JP4375260B2

JP4375260B2 - 車両駆動装置

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Publication number: JP4375260B2
Application number: JP2005071605A
Authority: JP
Inventors: 俊文酒井; 直行酒井; 博宅野; 明浩大野; 宏久志野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2022-05-22
Also published as: JP2005263208A

Description

本発明は、車両駆動装置に関するものである。

車両駆動装置の一形式として、電動モータと、同電動モータの回転を減速する減速ギヤ列と、同減速ギヤ列で減速された前記電動モータの動力を分配して左右の駆動輪側へ伝達する差動装置と、同差動装置側と前記電動モータ側との動力伝達可能な連結を断続するクラッチを備える形式の車両駆動装置がある（特許文献１を参照）。当該形式の車両駆動装置は、主駆動輪を駆動する主駆動装置と補助駆動輪を駆動する補助駆動装置を備える前後輪駆動車における前記補助駆動装置として採用される車両駆動装置であって、駆動輪側を駆動する電動モータの駆動停止時には、電動モータ側と駆動輪側の動力伝達可能な連結状態を遮断すべく意図しているものである。
特開平１１−２９１７７４号公報

ところで、当該形式の車両駆動装置においては、小型化、軽量化、およびコストの低減化が要請される。本発明は、クラッチの配置および／またはクラッチの小型化に着目して、これらの要請に対処しようとするものである。すなわち、本発明の目的は、当該形式の車両駆動装置の小型化および軽量化を図ることにより、車両への搭載性を向上し、懸架系を簡素化し、燃費を向上させ、コストの低減を図ることにある。

本発明は車両駆動装置に関する。本発明が適用対象とする車両用駆動装置は、主駆動輪を駆動する主駆動装置と補助駆動輪を駆動する補助駆動装置を備える前後輪駆動車における前記補助駆動装置として採用される車両駆動装置であって、電動モータと、同電動モータから出力される動力を減速する減速ギヤ列と、同減速ギヤ列にて減速された動力を分配して左右の駆動輪側へ伝達する差動装置と、同差動装置側と前記電動モータ側との動力伝達可能な連結を断続する電磁クラッチを備える形式の車両駆動装置である。

しかして、本発明に係る車両駆動装置は上記した形式の車両駆動装置であって、前記電磁クラッチは、電磁コイルへ印加する電流により発生する磁力によって結合および遮断が制御されるセルフロック機能を有するもので、前記電動モータから出力される動力の伝達部材に連結したアウタ部材と、前記差動装置の構成部材であるディファレンシャルケースに連結したインナ部材と、前記電磁コイルに対する電流印加時に前記差動装置の軸方向の一側へ吸引されるとともにリターンスプリングにより軸方向の他側へ付勢されるアーマチャと、前記アウタ部材と前記インナ部材とを互いに結合するカム機構を備えているものである。

また、本発明に係る車両駆動装置が備えるカム機構は、前記アーマチャを第１のカム部材とするとともに前記インナ部材を第２のカム部材として、前記アーマチャの前記電磁コイルとは反対側の面に形成された第１のカム溝と前記インナ部材の前記第１のカム溝との対向面に形成された第２のカム溝との間に介挿されたカムフォロアーを有し、前記アーマチャの吸引により発生する摩擦トルクによる回転力を前記軸方向の力に変換し同軸方向の力が前記摩擦トルクに還元されて同摩擦トルクを増大させるように構成されていて、前記アーマチャに周方向に形成されているカムは、カム半径をＲ1、前記アーマチャの摩擦面の有効半径をＲ2、前記摩擦面の摩擦係数をμ、前記第１のカム溝と前記第２のカム溝のカム角をθとすると、θ＜ｔａｎ^-1（μ・Ｒ2／Ｒ1）に設定されているものである。

本発明に係る車両駆動装置においては、電磁クラッチを、減速ギヤ列と差動装置に対する連結関係を工夫して、差動装置の一側にてこれと同軸的に配置していることから、電磁クラッチを差動装置の外周に配置する場合に比較して、電磁クラッチの径を大幅に小さく構成することができて、車両駆動装置を軽量かつ小型化することができる。これにより、当該車両駆動装置は、車両への搭載性が向上し、車両の懸架系を簡素化でき、車両の燃費を向上でき、かつ、価格が廉価となる。また、電磁クラッチの径を小さく構成することに起因して、トルク遮断時の引きずりトルクを小さくすることができる。

本発明に係る車両駆動装置においては、電磁クラッチとしてセルフロック機能を有する電磁クラッチを採用している。セルフロック機能を有する電磁クラッチは、伝達トルクを判断基準とすれば、通常の電磁クラッチに比較して小型、軽量かつ廉価に構成することができる。これにより、当該車両駆動装置の車両への搭載性が向上し、車両の懸架系を簡素化でき、車両の燃費を向上でき、かつ、価格が廉価となる。また、本発明に係る車両駆動装置で採用しているセルフロック機能を有する電磁クラッチは、車両に搭載されているスロットル開度センサや車輪速センサ等の状態に応じたクラッチ制御を行うことができるという利点がある。

本発明に係る車両駆動装置で採用する電磁クラッチは、電磁コイルへ印加する電流により発生する磁力によって結合および遮断が制御されるセルフロック機能を有するもので、電動モータから出力される動力の伝達部材に連結したアウタ部材と、差動装置の構成部材であるディファレンシャルケースに連結したインナ部材と、電磁コイルに対する電流印加時に前記差動装置の軸方向の一側へ吸引されるとともにリターンスプリングにより軸方向の他側へ付勢されるアーマチャと、アウタ部材とインナ部材とを互いに結合するカム機構を備えた構成で、かつ、カム機構は、アーマチャを第１のカム部材とするとともに前記インナ部材を第２のカム部材として、前記アーマチャの前記電磁コイルとは反対側の面に形成された第１のカム溝と前記インナ部材の前記第１のカム溝との対向面に形成された第２のカム溝との間に介挿されたカムフォロアーを有し、前記アーマチャの吸引により発生する摩擦トルクによる回転力を前記軸方向の力に変換し同軸方向の力が前記摩擦トルクに還元されて同摩擦トルクを増大させる構成のものである。

前記アーマチャに周方向に形成されているカムは、カム半径をＲ1、前記アーマチャの摩擦面の有効半径をＲ2、前記摩擦面の摩擦係数をμ、前記第１のカム溝と前記第２のカム溝のカム角をθとすると、θ＜ｔａｎ^-1（μ・Ｒ2／Ｒ1）に設定されているものである。本発明に係る車両駆動装置においては、かかる構成のカム機構を備える電磁クラッチを採用して、上記した各作用効果を奏するものである。

本発明は、車両駆動装置に関するものである。図１は、本発明の一例に係る車両駆動装置を搭載した前後輪駆動車を示している。当該前後輪駆動車は、主駆動輪である前輪側を駆動する主駆動装置１０と、補助駆動輪である後輪側を駆動する補助駆動装置２０と、制御装置３０を備えている。当該前後輪駆動車においては、補助駆動装置２０に本発明の一例に係る車両駆動装置が採用されている。補助駆動装置２０の詳細は、図２および図３に示している。

当該前後輪駆動車を構成する主駆動装置１０は、内燃機関であるエンジン１１、および、低電圧発電用の第１ジェネレータ１２を備えている。主駆動装置１０において、エンジン１１の駆動力は、トランスミッション１３、減速ギヤ列１４、フロントディファレンシャル１５を経て各ドライブシャフト１６に伝達され、各ドライブシャフト１６によって前輪１７が駆動される。この間、エンジン１１は、第１ジェネレータ１２を駆動して低電圧の電力を発生させる。発生した電力は、低電圧バッテリー１８に蓄電される。低電圧バッテリー１８は、補機駆動用のバッテリーであって、例えば１２Ｖバッテリーである。

補助駆動装置２０は、電動モータ２０ａ、減速ギヤ列２０ｂ、電磁クラッチ２０ｃ、リヤディファレンシャル２０ｄ、高電圧発電用の第２ジェネレータ２０ｅを備えている。第２ジェネレータ２０ｅは、エンジン１１のクランク軸に連結されているもので、エンジン１１により駆動されて高電圧の電力を発電する。

第２ジェネレータ２０ｅで発電された電力は、電動モータ２０ａに供給されて、電動モータ２０ａを駆動する。電動モータ２０ａの駆動力は、減速ギヤ列２０ｂ、電磁クラッチ２０ｃ、およびリヤディファレンシャル２０ｄに伝達される。リヤディファレンシャル２０ｄに伝達された駆動力は、各ドライブシャフト２１ａに分配され、各ドライブシャフト２１ａによって後輪２１ｂが駆動される。

制御装置３０は、スロットル開度センサＳ1、車輪速センサＳ2、４ＷＤスイッチの状態を検出するスイッチセンサＳ3等に接続されているもので、ＭＰＵ（マイクロプロッセサ）および駆動回路を備えている。ＭＰＵは、ＣＰＵと、電磁クラッチ２０ｃ、第２ジェネレータ２０ｅ等を制御する制御用プログラムやデータを保持するメモリを有するもので、各センサＳ1〜Ｓ3から出力される検出信号を、インタフェースを介して取り込んで、電磁クラッチ２０ｃの動作すべき状態を判定するとともに、第２ジェネレータ２０ｅの発電電力の電圧を設定し、電磁クラッチ２０ｃ、第２ジェネレータ２０ｅの動作すべき状態を指令信号として、インタフェースを介して駆動回路に出力する。駆動回路は、ＭＰＵからの指令信号に基づいて、電磁クラッチ２０ｃのＯＮ（結合）−ＯＦＦ（遮断）を制御するとともに、第２ジェネレータ２０ｅの発電電力の電圧を設定し、設定された電圧の電力を電動モータ２０ａに供給して、電動モータ２０ａの駆動を制御する。

制御装置３０は、４ＷＤスイッチがＯＮしている場合に、電動モータ２０ａの作動状態を選択する制御を行う。制御装置３０は、スロットル開度センサＳ1、車輪速センサＳ2、４ＷＤスイッチの状態を検出するスイッチセンサＳ3からの検出信号に基づいて、電動モータ２０ａが作動すべき状態を判定する。判定結果は、指令信号として駆動回路に出力される。駆動回路は、当該指令信号に基づいて電磁クラッチ２０ｃ、第２ジェネレータ２０ｅの作動を制御して、第２ジェネレータ２０ｅの駆動および電動モータ２０ａの駆動を制御する。

しかして、本発明に係る車両駆動装置である補助駆動装置２０は、図２および図３に示すように、電動モータ２０ａ、減速ギヤ列２０ｂ、電磁クラッチ２０ｃ、リヤディファレンシャル２０ｄを一体に備えているもので、これらの一体の部品と、高電圧発電用の第２ジェネレータ２０ｅとによって構成されている。

電動モータ２０ａとリヤディファレンシャル２０ｄとは、減速ギヤ列２０ｂおよび電磁クラッチ２０ｃを介して連結されているもので、電磁クラッチ２０ｃが結合状態にある場合には、電動モータ２０ａの駆動力は、減速ギヤ列２０ｂおよび電磁クラッチ２０ｃを介してリヤディファレンシャル２０ｄに伝達される。電動モータ２０ａは、第２ジェネレータ２０ｅからの電力の供給を受けて駆動して後輪２１ｂを駆動し、当該車両を四輪駆動状態に形成する。

リヤディファレンシャル２０ｄは、それ自体は公知のもので、ディファレンシャルケース２２ａ内に収容されたピニオン２２ｂおよび各サイドギヤ２２ｃを備えていて、アウタケース２３ａ内に収容された状態で回転可能に支持されている。アウタケース２３ａは、減速ギヤ列２０ｂを構成する一構成部材であって、その外周には、リングギヤ２３ｂが固定されている。各サイドギヤ２２ｃは、ピニオンギヤ２２ｂに噛合していて、各サイドギヤ２２ｃには、各ドライブシャフト２１ａが動力伝達可能に連結されている。各ドライブシャフト２１ａは、アクスルケース２４を液密的かつ回転可能な状態で貫通して、アクスルケース２４の外へ突出している。

減速ギヤ列２０ｂは、アウタケース２３ａの外周に固定されている大径のリングギヤ２３ｂ、アイドラギヤシャフト２３ｃ上に形成されている大径の第１ギヤ２３ｄと小径の第２ギヤ２３ｅ、および、電動モータ２０ａの出力軸に形成されている小径の第３ギヤ２３ｆにて構成されている。減速ギヤ列２０ｂにおいては、アイドラギヤシャフト２３ｃ上の第１ギヤ２３ｄが電動モータ２０ａの出力軸上の第３ギヤ２３ｆに噛合し、かつ、アイドラギヤシャフト２３ｃ上の第２ギヤ２３ｅがアウタケース２３ａ上のリングギヤ２３ｂに噛合している。これにより、減速ギヤ列２０ｂは、電動モータ２０ａから出力される駆動力を大幅に減速した状態で、アウタケース２３ａに伝達する。

当該補助駆動装置２０においては、電磁クラッチ２０ｃの構成、電磁クラッチ２０ｃの減速ギヤ列２０ｂとリヤディファレンシャル２０ｄとの連結関係、および、電磁クラッチ２０ｃのリヤディファレンシャル２０ｄに対する配置関係に大きな特徴を有するものである。

すなわち、電磁クラッチ２０ｃはセルフロック式の電磁クラッチであり、環状のアウタ部材２５ａ、アウタ部材２５ａの本体内に収容されている電磁コイル２５ｂ、アウタ部材２５ａの外側に位置し電磁コイル２５ｂに対する電流印加時に吸引されてアウタ部材２５ａの外側に摩擦係合するアーマチャ２５ｃ、アウタ部材２５ａの内周側に同心的に位置するインナ部材２５ｄ、インナ部材２５ｄとアーマチャ２５ｃ間に位置して作動時にはこれら両部材２５ｃ，２５ｄを互いに結合するカム機構Ｃを備えている。

電磁クラッチ２０ｃのかかる構成では、アウタ部材２５ａは、アウタケース２３ａの一端開口部に螺着して連結されている。インナ部材２５ｄは、ディファレンシャルケース２２ａと一体の円筒状のもので、アウタ部材２５ａの内孔を貫通した状態で、同部材２５ａを回転可能に支持している。アーマチャ２５ｃは、環状の円板状のもので、インナ部材２５ｄ上に自由状態で嵌合して、アウタ部材２５ａの一側面に対向して位置している。

カム機構Ｃは、アーマチャ２５ｃを第１のカム部材とし、インナ部材２５ｄの起立部（ディファレンシャルケース２２ａの一部）を第２のカム部材とするもので、アーマチャ２５ｃとインナ部材２５ｄの互いに対向する対向面に形成されている複数の各カム溝に、ボール状のカムフォロアー２６ａを介装して構成されている。カム機構Ｃを構成する第１のカム部材であるアーマチャ２５ｃは、リターンスプリング２６ｂによって、カムフォロアー２６ａ側に付勢されていて、アウタ部材２５ａの一側面から離間している。これにより、電磁クラッチ２０ｃは、リヤディファレンシャル２０ｄの一側にてコンパクトに配置されている。

電磁クラッチ２０ｃにおいては、電磁コイル２５ｂへ電流を印加することにより発生する磁力がアーマチャ２５ｃを吸引して、アーマチャ２５ｃをアウタ部材２５ａの一側面に摩擦係合させて、アウタ部材２５ａとインナ部材２５ｄをカム機構Ｃを介して互いに結合させる。電磁クラッチ２０ｃのカム機構Ｃにおいては、そのカム角が的確に設定されていて、アーマチャ２５ｃとアウタ部材２５ａの一側面間の摩擦トルクで発生する軸方向の力が、インナ部材２５ｄの回転力に起因して、摩擦トルクに還元されて摩擦トルクを増大させる。

電磁クラッチ２０ｃは、この摩擦トルクを増大させる作用を循環して繰り返し行う。このため、電磁クラッチ２０ｃは、電磁コイル２５ｂに電流を印加してアーマチャ２５ｃをアウタ部材２５ａ一側面に摩擦係合させると、インナ部材２５ｄの回転力によって、自縛的に瞬時にロック状態を形成する。換言すれば、電磁クラッチ２０ｃは、インナ部材２５ｄの回転力によってセルフロックする。図４には、電磁クラッチ２０ｃがセルフロック機能を有するための、カム機構Ｃの構成条件を示している。

なお、セルフロックした電磁クラッチ２０ｃにおいては、電磁コイル２５ｂへの電流の印加を停止した場合、アーマチャ２５ｃに対する吸引作用が解除され、リターンスプリング２６ｂの作用によって、セルフロック状態が解除される。すなわち、電磁クラッチ２０ｃは、セルフロック機能を有するとともに、セルフロック解除機能を有している。

図４は、当該カム機構Ｃを模式的に示すものであり、当該カム機構Ｃは、アーマチャ２５ｃである第１のカム部材Ｃ1と、インナ部材２５ｄの起立部である第２のカム部材Ｃ2と、カムフォロアー２６ａであるカムフォロアーＣ3からなるもので、カム半径をＲ1、第１のカム部材Ｃ1に対向する摩擦面の有効半径をＲ2、各カム部材Ｃ1，Ｃ2におけるカム溝のカム角度をθ、カム作用力をＦとした場合、セルフロックするためには、Ｆ・ｓｉｎθ・Ｒ1＜Ｆ・ｃｏｓθ・μ・Ｒ2の関係を成立させることが必要であり、従って、セルフロック条件は、θ＜ｔａｎ^-1（μ・Ｒ2／Ｒ1）である。電磁クラッチ２０ｃにおいては、当該カム機構Ｃを当該構成条件に設定して、セルフロック機能を付与している。

このように構成した補助駆動装置２０においては、電磁クラッチ２０ｃをリヤディファレンシャル２０ｄの一側に配置していることから、電磁クラッチをリヤディファレンシャル２０ｄの外周に配置する場合に比較して、クラッチ径を小さく構成することができて、補助駆動装置２０を軽量かつ小型化することができる。これにより、補助駆動装置２０は、車両への搭載性が向上し、車両の懸架系を簡素化でき、車両の燃費を向上でき、かつ、価格が廉価となる。また、電磁クラッチ２０ｃのクラッチ径を小さく構成することに起因して、トルク遮断時の引きずりトルクを小さくすることができる。

また、補助駆動装置２０においては、電磁クラッチ２０ｃとして、セルフロック機能を有する電磁クラッチを採用している。セルフロック機能を有するクラッチは、伝達トルクを判断基準とすれば、通常のクラッチに比較して小型、軽量かつ廉価に構成することができる。これにより、補助駆動装置２０は、電磁クラッチ２０ｃをリヤディファレンシャル２０ｄの一側に配置したことと相まって、車両への搭載性が一層向上し、車両の懸架系を一層簡素化でき、車両の燃費を一層向上でき、かつ、価格が一層廉価となる。

本発明の一例に係る車両駆動装置を補助駆動装置として搭載した前後輪駆動車の概略的構成図である。同補助駆動装置の一部横断平面図である。同補助装置の一部の構成（減速ギヤ列、電磁クラッチおよびリヤディファレンシャルの関係）を示す横断平面図である。同電磁クラッチを構成するカム機構を模式的に示す説明図である。

１０…主駆動装置、１１…エンジン、１２…第１ジェネレータ、１３…トランスミッション、１４…減速ギヤ列、１５…フロントディファレンシャル、１６…ドライブシャフト、１７…前輪、１８…低電圧バッテリー、２０…補助駆動装置、２０ａ…電動モータ、２０ｂ…減速ギヤ列、２０ｃ…電磁クラッチ、２０ｅ…第２ジェネレータ、２１ａ…ドライブシャフト、２１ｂ…後輪、２２ａ…ディファレンシャルケース、２２ｂ…ピニオン、２２ｃ…サイドギヤ、２３ａ…アウタケース、２３ｂ…リングギヤ、２３ｃ…アイドラギヤャフト、２３ｄ…第１ギヤ、２３ｅ…第２ギヤ、２３ｆ…第３ギヤ、２４…アクスルケース、２５ａ…アウタ部材、２５ｂ…電磁コイル、２５ｃ…アーマチャ、２５ｄ…インナ部材、２６ａ…カムフォロアー、２６ｂ…リターンスプリング、３０…制御装置、Ｃ…カム機構、Ｃ1…第１のカム部材、Ｃ2…第２のカム部材、Ｃ3…カムフォロアー。

Claims

主駆動輪を駆動する主駆動装置と補助駆動輪を駆動する補助駆動装置を備える前後輪駆動車における前記補助駆動装置として採用される車両駆動装置であって、電動モータと、同電動モータから出力される動力を減速する減速ギヤ列と、同減速ギヤ列にて減速された動力を分配して左右の駆動輪側へ伝達する差動装置と、同差動装置側と前記電動モータ側との動力伝達可能な連結を断続する電磁クラッチを備える車両駆動装置であり、前記電磁クラッチは、電磁コイルへ印加する電流により発生する磁力によって結合および遮断が制御されるセルフロック機能を有するもので、前記電動モータから出力される動力の伝達部材に連結したアウタ部材と、前記差動装置の構成部材であるディファレンシャルケースに連結したインナ部材と、前記電磁コイルに対する電流印加時に前記差動装置の軸方向の一側へ吸引されるとともにリターンスプリングにより軸方向の他側へ付勢されるアーマチャと、前記アウタ部材と前記インナ部材とを互いに結合するカム機構を備え、前記カム機構は、前記アーマチャを第１のカム部材とするとともに前記インナ部材を第２のカム部材として、前記アーマチャの前記電磁コイルとは反対側の面に形成された第１のカム溝と前記インナ部材の前記第１のカム溝との対向面に形成された第２のカム溝との間に介挿されたカムフォロアーを有し、前記アーマチャの吸引により発生する摩擦トルクによる回転力を前記軸方向の力に変換し同軸方向の力が前記摩擦トルクに還元されて同摩擦トルクを増大させるように構成されていて、前記アーマチャに周方向に形成されているカムは、カム半径をＲ1、前記アーマチャの摩擦面の有効半径をＲ2、前記摩擦面の摩擦係数をμ、前記第１のカム溝と前記第２のカム溝のカム角をθとすると、θ＜ｔａｎ^-1（μ・Ｒ2／Ｒ1）に設定されていることを特徴とする車両駆動装置。