JP5671829B2 - ロータ軸の支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、ロータ軸とこのロータ軸から駆動力が伝達される他の軸とをスプライン連結し、ロータ軸及び他の軸のそれぞれの両端部をベアリングで支持したロータ軸の支持構造に関する。

モータにおいては、ステータとロータとの間隙を小さくして、ロータの回転効率を高めるために、ロータ軸を高い精度で支持することが必要である。このため、例えば、特許文献１では、モータのロータ軸の両端部をそれぞれベアリングで支持し、さらに、このロータ軸によって動力伝達される駆動軸の両端部をそれぞれベアリングで支持する構成が開示されている。

この特許文献１においては、それぞれの両端部をベアリングで支持された両軸をスプライン連結している。すなわち、ロータ軸における駆動軸側の内周面にスプライン（内スプライン）を形成し、一方、駆動軸におけるロータ軸側の外周面にスプライン（外スプライン）を形成し、内スプラインに外スプラインを係合させることにより、両軸をスプライン連結している。

これにより、両端部を高い精度で支持されたロータ軸の回転による駆動力が、外スプライン、内スプラインを介して、同じく両端部を高い精度で支持された駆動軸に確実に伝達される。

特開２００２−８９６６４号公報

しかしながら、スプライン連結においては、内スプラインと外スプラインとの間に、組み付け公差を許容できるだけの間隙を確保する必要があるため、両軸を完全に固定することは困難である。このため、例えば、加工精度や組立精度の問題で、両軸の軸心がずれているような場合には、特にモータの低速回転時に、一方の軸のスプラインの歯先面が、他方の軸のスプラインの歯底面に当たって発生する騒音、いわゆる歯打ち音が発生するおそれがある。すなわち、一般に、スプライン連結においては、回転によって一方のスプラインから他方のスプラインに動力が伝達される際に、両軸の軸心を合わせるような作用（調心作用）があるといわれているが、ロータ軸の低速回転時には、十分な調心作用が働かず、上述の歯打ち音が発生しやすい傾向にある。また、上記特許文献１では、駆動軸に一体成形されているギヤに噛合されているギヤから駆動軸に対して、その軸心をずらす方向の力が作用していて、このことも歯打ち音の発生の一因と考えられる。

このような歯打ち音を防止するための対策としては、例えば、単純にスプライン連結をなくして、ロータ軸と駆動軸とを１本の長いロータ軸とし、このロータ軸の両端部をベアリングで支持することが考えられる。しかし、この場合には、支持スパン（両ベアリング間の距離）が長くなって、ロータ軸の支持精度が低下するため、ロータとステータとの間の間隙を大きくとることが必要となり、モータの性能を低下させる原因となる。また、長いロータ軸の支持精度を向上させるために、上述のロータ軸の両端部をベアリングで支持するのに加えて、さらに、ロータ軸の中央近傍に新たに設けることも考えられる。しかし、この場合には、ロータ軸を３点支持することになるため、ロータ軸の加工精度や、ベアリングを設ける部分の加工精度をさらに高めることが必要となり、加工コストの上昇につながる。

そこで、本発明は、モータの性能を低下させることなく、また、加工コストの上昇も伴うことなく、スプライン間の歯打ち音を低減させることができるロータ軸の支持構造を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は（例えば、図１，図２参照）、相互に平行に配設された第１軸、第２軸、第３軸、及び第４軸を有し、
前記第１軸に、エンジンのクランクシャフト（１１）に連結された出力軸（１５）と、発電機（１３）のロータ軸（１６）と、プラネタリギヤ（２２）と、が配置され、
前記第２軸に、モータ（１２）のロータ軸（１７）と、動力伝達用のギヤ（２９）を備えた駆動軸（１８）と、が配置され、
前記第３軸に、前記第１軸と前記第２軸との間にあるカウンタシャフト（２０）が配置され、
前記第４軸に、車輪に連結されるデファレンシャル装置（２１）が配置され、
前記プラネタリギヤ（２２）に基づき、前記モータ（１２）の出力のみの走行を可能とし、かつ前記エンジンと前記モータ（１２）との出力状態でエンジン出力を駆動力と発電エネルギとに振り分ける割合を調整しながらの走行も可能とするハイブリッド駆動装置（１）にあって、
前記ハイブリッド駆動装置（１）における前記モータ（１２）のロータ軸（１７）を支持する、ロータ軸（１７）の支持構造（２）において、
前記モータ（１２）のロータ軸（１７）の両端部（５１，５２）をそれぞれベアリング（５３，５４）で支持し、
前記駆動軸（１８）の両端部（６１，６２）をそれぞれベアリング（６３，６４）で支持し、
前記モータ（１２）のロータ軸（１７）の端部（５２）の内周側に内スプライン（５５）を形成し、前記駆動軸（１８）の端部（６１）の外周側に外スプライン（６５）を形成すると共に、前記内スプライン（５５）と前記外スプライン（６５）とを前記モータ（１２）のロータ軸（１７）と前記駆動軸（１８）との間の公差を許容できる大きさに形成して、前記内スプライン（５５）と前記外スプライン（６５）とをスプライン連結し、
前記モータ（１２）のロータ軸（１７）の端部（５２）と前記駆動軸（１８）の端部（６１）とのうちの、軸心（Ｃ）方向に沿って相互にオーバーラップする部分における、前記スプライン連結部（Ａ）以外の部分に、全周にわたって弾性部材（７０）を介装し、
前記内スプライン（５５）の外周側に前記モータ（１２）のロータ軸（１７）の一端部（５２）を支持する前記ベアリング（５４）を配置し、
前記モータ（１２）のロータ軸（１７）の端部（５２）に前記内スプライン（５５）の端部（５５ａ）よりもさらに軸方向に延長した延長部（５２ａ）を設け、
前記延長部（５２ａ）における内周面に、前記内スプライン（５５）の歯底面（５５ｂ）の内径（ｒ２）よりも大きい内径（ｒ１）の弾性部材装着面（５２ｂ）を設けた、
ことを特徴とするロータ軸（１７）の支持構造（２）にある。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を用意にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る発明によると、ロータ軸と駆動軸のそれぞれの両端部をベアリングで支持することで、両軸を高い精度で支持することができる。ロータ軸の端部と駆動軸の単部との相互にオーバーラップする部分における、スプライン連結部Ａ以外の部分に、全周にわたって弾性部材を介装したので、内スプラインと外スプラインとをそれぞれの公差を許容できる大きさに形成した場合であっても、また、加工精度や組立精度の問題で、ロータ軸の軸心と駆動軸の軸心とが多少ずれた場合であっても、さらに、駆動軸の動力伝達用のギヤに噛合している相手ギヤから駆動軸の軸心をずらすような力が作用した場合であっても、上記弾性部材により、歯打ち音を低減することができる。

また、ロータ軸の端部に内スプラインを形成し、駆動軸の端部に外スプラインを形成しているので、ロータ軸の端部の内スプラインから駆動軸の端部の外スプラインを介して動力が伝達される際に、外スプラインからの反力が内スプラインを介してロータ軸の端部を外側に拡開する方向に作用し、これをベアリングで受けることになるため、内スプラインと外スプラインとが逆に形成されている場合と比較して、ロータ軸の支持精度を高めることになる。ちなみに、内スプラインと外スプラインとが逆に形成されている場合には、動力伝達時にロータ軸の外スプラインには、駆動軸のうちスプラインからの反力により、ロータ軸の端部を内側に縮小する方向、つまりベアリングから離れる方向の力を受けることになる。

また、内スプラインは、機械加工上の制約（例えば、工作機械としてのスロッタにより、内周面を、軸方向にカッタを移動させて切削することによる制約）により、一般に、軸の端部から設けられるところ、ロータ軸の端部を内スプラインの端部からさらに軸心にそって延長して、延長部を設けることで、弾性部材の介装（装着）が可能になる。さらに、延長部の内周面に設けた弾性部材装着面の内径を、内スプラインの歯底面の内径よりも大きくすることにより、弾性部材装着面が機械加工時の妨げとなることがない。

本発明を適用し得るハイブリッド駆動装置の各軸を含む平面で切った断面図。 本発明に係るロータ軸の支持構造を説明する、ロータ軸を含む平面で切った断面図。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る第１の実施の形態を図１〜図２に沿って説明する。

まず、図１を参照して、本発明を適用し得るハイブリッド駆動装置１の概略を説明する。同図に示すハイブリッドの駆動装置１は、ＦＦ（フロントエンジン、フロントドライブ）車用のものであり、駆動源として、エンジン（同図では、図中右上にエンジンのクランクシャフト１１の後端を図示している。）とモータ１２（図中左下）とを備え、さらに発電機１３を備えている。

また、ハイブリッド駆動装置１は、相互に平行に配設された４本の軸（第１軸〜第４軸）を有する４軸構成となっている。クランクシャフト１１にドライブプレート１４を介して連結された出力軸１５と、モータ１３のロータ軸１６とが同軸上に配置されて、第１軸を構成している。また、第２軸は、モータ１２のロータ軸１７と、このロータ軸１７に対して詳しくは後述するスプライン連結で連結されたモータ側ドライブギヤ（駆動軸）１８とによって構成されている。なお、モータ１２のステータ３０は、ケース２５に固定されている。第３軸は、図中第１軸と第２軸との間に配設されたカウンタシャフト２０であり、このカウンタシャフト２０は車輪に連結されている。そして、第４軸は、デファレンシャル装置２１を介して車輪に連結されている。

上記第１軸において、出力軸１５とロータ軸１６とは、シングルピニオンのプラネタリギヤ２２を介して連結されている。出力軸１５には、プラネタリギヤのキャリヤＣが連結され、発電機１３のロータ軸１６には、サンギヤＳが連結され、リングギヤＲは、出力軸１５に回転自在に支持されたエンジン側ドライブギヤ２３に連結される。なお、発電機１３のステータ２６は、ケース２５に固定されている。

上記エンジン側ドライブギヤ２３は、カウンタシャフト２０に固定されたエンジン側カウンタドリブンギヤ２７に噛合され、また、カウンタシャフト２０に固定された別のモータ側ドリブンギヤ２８が、上記モータ側ドライブギヤ１８と一体のモータ側ドライブギヤ２９（動力伝達用のギヤ）に噛合されている。

上記ハブリッド駆動装置１は、プラネタリギヤ２２に基づき、モータ１２の出力のみの走行が可能であり、また、エンジンとモータ１２との出力状態で、エンジン出力を駆動力と発電エネルギとに振り分ける割合を適宜調整しながらの走行が可能である。

次に、図２を主に参照し、適宜図１を参照して、ロータ軸の支持構造２について詳述する。図１に示すように、モータ１２のロータ軸１７は、略円筒状に形成されていて、軸心方向（軸心Ｃに沿った方向）の一方の端部５１、他方の端部５２のそれぞれの外周面がベアリング５３，５４によって回転自在に支持されている。なお、これらベアリング５３，５４は、上記ケース２５に固定されている。一方、このロータ軸１７と同軸上に配置された駆動軸（モータ側ドライブギヤ）は、同じく略円筒状に形成されていて、軸心方向の一方の端部６１、他方の端部６２のそれぞれの外周面がベアリング６３，６４によって回転自在に支持されている。なお、これらベアリング６３，６４も、上記ベアリング５３，５４と同様、上記ケース２５に固定されている。

図２に示すように、ロータ軸１７の端部５２の内周側と駆動軸１８の端部６１側とは、スプライン連結部Ａを介して連結されている。すなわち、ロータ軸１７の端部５２の内周面には、内スプライン５５が形成され、一方、駆動軸１８の端部６１の外周面には外スプライン６５が形成されていて、これら内スプライン５５と外スプライン６５とを係合させることで、両軸のオーバーラップされる部分にスプライン連結部Ａが構成されている。上記ベアリング５４、すなわちロータ軸１７の他方の端部５２を支持するベアリング５４は、内スプライン５５の外周側に配置されている。

さらに、ロータ軸１７の端部５２には、延長部５２ａが設けられている。延長部５２ａは、端部５２を、内スプライン５５の外側の端部５５ａよりもさらに軸心Ｃに沿って延長外側するようにして設けられている。そして、この延長部５２ａの内周面は、弾性部材装着面５２ｂを構成している。この弾性部材装着面５２ｂの内径ｒ１は、内スプライン５５の歯底面５５ｂの内径ｒ２以上、すなわち、歯底面５５ｂの内径ｒ２と同じかこれよりも大きく設定されている。このように設定することにより、内スプライン５５を機械加工する際にその妨げにならない。例えば、内スプライン５５を機械加工する際には、スロッタ（不図示）等で加工することが考えられるが、このスロッタによる加工では、ロータ軸１７を回転させながら、軸心Ｃに沿ってカッタを、内スプライン５５の長さよりも長いストロークで移動させることで、切削を行う。このような加工において、弾性部材装着面５２ｂが、内スプライン５５の歯底面５５ｂよりも内側に突出していると加工の邪魔になるおそれがある。

この弾性部材装着面５２ｂと、これに対面する駆動軸１８の端部６１の外周面６１ｂとの間に、適宜な間隙Ｇを設け、さらにこの外周面６１ｂに環状の溝６１ａ設けて、この環状の溝６１に環状の弾性部材７０を全周にわたって装着する。ここで、適宜な間隙Ｇとは、環状の弾性部材７０を径方向の押し潰した状態で装着し得る間隙であり、弾性部材装着面５２ｂの半径と、駆動軸１８の端部６１の外周面６１ｂの半径との差によって決定される。したがって、これらの半径を調整することで、間隙Ｇは適宜に調整し得る。

上記弾性部材７０は、本実施の形態では、エア圧や油圧の漏れを防止するためのものではなく、ロータ軸１７と駆動軸１８との間に介装して、両者の径方向の相対的な移動を抑制して、上記歯打ち音を低減させるものであるため、エア圧や油圧の漏れを防止するためのものよりも、硬いものであることが好ましい。

以上説明した、本実施の形態に係る、ロータ軸の支持構造２によれば、ロータ軸１７と駆動軸１８のそれぞれをベアリング５３，５４，６３，６４による両端支持とすることにより、両軸を高い精度で支持することができ、しかも、両軸の間のスプライン連結部Ａの近傍に、弾性部材を介装するといった、簡単な構成で、歯打ち音を低減することができる。

１ ハイブリッド駆動装置
２ ロータ軸の支持構造
１２ モータ
１７ ロータ軸
１８ 駆動軸
５１，５２ ロータ軸の両端部
５２ａ 延長部
５２ｂ 弾性部材装着面
５３，５４ ベアリング
５５ 内スプライン
５５ｂ 歯底面
５５ａ 内スプラインの端部
６１，６２ 駆動軸の両端部
６３，６４ ベアリング
６５ 外スプライン
７０ 弾性部材
Ａ スプライン連結部
Ｃ 軸心
ｒ１ 弾性部材装着面の内径
ｒ２ 歯底面の内径

Claims (1)

1. 相互に平行に配設された第１軸、第２軸、第３軸、及び第４軸を有し、
   前記第１軸に、エンジンのクランクシャフトに連結された出力軸と、発電機のロータ軸と、プラネタリギヤと、が配置され、
   前記第２軸に、モータのロータ軸と、動力伝達用のギヤを備えた駆動軸と、が配置され、
   前記第３軸に、前記第１軸と前記第２軸との間にあるカウンタシャフトが配置され、
   前記第４軸に、車輪に連結されるデファレンシャル装置が配置され、
   前記プラネタリギヤに基づき、前記モータの出力のみの走行を可能とし、かつ前記エンジンと前記モータとの出力状態でエンジン出力を駆動力と発電エネルギとに振り分ける割合を調整しながらの走行も可能とするハイブリッド駆動装置にあって、
   前記ハイブリッド駆動装置における前記モータのロータ軸を支持する、ロータ軸の支持構造において、
   前記モータのロータ軸の両端部をそれぞれベアリングで支持し、
   前記駆動軸の両端部をそれぞれベアリングで支持し、
   前記モータのロータ軸の端部の内周側に内スプラインを形成し、前記駆動軸の端部の外周側に外スプラインを形成すると共に、前記内スプラインと前記外スプラインとを前記モータのロータ軸と前記駆動軸との間の公差を許容できる大きさに形成して、前記内スプラインと前記外スプラインとをスプライン連結し、
   前記モータのロータ軸の端部と前記駆動軸の端部とのうちの、軸心方向に沿って相互にオーバーラップする部分における、前記スプライン連結部以外の部分に、全周にわたって弾性部材を介装し、
   前記内スプラインの外周側に前記モータのロータ軸の一端部を支持する前記ベアリングを配置し、
   前記モータのロータ軸の端部に前記内スプラインの端部よりもさらに軸方向に延長した延長部を設け、
   前記延長部における内周面に、前記内スプラインの歯底面の内径よりも大きい内径の弾性部材装着面を設けた、
   ことを特徴とするロータ軸の支持構造。

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