JP2020085207A - 動力伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの駆動軸に対し原動機が一つ以上接続しない車両へ対応することが容易であり、また、減速のための多数の機械要素を使用する必要がなく、コンパクトで車両のレイアウト自由度を阻害しない動力伝達機構を提供する。【解決手段】動力伝達機構１は、出力軸２に繋がる内歯のリングギヤ３と、リングギヤ３の内部に配設され、該リングギヤ３に入力軸４からのトルクを伝達するギヤ比の異なる複数組のギヤ列５，６と、複数組のギヤ列５，６のいずれかを選択することにより、入力軸４からリングギヤ３へトルクを伝える経路を切り替える経路切替装置７とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、動力伝達機構に関し、詳細には、一つの駆動軸に対し原動機が一つ以上接続しない車両に適した変速機構を有する動力伝達機構に関する。

近年、電動モータを動力源とする電気自動車の開発が進んでいる。一方、複数の原動機を有するハイブリッドを前提とした従来の変速装置は、そのままでは、電気自動車やシリーズ式ハイブリッド車の主駆動軸や、電動ＡＷＤ車の従駆動軸などのような一つの駆動軸に対し原動機が一つ以上接続しない車両へ対応することは難しい。

従来技術の一例として、特許文献１に示すようなものがある。特許文献１に記載の技術は、エンジンやモータ等の動力源を複数搭載したハイブリッド車両に適したハイブリッド変速機に関し、特に、遊星歯車機構等の差動装置により無段変速動作を行わせることが可能なハイブリッド変速機に関するものである。同技術では、２対のプラネタリを同軸にて向きあわせ、キャリアを固定した構造となっている。そして、キャリアをエンジン入力軸とし、エンジン側のサンギヤに一のモータ／ジェネレータを接続し、反エンジン側のサンギヤに他のモータ／ジェネレータを接続し、エンジン側のリングギヤにブレーキを設け、反エンジン側のリングギヤを車軸への出力軸とした構造となっている。これにより、エンジン側のリングギヤをブレーキで締結した状態にて反エンジン側のサンギヤを正転から逆転に切り替えることでオーバードライブ変速比を実現し、回転しない固定要素を設けることで、レバー比によりモータ／ジェネレータの回転数を大きく上げることなく、高い変速比を実現している。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、次のような問題点があった。すなわち、モータ回転が正転から逆回転へ切り替えることでオーバードライブ変速比を実現するため、高車速域での精度の高いモータ制御が求められる。このため、モータのトルクリプル等を高精度で低減させる必要があり、製造コスト増が懸念される。また、特許文献１に記載の変速装置は、複数の原動機を有するハイブリッドを前提としており、原動機を一つしか有さない車両への対応ができない。さらにまた、変速のために２対のプラネタリ（キャリアは共有）を利用しており、ギヤ比の変更のために２組のプラネタリギヤやクラッチなど、別途減速のための多数の機械要素を使用する動力伝達機構が必要となり、部品点数が増え、かつ製造コスト増加および重量が嵩むおそれがあるという問題があった。

特開２００４−０１９８０１号公報

一般的に、車両のユーティリティ、デザイン性、運動性能の向上等の観点から、変速装置はできるだけコンパクトでレイアウト自由度を阻害しないことが求められる。一方で、幅広い速度域で車両性能を向上させるため、電動車両においても複数の減速比を有する有段ユニットが求められており、小型化との両立が課題となっている。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、一つの駆動軸に対し原動機が一つ以上接続しない車両へ対応することが容易であり、また、従来の並行軸式のＭＴ（マニュアルトランスミッション）や多段ＡＴ（オートマチックトランスミッション）、ＣＶＴ（無段変速機）等のように減速のための多数の機械要素を使用する必要がなく、コンパクトで車両のレイアウト自由度を阻害しない動力伝達機構を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明にかかる動力伝達機構は、出力軸（２）に繋がる内歯のリングギヤ（３）と、前記リングギヤ（３）の内部に配設され、前記リングギヤ（３）に入力軸（４）からのトルクを伝達するギヤ比の異なる複数組のギヤ列（５，６）と、前記複数組のギヤ列（５，６）のいずれかを選択することにより、前記入力軸（４）から前記リングギヤ（３）へトルクを伝える経路を切り替える経路切替装置（７）とを備えることを特徴とする。

本発明に係る動力伝達機構によれば、ギヤ比の異なる複数のギヤ列を内歯のリングギヤ内部に内蔵しているため、変速が可能でありながらコンパクトに構成することができる。また、一つの入力軸と一つの出力軸を有する構造なので汎用性が高く、いわゆる減速機として様々な原動機に適用することができる。さらに、本発明の動力伝達機構は、基本的には並行２軸の減速機と同じであり、ブレーキやクラッチ等を必要としないため、構造がシンプルであり、部品点数も少なくて済み、製造コストの低減を図ることができるとともに、軽量化を図ることもできる。

また、本発明の動力伝達機構では、前記リングギヤ（３）の中心軸（Ｌ１）と前記入力軸（４）の中心軸（Ｌ２）とを互いに異なる軸上に配置してもよい。

このようにリングギヤの中心軸と入力軸の中心軸とを互いに異なる軸上に配置することにより、動力伝達機構のコンパクトさを維持しつつギヤサイズを抑えながら、ギヤ列のギヤ比設定の自由度を向上させることが可能となる。

また、本発明の動力伝達機構では、ケース（１０）に固定されたキャリア（９）を前記リングギヤ（３）の内部に配置し、前記入力軸（４）を前記ケース（１０）で回転自在に支承し、前記複数組のギヤ列（５，６）それぞれが有する一のギヤ（５ａ、６ａ）を前記入力軸（４）で回転自在に支承し、前記一のギヤ以外の他のギヤ（５ｂ、６ｂ）を前記キャリア（９）と前記ケース（１０）で回転自在に支承してもよい。また、前記経路切替装置（７）は、前記一のギヤ（５ａ、６ａ）のうち少なくとも１つのギヤ（６ａ）と前記入力軸（４）との間に介在させたワンウエイクラッチ（１１）と、前記一のギヤ（５ａ、６ａ）のうち少なくとも他の１つのギヤ（５ａ）と前記入力軸（４）との間に介在され、当該他の１つのギヤ（５ａ）と前記入力軸（４）との接続をオンオフするオンオフ機構（１３）とを備えてもよい。また、前記オンオフ機構（１３）は、アクチュエータ（１２）によってドグ（１３ａ）を移動させて前記他の１つのギヤ（５ａ）に着脱して当該他の１つのギヤ（５ａ）と前記入力軸（４）との接続をオンオフするドグ機構（１３）であってもよい。

本発明に係る動力伝達機構によれば、電気自動車のような原動機を一つしか有さない車両へ対応することが容易であり、コンパクトで車両のレイアウト自由度を阻害しない。

本発明の第一実施形態に係る動力伝達機構を示す側面図（一部断面図）である。 動力伝達機構を軸方向から見た概略図である。 動力伝達機構における低速時のトルクの伝達経路を示す図である。 動力伝達機構における高速時のトルクの伝達経路を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る動力伝達機構を示す側面図（一部断面図）である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１及び図２は、本発明の第一実施形態に係る動力伝達機構１を示す図で、図１は、側面図（一部断面図）、図２は、軸方向（後述する入力軸４及び出力軸２の軸方向、以下同じ。）から見た概略図である。動力伝達機構１は、出力軸２に繋がる内歯のリングギヤ３と、該リングギヤ３の内部に位置された入力軸４と、リングギヤ３の内部に配設され、該リングギヤ３に入力軸４からのトルクを伝達するギヤ比の異なる２組のギヤ列５，６と、該２組のギヤ列５，６のいずれかを選択することにより、入力軸４からリングギヤ３へトルクを伝える経路を切り替える経路切替装置７とを備えたものである。

リングギヤ３は、その軸方向の端部の外周に設けた軸受１４を介してケース１０又は図示しない他のケースなどの固定側の部材に対して回転自在に支持されている。入力軸４は、本実施形態では、例えば動力源である電動モータ８の回転軸であるが、これに限定されず、間接的に動力源（電動モータ８以外の他の動力源であってもよい。）に連結された軸であっても良い。この入力軸４は、ケース１０の内径側の端部との間に設けた軸受１５を介してケース１０に対して回転自在に支持されている。

ギヤ列５は、高速用で、２つのギヤ５ａ，５ｂからなる。ギヤ列６は、低速用で、２つのギヤ６ａ，６ｂからなる。そして、ギヤ５ａとギヤ６ａの歯数は互いに異なっており、より詳細には、ギヤ６ａの歯数はギヤ５ａの歯数に比べて少なく設定されている。このため、図２からも明らかなように、ギヤ６ａの径はギヤ５ａに比べて小さく設定されている。

ギヤ列５、６の一方のギヤ５ａ、６ａ（一のギヤ）は、入力軸４に回転自在に支承されている。また、ギヤ列５、６の他方のギヤ５ｂ、６ｂ（他のギヤ）は、リングギヤ３の内部に位置されたキャリア９とケース１０に回転自在に支承されている。詳細には、ケース１０の一部であって軸方向でキャリア９側に突出するボス部１０Ａの先端部と、キャリア９の一部であって軸方向でケース１０側に突出する軸部９Ａの先端部とが突き合せられており、それらの突き合わせ部分がノックピン（接合部材）１６Ａで接合されている。そして、ギヤ５ｂは、キャリア９の軸部９Ａの外周に軸受１７Ａを介して回転自在に支持されている。また同様に、ケース１０の一部であって軸方向でキャリア９側に突出する他のボス部１０Ｂの先端部と、キャリア９の一部であって軸方向でケース１０側に突出する他の軸部９Ｂの先端部とが突き合せられており、それらの突き合わせ部分がノックピン１６Ｂで接合させている。そして、ギヤ６ｂは、キャリア９の軸部９Ｂの外周に軸受１７Ｂを介して回転自在に支持されている。

ギヤ５ｂは、ギヤ列５の一のギヤ５ａとリングギヤ３とに歯合されており、ギヤ６ｂは、ギヤ列６の一のギヤ６ａとリングギヤ３とに歯合されている。また、キャリア９は、リングギヤ３の内部に位置されながら、ケース１０に固定されているため、回転しないようになっている。

本実施形態の動力伝達機構１では、高速用と低速用にギヤ比の異なるギヤ列５、６を採用したことに伴い、リングギヤ３の中心軸Ｌ１と入力軸４の中心軸Ｌ２とを互いに異なる軸上に配置している。すなわち、本実施形態では、リングギヤ３の中心軸Ｌ１と入力軸４の中心軸Ｌ２は、図１において距離ｔだけ離れている。このように互いの軸心を距離ｔだけずらす構成としたことにより、動力伝達機構１のコンパクトさを維持しながら、ギヤ列５，６のギヤ比設定の自由度を向上させることが可能である。

経路切替装置７は、ギヤ列６のギヤ６ａと入力軸４との間に介在させたワンウェイクラッチ１１と、ギヤ列５のギヤ５ａと入力軸４との間に介在され、ギヤ５ａと入力軸４の接続をオンオフするオンオフ機構１３とから構成されている。なお、本実施形態のオンオフ機構１３は、アクチュエータ１２によって入力軸４上をその軸方向にドグ１３ａを移動させてギヤ列５のギヤ５ａに噛み合わせたり、離したりして、ギヤ５ａと入力軸４との接続をオンオフする機構であるが、本発明ではこれに限定されず、例えば、ドグ１３ａに代えて電磁的に回転軸４とギヤ５ａとの接続をオンオフするように構成したものなどでも良い。

次に、本実施形態に係る動力伝達機構１の作用について説明する。まず、動力伝達機構１を低速用に使用する場合は、アクチュエータ１２によってオンオフ機構１３のドグ１３ａをギヤ５ａから離間させて、ギヤ５ａと入力軸４との接続を解く。すると、ワンウェイクラッチ１１が作動し、入力軸４とギヤ６ａが接続される。これにより、電動モータ８からのトルクは、図３に矢印で示すように、入力軸４、ギヤ６ａ、６ｂ、リングギヤ３を介して出力軸２に伝達される。

また、動力伝達機構１を高速用に使用する場合は、モータ８の回転数を入力軸４と同期するよう減少させ、アクチュエータ１２によってオンオフ機構１３のドグ１３ａをギヤ５ａ側に移動させて該ギヤ５ａに係合させ、ギヤ５ａを入力軸４に接続する。これにより、電動モータ８からのトルクは、図４に矢印で示すように、入力軸４、ギヤ５ａ、５ｂ、リングギヤ３を介して出力軸２に伝達される。

なお、このとき、リングギヤ３からギヤ６ｂを介してトルクが伝えられて回転されるギヤ６ａの回転数は、入力軸４の回転数よりも高くなるので、ワンウェイクラッチ１１は働かない。これにより、動力伝達機構１では、経路切替装置７によってギヤ列５，６の一方を選択でき、トルク経路を低速用と高速用に切り替えることができる。

本実施形態の動力伝達機構１では、ギヤ比の異なる２組のギヤ列５、６を内歯のリングギヤ３の内部に内蔵する構成としたため、変速が可能でありながらコンパクトに構成することができ、レイアウト自由度を阻害しない。また、一つの入力軸４と一つの出力軸２を有する構造なので、汎用性が高く、いわゆる減速機として様々な原動機に適用することができる。さらに、基本的には並行２軸の減速機と同じであり、ブレーキやクラッチ等を必要としないため、構造がシンプルで部品点数が少なく、製造コストの低減を図ることができるとともに、軽量化を図ることもできる。

なお、本実施形態では、２組のギヤ列５、６を採用したが、本発明はこれに限らず、３組以上のギヤ列を備えるようにしても良い。この場合は、少なくともいずれかのギヤ列の一のギヤと入力軸４との間にワンウェイクラッチ１１を介在させ、他のギヤ列の一のギヤと入力軸４との間にオンオフ機構１３を採用するのが好ましい。

また、本実施形態では、各ギヤ列５、６を２のギヤで構成したが、本発明はこれに限らず、３つ以上のギヤで構成しても良い。この場合は、各ギヤ列の一のギヤは入力軸に回転自在に支承させ、残りの他のギヤはキャリヤに回転自在に支承させることが好ましい。

なお、本実施形態では、ギヤ５ｂ、６ｂがそれぞれキャリア９の軸部９Ａ、９Ｂの外周に支持されている場合を示したが、これ以外にも、図示及び詳細な説明は省略するが、ギヤ５ｂ、６ｂがケース１０のボス部１０Ａ、１０Ｂの外周に支持されるように構成することも可能である。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の説明及び対応する図面においては、第１実施形態と同一又は相当する構成部分には同一の符号を付し、以下ではその部分の詳細な説明は省略する。また、以下で説明する事項以外の事項、及び図示する以外の事項については、第１実施形態と同じである。

図５は、本発明の第二実施形態に係る動力伝達機構１−２を示す一部断面側面図である。本実施形態の動力伝達機構１−２は、第一実施形態の動力伝達機構１とはギヤ５ｂ、６ｂの支持構造が異なっている。すなわち、第一実施形態の動力伝達機構１では、ギヤ５ｂ、６ｂがそれぞれキャリア９の軸部９Ａ、９Ｂに支持されていたのに対して、本実施形態の動力伝達機構１−２では、ギヤ５ｂ、６ｂは、軸方向におけるケース１０とキャリア９の間に配置されており、これらケース１０とキャリア９の両方に支持されている。

詳細には、ギヤ５ｂは、その一方の面から軸方向でケース１０に向けて突出する軸部５ｂＡ１と、他方の面から軸方向でキャリア９に向けて突出する軸部５ｂＡ２とを備えている。そして、軸部５ｂＡ１が軸受１８Ａ１を介してケース１０のボス部１０Ａの先端部に対して回転自在に支持されており、軸部５ｂＡ２が軸受１８Ａ２を介してキャリア９に設けた支持穴１９Ａに対して回転自在に支持されている。これにより、ギヤ５ｂは、ケース１０とキャリア９の両方に対して回転自在に支持されている。

また、ギヤ６ｂは、その一方の面から軸方向でケース１０に向けて突出する軸部６ｂＢ１と、他方の面から軸方向でキャリア９に向けて突出する軸部６ｂＢ２とを備えている。そして、軸部６ｂＢ１が軸受１８Ｂ１を介してケース１０のボス部１０Ｂに対して回転自在に支持されており、軸部６ｂＢ２が軸受１８Ｂ２を介してキャリア９に設けた支持穴１９Ｂに対して回転自在に支持されている。これにより、ギヤ６ｂは、ケース１０とキャリア９の両方に対して回転自在に支持されている。

また、本実施形態の動力伝達機構１−２では、入力軸４のリングギヤ３側の端部は軸受１８Ｃを介してキャリア９に設けた支持穴１９Ｃに対して回転自在に支持されている。そして、図示は省略するが、キャリア９は、ギヤ５ａ、５ｂ及びギヤ６ａ、６ｂの隙間に配置したボルトの締結によってケース１０に対して固定されている。

なお、本実施形態では、ギヤ５ｂは、軸方向の両側に突出する一対の軸部５ｂＡ１，５ｂＡ２を備え、ギヤ６ｂは、軸方向の両側に突出する一対の軸部６ｂＢ１，６ｂＢ２を備えることで、ギヤ５ｂ、６ｂがケース１０とキャリア９の両方に支持されている場合を示したが、これ以外にも、図示及び詳細な説明は省略するが、一対の軸部５ｂＡ１，５ｂＡ２のいずれか一方のみ、又は一対の軸部６ｂＢ１，６ｂＢ２のいずれか一方のみを設けることで、ギヤ５ｂ、６ｂがケース１０とキャリア９のいずれか一方にのみ支持されるように構成する（いわゆる片持ち支持構造とする）ことも可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

１、１−２ 動力伝達機構
２ 出力軸
３ リングギヤ
４ 入力軸
５、６ ギヤ列
５ａ、６ａ 一のギヤ
５ｂ、６ｂ 他のギヤ
７ 経路切替装置
８ 電動モータ（動力源）
９ キャリア
９Ａ、９Ｂ 軸部
１０ ケース
１０Ａ、１０Ｂ ボス部
１１ ワンウェイクラッチ
１２ アクチュエータ
１３ オンオフ機構（ドグ機構）
１３ａ ドグ
１４ 軸受
１５ 軸受
１６Ａ、１６Ｂ ノックピン（接合部材）
１７Ａ、１７Ｂ 軸受

Claims (5)

1. 出力軸に繋がる内歯のリングギヤと、
   前記リングギヤの内部に配設され、前記リングギヤに入力軸からのトルクを伝達するギヤ比の異なる複数組のギヤ列と、
   前記複数組のギヤ列のいずれかを選択することにより、前記入力軸から前記リングギヤへトルクを伝える経路を切り替える経路切替装置と
   を備えることを特徴とする動力伝達機構。
2. 前記リングギヤの中心軸と前記入力軸の中心軸とを互いに異なる軸上に配置したことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達機構。
3. ケースに固定されたキャリアを前記リングギヤの内部に配置し、前記入力軸を前記ケースで回転自在に支承し、前記複数組のギヤ列それぞれが有する一のギヤを前記入力軸で回転自在に支承し、前記一のギヤ以外の他のギヤを前記キャリアと前記ケースで回転自在に支承した
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達機構。
4. 前記経路切替装置は、
   前記一のギヤのうち少なくとも１つのギヤと前記入力軸との間に介在させたワンウエイクラッチと、
   前記一のギヤのうち少なくとも他の１つのギヤと前記入力軸との間に介在され、当該他の１つのギヤと前記入力軸との接続をオンオフするオンオフ機構と
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の動力伝達機構。
5. 前記オンオフ機構は、アクチュエータによってドグを移動させて前記他の１つのギヤに着脱して当該他の１つのギヤと前記入力軸との接続をオンオフするドグ機構である
   ことを特徴とする請求項４に記載の動力伝達機構。