JP6298889B2 - マルチディスク変速機及びホイール駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチディスク変速機に関する。

ＪＰ２０１０−５３９９５Ａには、入力軸に設けられたプライマリディスクと出力軸に設けられたセカンダリディスクとを部分的に重ね合わせてディスク重合領域を設け、ディスク重合領域で両ディスクを一対の押付ローラで挟んで接触させることで、入力軸の回転を出力軸に伝達するマルチディスク変速機が開示されている。

マルチディスク変速機においては、一対の押付ローラが両ディスクを挟む位置を変更することによって変速が実現される。すなわち、両ディスクを挟む位置を、入力軸に近づければ変速比がＬｏｗ側（変速比大側）に変化し、出力軸に近づければ変速比がＨｉｇｈ側（変速比小側）に変化する。

ＪＰ２０１０−５３９９５Ａに記載のマルチディスク変速機では、押付ローラが両ディスクを挟むことにより駆動力を伝達する。一方で、駆動力を伝達しない場合は押付ローラの押付力を解放するが、単に押付ローラの押付力をゼロにしただけでは、両ディスクの面同士が潤滑油により密着し、引き摺りトルクが発生してしまう。これにより、意図しない駆動力が発生することで、例えばホイール駆動装置のブレーキ機構にこのような変速機が設けられている場合には、必要以上のブレーキ力が発生してしまい、エネルギー効率が低下するという問題がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、マルチディスク変速機において、駆動力の非伝達時に、トルクの伝達を抑制することを目的とする。

本発明のある態様によれば、駆動力源からの駆動力が入力される入力軸と、入力軸と平行に配置された出力軸と、入力軸に固定されたプライマリディスクと、出力軸に固定され、プライマリディスクに重合するように配設されたセカンダリディスクと、プライマリディスク及びセカンダリディスクが重合する重合領域においてプライマリディスク及びセカンダリディスクを互いに押し付け、プライマリディスクからの駆動力をセカンダリディスクに伝達可能とする一対の押付ローラと、押付ローラが取り付けられるローラブロックと、一対の押付ローラに押付力を作用させる押付力調整機構と、一対の押付ローラを重合領域においてプライマリディスク及びセカンダリディスクの半径方向に移動させる変速アクチュエータと、ローラブロックに挿通され、一対の前記押付ローラをプライマリディスク及びセカンダリディスクの半径方向に摺動可能に支持するシャフトと、シャフトの両端に取り付けられ、一対の押付ローラを、プライマリディスク及びセカンダリディスクを互いに離間させる方向に付勢する付勢機構と、を備えることを特徴とする。

上記態様によれば、一対の押付ローラを両ディスクから離間させる場合は、付勢機構の付勢力により、一対の押付ローラが、プライマリディスク及びセカンダリディスクを離間させる方向へと付勢されるので、一対の押付ローラと、プライマリディスク及びセカンダリディスクとの間に付勢機構が無い場合に比べ十分なクリアランスが確保されるため、ディスク間の接触が解放されて引き摺りトルクが抑制され、駆動力の非伝達時にプライマリディスクとセカンダリディスクの間のトルクの伝達を抑制できる。

図１は、本発明の実施形態のホイール駆動装置を備える車両の説明図である。 図２は、本発明の実施形態のホイール駆動装置の説明図である。 図３は、本発明の実施形態のホイール駆動装置の説明図である。 図４は、本発明の実施形態のホイール駆動装置の説明図である。 図５は、本発明の実施形態の付勢機構の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態のマルチディスク変速機が適用されるホイール駆動装置１を備える車両４の説明図である。

本実施形態のホイール駆動装置１は、車両の駆動輪２を構成するホイール１０の内部に収装され、駆動力源であるモータ２０の駆動力により駆動輪２を回転させることにより、車両４を走行させる。車両４にはステアリング装置５が備えられており、駆動輪２の操舵方向を制御する。ホイール駆動装置１は、運転者によるステアリング装置５の操作、アクセルペダル６、ブレーキペダル７の操作等の指示に基づいて、制御装置３の制御により動作する。

車両４は４つの車輪が備えられるが、少なくとも２つが駆動輪２として構成されていればよい。

図２から図４は、本実施形態のホイール駆動装置１の構成を示す説明図である。

図２から図４は、水平方向のｘ軸、垂直方向のｙ軸及びｘ軸ｙ軸に直交するｚ軸を設定し、これらｘ軸平面、ｙ軸平面及びｚ軸平面における断面図をそれぞれ示す。

ホイール駆動装置１は、ホイール１０、モータ２０、変速機構３０及び減速機構４０を備える。

ホイール１０は、タイヤを保持する略円筒形状のリム部１０ａと、回転側のハブ１５にボルト１６を介して取付けられる円板状のディスク部１０ｂとから構成される。ホイール１０の内方には、ハウジング１２に収容されたモータ２０等の駆動装置が収装される。ハウジング１２は、ホイール１０のリム部１０ａの内径よりも僅かに小さい略円筒形状を有し、車両４の図示しないサスペンションに連結されている。

モータ２０は、コイルを有する円板状のステータ２１、２２と、永久磁石を有する円板状のロータ２３とが回転軸方向に並べて配置されるアキシャルギャップモータとして構成される。モータ２０が駆動されることで回転するロータ２３の回転は、ロータ２３に固定された入力軸３１から変速機構３０へと入力される。

入力軸３１は、モータ２０からハウジング１２内へと延設され、入力軸３１の端部はホイール１０のディスク部１０ｂに結合されるハブ１５の中央にベアリング１２ａを介して回転自在に支持される。

変速機構３０は、入力軸３１に固定された円板状のプライマリディスク３２と、出力軸３３に固定された円板状のセカンダリディスク３４とを、押付機構３５により接触させることで、入力軸３１の回転を変速可能に出力軸３３へと伝達するマルチディスク変速機である。

押付機構３５は、ハウジング１２に固定された回動軸１０１と、回動軸１０１にそれぞれ揺動可能に連結される第１及び第２の一対のクランプアーム（フロントクランプアーム１６７、リアクランプアーム１６８）と、一対のクランプアームの自由端側に設けられる押付力調整機構１３２とで構成される。押付力調整機構１３２は、一対のアームに押付力を発生させることで、押付機構３５におけるプライマリディスク３２とセカンダリディスク３４との押付力を調整する。

減速機構４０は、出力軸３３に設けられた外歯出力ギヤ３３ａと外歯出力ギヤ３３ａに噛合する内歯ギヤ１４とで構成されており、出力軸３３から出力される回転を内歯ギヤ１４により減速し、減速された回転がハブ１５を介してホイール１０に伝達される。

次に、ホイール駆動装置１の各構成を説明する。

モータ２０は、ステータ２１、ロータ２３及びステータ２２が順に軸方向に配置されて構成される。モータ２０は、その外周がハウジング１２の開口部の内径に適う略円筒形状を有し、ハウジング１２の内周側に固定される。

ロータ２３は、軸方向に間隙を存して配置されるステータ２１、２２の間に配置され、これらの発生する磁界の作用により回転する。ステータ２１、２２には、いずれも周方向に複数のコイルが備えられる。各コイルはモータ２０の回転軸と平行な軸を中心として巻回される。本実施形態のモータ２０は、ロータ２３に備えられる永久磁石がフェライト磁石として構成される。

制御装置３は、ステータ２１、２２に備えられるコイルにアクセルペダル６の踏み込み量に応じた電流を供給することによりロータ２３を回転させる。ロータ２３が回転することにより、入力軸３１が回転する。入力軸３１の回転は変速機構３０に入力される。

変速機構３０は、入力軸３１に固定されたプライマリディスク３２と、出力軸３３に固定されたセカンダリディスク３４と、押付機構３５とにより構成される。

プライマリディスク３２は、２枚の円形のディスク３２ａが入力軸の軸方向に並べて取付けられて構成され、入力軸３１と一体となって回転する。２枚のディスク３２ａは所定の間隔を設けて配置される。ディスク３２ａの外周端は出力軸３３に近接するように配置される。

セカンダリディスク３４は、センターディスク３４ａと、センターディスク３４ａの両面側に向かい合わせて設けた２枚のサイドディスク３４ｂとが出力軸３３の軸方向に並べて取付けられて構成され、出力軸３３と一体となって回転する。センターディスク３４ａとサイドディスク３４ｂとは所定の間隔を設けて配置される。センターディスク３４ａ及びサイドディスク３４ｂの外周端は入力軸３１に近接するように配置される。

プライマリディスク３２のディスク３２ａは、セカンダリディスク３４のセンターディスク３４ａとサイドディスク３４ｂとの間に配置される。プライマリディスク３２とセカンダリディスク３４とは、入力軸３１と出力軸３３との間でディスクの一部が重なり合うディスク重合領域を形成する。

ディスク重合領域において、プライマリディスク３２のディスク３２ａとセカンダリディスク３４のセンターディスク３４ａとの間には、押付機構３５による押付力が作用しない状態では隙間が形成される。押付機構３５による押付力が作用する状態では、プライマリディスク３２とセカンダリディスク３４とが弾性変形して接触し、トルク伝達接触部が形成される。

プライマリディスク３２とセカンダリディスク３４との間にトルク伝達接触部が形成されることにより、入力軸３１から出力軸３３に回転が伝達される。ディスク重合領域において、トルク伝達接触部をプライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４の半径方向に移動させることで、入力軸３１の回転を変速可能に出力軸３３に伝達することができる。なお、図３において太点線で示す軸心連結線Ｏは、入力軸３１と出力軸３３との軸心を結び、入力軸３１と出力軸３３とに直交する線である。トルク伝達接触部は、軸心連結線Ｏ上に形成される。

押付機構３５は、押付ローラ機構１３０、ディスククランプ機構１３１、押付力調整機構１３２及び摺動アクチュエータ１３３を備える。

押付ローラ機構１３０は、押付ローラ１６０、保持部１６１、押付ローラシャフト１６２、ローラブロック１６３、ガイドブロック１６４、ガイドブロックシャフト１６５及びガイドブロックシャフト１５１を備える。

一組の押付ローラ機構１３０は、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４を挟んで両側に配置され、ローラブロック１６３に取付けられる。ローラブロック１６３は、ハウジング１２の内周に水平方向（ｘ軸方向）に備えられる支持部材２５との間に垂直方向（ｙ軸方向）に形成されたガイドブロック１６４の間に取付けられ、軸心連結線Ｏ方向に延設されるガイドブロックシャフト１５１と一組のガイドブロックシャフト１６５に摺動可能に取付けられる。

ガイドブロック１６４とガイドブロックシャフト１６５との間には、ローラブロック１６３をプライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４を互いに離間させる方向に付勢する付勢機構１５５が備えられる。付勢機構１５５は、図５で詳述する。

ディスククランプ機構１３１は、図４に示すように、フロントクランプアーム１６７及びリアクランプアーム１６８を備える。フロントクランプアーム１６７及びリアクランプアーム１６８は、それぞれ押付ローラ機構１３０の下側にあるガイド部１６６が摺動可能に取付けられる。フロントクランプアーム１６７及びリアクランプアーム１６８は、押付力調整機構１３２により互いにプライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４を挟持する方向に移動させられることで、押付ローラ１６０をディスクに押し付ける。

押付力調整機構１３２は、アクチュエータ１９０の動作により、フロントクランプアーム１６７及びリアクランプアーム１６８を互いにプライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４を挟持する方向に移動させる。制御装置３からは、伝達すべきトルクに応じた押付力を発生するよう指令信号を出力し、指令信号をうけてアクチュエータ１９０が動作することで、押付ローラ１６０が伝達すべきトルクに応じた押付力でそれぞれディスク側に押し付けられる。これにより、プライマリディスク３２とセカンダリディスク３４とを弾性変形させ、これらを接触させることによりトルク伝達接触部が形成され、入力軸３１の回転が出力軸３３へと伝達される。

押付力調整機構１３２は、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４の間で駆動力を伝達しない場合は、制御装置３からの押付力がゼロである指令信号によりアクチュエータ１９０が動作し、押付ローラ１６０は押付力がゼロとなる。これにより、プライマリディスク３２とセカンダリディスク３４とは弾性変形がなくなることで駆動力の伝達がなくなり、入力軸３１の回転が出力軸３３に伝達されなくなる。

摺動アクチュエータ１３３は、電動モータ１３４と摺動機構１３５とを備え、制御装置３からの指令信号により電動モータ１３４を動作させることで摺動機構１３５を進退させ、摺動機構１３５に連結される押付ローラ機構１３０を軸心連結線Ｏに沿って移動させる。これにより、押付ローラ機構１３０の押付ローラ１６０を軸心連結線Ｏ方向に移動させて、目標変速比に対応する位置にトルク伝達接触部を形成する。

出力軸３３のディスク部１０ｂ側の端部には、外歯出力ギヤ３３ａが備えられる。外歯出力ギヤ３３ａはホイール１０に結合されるハブ１５に固定される内歯ギヤ１４と噛合し、内歯ギヤ１４を回転させる。

外歯出力ギヤ３３ａは、内歯ギヤ１４の内周側にあって入力軸３１と同軸に回転自在に備えられるアイドラギヤ５１にも噛合する。内歯ギヤ１４とアイドラギヤ５１とは回転軸を同一とし、これらの間は外歯出力ギヤ３３ａが噛合する間隔を有する。アイドラギヤ５１は、出力軸３３に対して回転自在にベアリング５１ａを介して軸支される。

内歯ギヤ１４とアイドラギヤ５１との間は、外歯出力ギヤ３３ａとは異なる位置に外歯出力ギヤ３３ａと略同形状のピニオン６１ａが噛合する。ピニオン６１ａは、カウンタ軸６１のディスク部１０ｂ側に備えられる。

出力軸３３の外歯出力ギヤ３３ａは内歯ギヤ１４の周方向等分割点の一点に備えられ、カウンタ軸６１のピニオン６１ａは内歯ギヤ１４の周方向等分割点の他点に備えられる。本実施形態では、入力軸３１を中心として内歯ギヤ１４の直径方向に外歯出力ギヤ３３ａとピニオン６１ａとを配置したが、さらに多くのピニオン６１ａ及びカウンタ軸を配置してもよい。

ハウジング１２の内周側であってディスク部１０ｂ側の壁面にはベアリング１７が備えられ、内歯ギヤ１４は、ベアリング１７に外周から回転自在に支持される。内歯ギヤ１４は、ハブ１５に固定される。ハブ１５は、内歯ギヤ１４及びベアリング１７を介してハウジング１２に回転自在に支持される。ホイール１０のディスク部１０ｂはボルト１６を介してハブ１５に結合される。

ハブ１５とハウジング１２との間にはオイルシール１８が備えられる。オイルシール１８は、ベアリング１７等から潤滑油がホイール１０及びその外部へと飛散することを防止する。

出力軸３３に固定されるセカンダリディスク３４には、ブレーキ装置７２が備えられる。ブレーキ装置７２は、セカンダリディスク３４を構成するセンターディスク３４ａ及び二つのサイドディスク３４ｂをそれぞれ挟持することにより回転抵抗を与え、出力軸３３の回転を制動する。出力軸３３の回転を制動することにより車両に制動力を与える。

ブレーキ装置７２は、例えば運転者によるブレーキペダルの踏み込み量に応じて、制御装置３の指示により、セカンダリディスク３４を挟持することにより制動力を与え、ホイール駆動装置１の制動力を制御する。

このように、本実施形態のホイール駆動装置１は、モータ２０の出力を、変速機構３０により変速させ、変速された回転をホイール１０の内方に備えられた内歯ギヤ１４を介してホイール１０に伝達させる構成である。このように、ホイール１０への回転の伝達を内歯ギヤ１４により行うことにより、ホイール１０への回転を大きな減速比により伝達することができると共に、内歯ギヤ１４の内径部分のスペースをホイール駆動装置１の構成部品に用いることができるので、構成部品の奥行きを扁平に形成することができて、ホイール駆動装置１のサイズ及び重量を低減することができる。

次に、本実施形態の付勢機構１５５について、図５を参照して説明する。

前述のように、押付力調整機構１３２は、制御装置３からは伝達すべきトルクに応じた押付力を発生するように指令信号を出力し、指令信号をうけてアクチュエータ１９０が動作することで、押付ローラ１６０が伝達すべきトルクに応じた押付力でそれぞれディスク側に押付けられる。これにより、プライマリディスク３２とセカンダリディスク３４とを弾性変形させ、これらを接触させることによりトルク伝達接触部形成され、入力軸３１の回転が出力軸３３へと伝達される。

一方、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４の間で駆動力を伝達しない場合は、押付力調整機構１３２は、制御装置３から押付力がゼロである指令信号によりアクチュエータ１９０が動作し、押付ローラ１６０は押付力がゼロとなる。これにより、プライマリディスク３２とセカンダリディスク３４とは弾性変形がなくなることで駆動力の伝達がなくなり、入力軸３１の回転が出力軸３３に伝達されなくなる。

このとき、アクチュエータ１９０は押付ローラ１６０の押付力をゼロでコントロールしているが、制御装置３は押付ローラ１６０のトルク（押付力）をコントロールしているだけであるため、実際にはプライマリディスク３２とセカンダリディスク３４との間のクリアランスが十分でない。この場合ディスク間において、ホイール駆動装置１内の潤滑油によりこれらの間が密着したままの状態となる場合がある。プライマリディスク３２とセカンダリディスク３４との面同士が潤滑油により密着すると、引き摺りトルクが発生してしまう。

本実施形態では、ディスク間の引き摺りトルクを抑制するために、次のように構成した。

図５は、本実施形態の付勢機構１５５の説明図である。

押付ローラ機構１３０は、軸心連結線Ｏ方向に延設されるガイドブロックシャフト１５１と一組のガイドブロックシャフト１６５に摺動可能に支持される。ガイドブロックシャフト１６５は、それぞれ、両端側の一組のガイドブロック１６４に対して一組の付勢機構１５５を介して取付けられる。

付勢機構１５５は、ガイドブロックシャフト１６５が挿通される貫通孔１６４ａと、ガイドブロックシャフト１６５を付勢するボールプランジャ１５６とを備える。ボールプランジャ１５６は、バネ１５６ａ及びボール１５６ｂから構成される。

貫通孔１６４ａは、ガイドブロックシャフト１６５の外周の形状よりも僅かに大きな形状に形成されおり、付勢機構１５５においてガイドブロックシャフト１６５が入力軸３１及び出力軸３３と平行方向（ｚ軸方向）に移動可能に構成される。バネ１５６ａ及びボール１５６ｂにより構成されるボールプランジャ１５６は、ガイドブロックシャフト１６５を、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４が離間する方向へと付勢する。

このような構成により、押付ローラ１６０を両ディスク側に押付けた場合は、付勢機構１５５のボールプランジャ１５６が縮退してガイドブロックシャフト１６５が、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４を接触する方向へと移動する。

一方、押付ローラ１６０を両ディスクから離間させる場合は、付勢機構１５５のボールプランジャ１５６の付勢力により、ガイドブロックシャフト１６５が、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４を離間させる方向へと付勢される（図５の矢印方向）。

ガイドブロックシャフト１６５がプライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４を離間させる方向へと付勢されることにより、一対の押付ローラ１６０が互いに離間する方向へと速やかに離れると共に、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４が、その回転の遠心力により、速やかに離間される。

これにより、押付ローラ１６０の押付力がゼロとなった場合には、プライマリディスク３２とセカンダリディスク３４との接触が解放され、付勢機構１５５が無い場合に比べて両ディスク間のクリアランスが十分に確保されるので、潤滑油が介在しても入力軸３１の回転が出力軸３３に伝達され難くなる。

以上説明したように、本実施形態の変速機構３０は、駆動力源であるモータ２０の回転が入力される入力軸３１と、入力軸３１と平行に配置された出力軸３３と、入力軸３１に固定されたプライマリディスク３２と、出力軸３３に固定され、プライマリディスク３２に互いに重合するように配設されたセカンダリディスク３４と、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４が重合する重合領域においてプライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４を互いに押し付ける一対の押付ローラ１６０と、一対の押付ローラ１６０に押付力を作用させる押付力調整機構１３２と、一対の押付ローラ１６０を重合領域においてプライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４の半径方向に移動させる摺動アクチュエータ１３３と、一対の押付ローラ１６０を、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４を互いに離間させる方向に付勢する付勢機構１５５と、を備えた。

本実施形態では、このように構成することにより、一方、押付ローラ１６０の押付力を解放した場合は、付勢機構１５５の付勢力により、一対の押付ローラ１６０が、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４を離間させる方向へと付勢される。これにより、プライマリディスク３２とセカンダリディスク３４と接触が解放されてディスク間のクリアランスを十分に確保できるので、引き摺りトルクを抑制することができ、駆動力の非伝達時に、トルクの伝達を抑制できる。

押付ローラ１６０には、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４の半径方向に摺動可能に支持するガイドブロックシャフト１６５が備えられ、付勢機構１５５は、ガイドブロックシャフト１６５を、プライマリディスク３２及びセカンダリディスク３４を互いに離間させる方向に付勢するボールプランジャ１５６により構成される。このように、簡易な構成によって、引き摺りトルクを抑制することができるので、マルチディスク変速機の製造コストを上昇させることがない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、ガイドブロックシャフト１６５を付勢する付勢機構１５５を、ボールプランジャ１５６を備えて構成したが、これに限られるものではなく、例えばゴム等の弾性部材や油圧によってガイドブロックシャフト１６５を付勢するものであってもよい。

本願は、２０１４年６月１２日に日本国特許庁に出願された特願２０１４−１２１８００に基づく優先権を主張する。これらの出願のすべての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (3)

1. 駆動力源からの駆動力が入力される入力軸と、
   前記入力軸と平行に配置された出力軸と、
   前記入力軸に固定されたプライマリディスクと、
   前記出力軸に固定され、前記プライマリディスクに重合するように配設されたセカンダリディスクと、
   前記プライマリディスク及び前記セカンダリディスクが重合する重合領域において前記プライマリディスク及び前記セカンダリディスクを互いに押し付け、前記プライマリディスクからの前記駆動力を前記セカンダリディスクに伝達可能とする一対の押付ローラと、
   前記押付ローラが取り付けられるローラブロックと、
   一対の前記押付ローラに、押付力を作用させる押付力調整機構と、
   一対の前記押付ローラを前記重合領域において前記プライマリディスク及び前記セカンダリディスクの半径方向に移動させる変速アクチュエータと、
   前記ローラブロックに挿通され、一対の前記押付ローラを前記プライマリディスク及び前記セカンダリディスクの半径方向に摺動可能に支持するシャフトと、
   前記シャフトの両端に取り付けられ、一対の前記押付ローラを、前記プライマリディスク及び前記セカンダリディスクを互いに離間させる方向に付勢する付勢機構と、
   を備えるマルチディスク変速機。
2. 請求項１に記載のマルチディスク変速機であって、
   前記付勢機構は、前記シャフトを、前記プライマリディスク及び前記セカンダリディスクを互いに離間させる方向に付勢するボールプランジャにより構成されるマルチディスク変速機。
3. ホイールの内方又はその近傍に配設されたモータと、
   請求項１又は２に記載のマルチディスク変速機を備え、前記駆動力源は、前記モータであるホイール駆動装置。

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