２ワンウェイクラッチ５０は空転状態となる。第１入力軸３４が第２入力軸３６と一体に回転するので、第１電動機Ｍ１のロータが第２電動機Ｍ２により駆動される。このため、第１電動機Ｍ１のロータが回転することによる損失が発生する。この損失を低減するために、例えば第１ロータ軸１４上に、第２ロータ軸２０と同様にクラッチを設けることができる。

第１電動機Ｍ１を駆動しても、第２電動機Ｍ２の動力のみでの走行となる場合がある。第１電動機Ｍ１の回転速度を、第１入力軸３４の回転速度ω_IS1が第２入力軸の回転速度ω_IS2より速くなるように制御する。
ω_IS1＞ω_IS2 ・・・（３）
これにより、第１ワンウェイクラッチ４８が空転状態となり、第１電動機Ｍ１からの動力が第１ワンウェイクラッチ４８を介して出力歯車２８に伝達されなくなる。

第２ワンウェイクラッチ５０が結合状態であると、第１電動機Ｍ１の動力が第２入力歯車２４、そして出力歯車２８に伝達されるので、第２電動機Ｍ２の動力のみによる走行にならない。第２電動機Ｍ２のみの動力で走行するためには、第２ワンウェイクラッチ５０を空転状態とする必要があり、そのためには第１入力軸３４の回転速度ω_IS1と第２入力軸３６の回転速度ω_IS2の関係が、
ω_IS1／γ_G＜ω_IS2 ・・・（４）
である必要がある。式（３）と式（４）から、
ω_IS2＜ω_IS1＜γ_G×ω_IS2 ・・・（５）
が得られる。つまり、第１および第２電動機Ｍ１，Ｍ２の回転速度を式（５）を満たすように制御することでも第２モードによる走行が実行される。この場合には、第１電動機Ｍ１は仕事をしないので、第１電動機Ｍ１に供給される電力は損失になる。

図４は、第３モードにおける動力の伝達経路を示す図である。第３モードにおいては、第１および第２電動機Ｍ１，Ｍ２が共に走行のために運転される。クラッチ２６を結合状態とし、第１入力軸３４と第２入力軸３６の回転速度が同一（ω_IS1＝ω_IS2）となるように第１および第２電動機Ｍ１，Ｍ２を運転する。第１入力軸３４と第２入力軸３６の回転速度が同一であるので、第１ワンウェイクラッチ４８は結合状態となり、第１および第２電動機Ｍ１，Ｍ２の動力は共に出力歯車２８に伝達される。また、第１ワンウェイクラッチ４８が結合状態のときには、前述のように第２ワンウェイクラッチ５０は空転状態となる。このように、第１および第２電動機Ｍ１，Ｍ２を同一の回転速度で運転することにより、第３モードによる走行が実行される。

後退時は、クラッチ２６を結合状態とし、第１入力軸３４と第２入力軸３６の回転速度が同一（ω_IS1＝ω_IS2）となるように第１および第２電動機Ｍ１，Ｍ２を逆転させる。歯車、軸等の各回転要素は、車両前進時とは逆方向に回転する。

図５は、第１電動機Ｍ１と第２電動機Ｍ２が同諸元であり、歯車１６，１８のギア比と歯車２２，２４のギア比が等しい場合の車両に搭載された動力装置１２の駆動力特性を示す図である。第１モードの駆動力特性が破線で、第２モードの動力特性が一点鎖線で、第３モードの駆動力特性が実線で示されている。

第１モードにおいては、第１電動機Ｍ１の動力が減速歯車列４０により減速されて出力されるので、１機の電動機による走行時の低車速域における駆動力が大きくなる。また、低車速域においても第１電動機Ｍ１を高回転域で運転することができ、電動機の効率の良い領域での運転ができる。第２モードにおいては、減速歯車列４０を介さずに動力が出力されるので、第１モードよりも高車速を実現できる。第３モードにおいては、２機の電動機で駆動するので、高速、高負荷に対応した運転が実現できる。

出力要素は、第２入力軸３６上に第２入力歯車２４と別に設けることに限らず、第２入力歯車２４自体を出力要素としてもよい。例えば、第２入力歯車２４を終減速歯車対の駆動側歯車とすることができ、また第２入力歯車２４に噛み合う歯車を終減速歯車対の駆動側歯車とすることができる。

第１電動機Ｍ１と第２電動機Ｍ２の諸元は同一ものに限らず、異なる諸元のものを用いてもよい。また、歯車１６，１８のギア比と歯車２２，２４のギア比は、同一のものに限らず、異なるギア比としてもよい。

１０動力伝達装置、１２動力装置、１４第１ロータ軸、１６第１ロータ軸歯車、１８第１入力歯車、２０第２ロータ軸、２２第２ロータ軸歯車、２４第２入力歯車、２６クラッチ、２８出力歯車、３０リング歯車、３２差動装置、３３駆動輪、３４第１入力軸、３６第２入力軸、３８中間軸、４０減速歯車列、４２第１中間歯車、４４第２中間歯車、４６第３中間歯車、４８第１ワンウェイクラッチ、５０第２ワンウェイクラッチ、Ｍ１第１電動機、Ｍ２第２電動機、ω_IS1 第１入力軸回転速度、ω_IS2 第２入力軸回転速度、ω_MG2 第２中間歯車回転速度、ω_MS 中間軸回転速度、γ_G 減速歯車列の総ギア比。

Claims

回転する第１入力要素と、
回転する第２入力要素と、
第２入力要素と一体に回転する出力要素と、
第１入力要素から出力要素へ減速を伴い動力伝達を行う減速伝達経路と、
第１入力要素と第２入力要素を結合可能であり、第１入力要素の回転速度が第２入力要素の回転速度を超えているとき空転状態となる第１ワンウェイクラッチと、
減速伝達経路に設けられた第２ワンウェイクラッチであって、第１入力要素の回転速度を減速伝達経路の総ギア比で除した値が第２入力要素の回転速度未満となるとき空転状態となる第２ワンウェイクラッチと、
を有する、動力伝達装置。
請求項１に記載の動力伝達装置であって、第２入力要素に中空軸が結合されており、第１入力要素に第２入力要素の中空軸と同軸配置されて貫通する軸が結合されている、動力伝達装置。
請求項１または２に記載の動力伝達装置であって、出力要素は、第２入力要素に結合された中空軸上に設けられる、動力伝達装置。
請求項１または２に記載の動力伝達装置であって、第２入力要素と出力要素は同一の歯車である、動力伝達装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の動力伝達装置であって、第２入力要素を原動機に対して継断するためのクラッチを有する、動力伝達装置。