JP6380010B2 - 駆動力配分装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１駆動軸と第２駆動軸のトルク配分を調整する駆動力配分装置に関する。

この種の駆動力配分装置の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１による駆動力配分装置は、差動装置と、第１、第２及び第３遊星歯車機構と、モータとを備える。モータは、ステータ及びロータを有し、ロータが第１遊星歯車機構のサンギアに連結されている。第１及び第２遊星歯車機構のキャリア同士が連結され、第２遊星歯車機構のサンギアの回転は固定されている。第１遊星歯車機構のリングギアは第３遊星歯車機構のリングギアに連結され、第２遊星歯車機構のリングギアは第３遊星歯車機構のサンギアに連結され、第３遊星歯車機構のピニオンギア（遊星ギア）は差動装置のピニオンギアに連結されている。

特許文献１において、差動装置の右サイドギアと左サイドギア（右ドライブシャフトと左ドライブシャフト）が等しい回転速度で同方向に回転している場合は、第１遊星歯車機構のリングギアの回転速度と第２遊星歯車機構のリングギアの回転速度が等しく、ロータの回転は停止している。一方、ステータからロータにトルクを作用させてロータを回転駆動すると、第３遊星歯車機構のリングギアとサンギア（第１遊星歯車機構のリングギアと第２遊星歯車機構のリングギア）に回転差が発生し、第３遊星歯車機構のピニオンギアが差動装置のピニオンギアとともに一体で回転（自転）する。差動装置のピニオンギアの自転によって、右サイドギアと左サイドギア（右ドライブシャフトと左ドライブシャフト）に回転差が発生し、ステータからロータに作用させるトルクに応じて、右ドライブシャフトと左ドライブシャフトのトルク配分が変化する。

国際公開第２０１１／７６５４２号 国際公開第２０１２／２８３７２号

特許文献１においては、ステータからロータにトルクを作用させてロータを回転駆動することで、差動装置のピニオンギアを回転（自転）させて右ドライブシャフトと左ドライブシャフトのトルク配分を変化させている。ただし、差動装置の右サイドギアと左サイドギア（右ドライブシャフトと左ドライブシャフト）が等しい回転速度で同方向に回転している場合は、ロータの回転は停止するが、その際には、第１及び第２遊星歯車機構のサンギアとピニオンギアとリングギアは一体で回転せず、ピニオンギアが自転してサンギアとリングギアに回転差が発生する（差動する）ことによる損失が発生する。

本発明は、第１駆動軸と第２駆動軸のトルク配分を調整する駆動力配分装置において、第１駆動軸と第２駆動軸が等しい回転速度で回転している場合の損失を低減することを目的とする。

本発明に係る駆動力配分装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る駆動力配分装置は、第１駆動軸と第２駆動軸の回転差を許容する差動装置と、第１駆動軸と第２駆動軸のトルク配分を調整するトルク配分調整装置と、を備え、差動装置は、第１駆動軸とともに回転する第１差動回転要素と、第２駆動軸とともに回転する第２差動回転要素と、第１及び第２差動回転要素間で回転を伝達する第３差動回転要素と、第３差動回転要素を回転自在に支持する第４差動回転要素であって、その回転により第３差動回転要素を第１差動回転要素の回転軸まわりに周回させる第４差動回転要素と、を有し、第３差動回転要素の回転により第１駆動軸と第２駆動軸の回転差を許容し、トルク配分調整装置は、互いに相対回転可能な第１回転子と第２回転子の間に生じる電磁気相互作用によって、第１回転子と第２回転子の間にトルクを発生可能な回転電機と、第１回転子と第２回転子の回転差に応じた回転を第４差動回転要素と第１駆動軸または第２駆動軸とに回転差を発生させるよう伝達する回転伝達装置と、を含み、第１駆動軸と第２駆動軸が等しい回転速度で回転している場合は、第１回転子と第２回転子が等しい回転速度で回転し、第１回転子と第２回転子間にトルクを発生させて第１回転子と第２回転子に回転差を発生させることで、第１駆動軸と第２駆動軸に回転差を発生させ、第１回転子と第２回転子間に発生させるトルクに応じて第１駆動軸と第２駆動軸のトルク配分を調整することを要旨とする。

本発明の一態様では、回転伝達装置は、第１回転子と第２回転子間に発生するトルクを増幅して出力することが好適である。

本発明の一態様では、回転伝達装置が複数段直列接続されていることが好適である。

本発明の一態様では、回転伝達装置は、第１回転子とともに回転する第１伝達回転要素と、第２回転子とともに回転する第２伝達回転要素と、第１伝達回転要素と第２伝達回転要素の回転差の発生に応じて回転する第３伝達回転要素と、第３伝達回転要素の回転に応じて回転差が発生する第４及び第５伝達回転要素と、を有し、第４及び第５伝達回転要素の回転を第４差動回転要素と第１駆動軸または第２駆動軸とに伝達することが好適である。

本発明によれば、第１回転子と第２回転子間に発生させるトルクに応じて第１駆動軸と第２駆動軸のトルク配分を調整することができるとともに、第１駆動軸と第２駆動軸が等しい回転速度で回転している場合の損失を低減することができる。

本発明の実施形態に係る駆動力配分装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る駆動力配分装置の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る駆動力配分装置の他の概略構成を示す図である。 回転電機３０の第１ロータ３１と第２ロータ３２とステータ３３に作用するトルクを説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る駆動力配分装置の概略構成を示す図である。本実施形態に係る駆動力配分装置は、以下に説明する差動装置１０と回転電機３０と回転伝達装置５０とを備える。

差動装置１０は、第１及び第２差動回転要素としての一対のサイドギア１１，１２と、第３差動回転要素としての複数のピニオンギア１３と、第４差動回転要素としての回転ケース（ディファレンシャルケース）１４とを含む差動歯車装置（ディファレンシャルギア装置）により構成される。各ピニオンギア１３は、ベベルギア（かさ歯車）により構成され、回転ケース１４に設けられたピニオンシャフト１５に回転自在に支持されている。サイドギア１１，１２もベベルギア（かさ歯車）により構成され、各ピニオンギア１３がサイドギア１１，１２と噛み合っている。サイドギア１２の回転中心軸はサイドギア１１の回転中心軸と一致しており、回転ケース１４の回転中心軸はサイドギア１１，１２の回転中心軸と一致しており、各ピニオンギア１３の回転中心軸（ピニオンシャフト１５の中心軸）はサイドギア１１，１２及び回転ケース１４の回転中心軸に対して垂直である。各ピニオンギア１３がピニオンシャフト１５まわりに回転（自転）することで、各ピニオンギア１３を介してサイドギア１１，１２間で回転が伝達される。その際には、サイドギア１１，１２同士でトルクの方向が互いに逆方向になるように、各ピニオンギア１３でトルクの方向が反転してからサイドギア１１，１２間でトルクが伝達される。また、各ピニオンギア１３は、回転ケース１４の回転により、サイドギア１１，１２の回転中心軸（回転ケース１４の回転中心軸と一致する）まわりに周回（公転）する。各ピニオンギア１３の周回（公転）により、サイドギア１１，１２と回転ケース１４との間で回転が伝達される。その際には、サイドギア１１とサイドギア１２と回転ケース１４とでトルクの方向が互いに同方向になるように、サイドギア１１，１２と回転ケース１４との間でトルクが伝達される。

サイドギア１１はドライブシャフト（第１駆動軸）２６と機械的に係合し、ドライブシャフト２６は車両の駆動輪２８と機械的に連結されており、サイドギア１１がドライブシャフト２６及び駆動輪２８とともに同じ回転速度で一体で回転する。サイドギア１２はドライブシャフト（第２駆動軸）２７と機械的に係合し、ドライブシャフト２７は車両の駆動輪２９と機械的に連結されており、サイドギア１２がドライブシャフト２７及び駆動輪２９とともに同じ回転速度で一体で回転する。なお、以下の説明では、サイドギア１１、ドライブシャフト２６、及び駆動輪２８を右サイドギア、右ドライブシャフト、及び右駆動輪とし、サイドギア１２、ドライブシャフト２７、及び駆動輪２９を左サイドギア、左ドライブシャフト、及び左駆動輪とする。

回転ケース１４の外周にはドリブンギア２１が固定されており、ドリブンギア２１はドライブギア２２と噛み合っている。ドライブギア２２は、プロペラシャフト２３と機械的に連結されており、プロペラシャフト２３とともに同じ回転速度で一体で回転する。プロペラシャフト２３は、例えばエンジンやモータ等の動力源からの動力が伝達されることで回転駆動する。プロペラシャフト２３の回転は、ドライブギア２２とドリブンギア２１との噛み合いにより回転ケース１４に伝達される。

回転電機３０は、第１ロータ３１と、所定の空隙を空けて第１ロータ３１と対向し第１ロータ３１に対し相対回転可能な第２ロータ３２とを備える。第１ロータ３１は、ロータコア（第１回転子鉄心）４１と、ロータコア４１にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）のロータ巻線４０とを含む。複数相のロータ巻線４０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ロータ巻線４０は、ロータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。第２ロータ３２は、ロータコア（第２回転子鉄心）４２と、ロータコア４２にその周方向に沿って第１ロータ３１と対向して配設され界磁束を発生する永久磁石４３とを含む。スリップリング４５は、第１ロータ３１と機械的に連結されており、さらに、ロータ巻線４０の各相と電気的に接続されている。回転が固定されたブラシ４６は、スリップリング４５に押し付けられて電気的に接触する。スリップリング４５は、ブラシ４６に対し摺動しながら（ブラシ４６との電気的接触を維持しながら）、第１ロータ３１とともに同じ回転速度で回転する。図１に示す例では、第１ロータ３１、第２ロータ３２、スリップリング４５、及びブラシ４６が右ドライブシャフト２６の外周側に配置されている。そして、第１ロータ３１と第２ロータ３２がロータ回転軸と直交する径方向に対向し、第２ロータ３２が第１ロータ３１の外周側に同心円状に配置され、第１ロータ３１の回転中心軸及び第２ロータ３２の回転中心軸が右ドライブシャフト２６の回転中心軸（右サイドギア１１の回転中心軸）と一致する。

回転伝達装置５０は、第１伝達回転要素としてのサンギア５１と、第２伝達回転要素としてのリングギア５２と、第３伝達回転要素としての複数のピニオンギア（遊星ギア）５３ａ，５３ｂと、第４伝達回転要素としてのリングギア５４と、第５伝達回転要素としてのサンギア５５と、第６伝達回転要素としてのキャリア５６とを含む遊星歯車機構により構成される。サンギア５１，５５及びピニオンギア５３ａ，５３ｂは外歯車により構成され、リングギア５２，５４は内歯車により構成される。各ピニオンギア５３ａはサンギア５１及びリングギア５２と噛み合っており、各ピニオンギア５３ｂはサンギア５５及びリングギア５４と噛み合っている。各ピニオンギア５３ａ，５３ｂは、キャリア５６に回転自在に支持されている。サンギア５１の回転中心軸、リングギア５２の回転中心軸、サンギア５５の回転中心軸、リングギア５４の回転中心軸、及びキャリア５６の回転中心軸は互いに一致しており、ピニオンギア５３ａ，５３ｂの回転中心軸はこれらの回転中心軸と平行である。ピニオンギア５３ａ，５３ｂ同士は、互いに結合されており、同じ回転速度で一体で回転（自転）する。さらに、各ピニオンギア５３ａ，５３ｂは、キャリア５６の回転に応じて、サンギア５１，５５の回転中心軸まわりに周回（公転）する。

サンギア５１は、第１ロータ３１と機械的に連結されており、第１ロータ３１とともに同じ回転速度で一体で回転する。リングギア５２は、第２ロータ３２と機械的に連結されており、第２ロータ３２とともに同じ回転速度で一体で回転する。サンギア５５は、右ドライブシャフト２６と機械的に係合し、右サイドギア１１及び右ドライブシャフト２６とともに同じ回転速度で一体で回転する。リングギア５４は、回転ケース１４と機械的に連結されており、回転ケース１４とともに同じ回転速度で一体で回転する。図１に示す例では、サンギア５５の半径ｒ_ｓｕｎ２はサンギア５１の半径ｒ_ｓｕｎ１よりも大きく、リングギア５４の半径ｒ_{ｒｉｎｇ２}はリングギア５２の半径ｒ_{ｒｉｎｇ１}よりも小さく、ピニオンギア５３ｂの半径ｒ_{ｐｉｎｉ２}はピニオンギア５３ａの半径ｒ_{ｐｉｎｉ１}よりも小さい。つまり、サンギア５５の半径ｒ_ｓｕｎ２とリングギア５４の半径ｒ_{ｒｉｎｇ２}との比ρ_２＝ｒ_ｓｕｎ２／ｒ_{ｒｉｎｇ２}が、サンギア５１の半径ｒ_ｓｕｎ１とリングギア５２の半径ｒ_{ｒｉｎｇ１}との比ρ_１＝ｒ_ｓｕｎ１／ｒ_{ｒｉｎｇ１}よりも大きい。また、図１に示す例では、回転伝達装置５０は、右ドライブシャフト２６の外周側に配置され、右ドライブシャフト２６の回転中心軸方向において差動装置１０と回転電機３０との間の位置に配置されている。そして、サンギア５１，５５、リングギア５２，５４、及びキャリア５６の回転中心軸が右ドライブシャフト２６の回転中心軸（右サイドギア１１の回転中心軸）と一致する。

直流電源として設けられた充放電可能な蓄電装置４９は、例えば二次電池により構成することができ、電気エネルギーを蓄える。蓄電装置４９とロータ巻線４０との間で電力変換を行う電力変換装置として設けられたインバータ４７は、スイッチング素子と、スイッチング素子に対し逆並列接続されたダイオード（整流素子）とを備える公知の構成により実現可能であり、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置４９からの直流電力を交流（例えば３相交流）に変換して、ブラシ４６及びスリップリング４５を介してロータ巻線４０の各相に供給することが可能である。さらに、インバータ４７は、ロータ巻線４０の各相に流れる交流電流を直流に変換して、電気エネルギーを蓄電装置４９に回収する方向の電力変換も可能である。その際には、ロータ巻線４０の交流電力がスリップリング４５及びブラシ４６により取り出され、この取り出された交流電力がインバータ４７で直流に変換される。このように、インバータ４７は、蓄電装置４９とロータ巻線４０との間で双方向の電力変換を行うことが可能である。

インバータ４７のスイッチング動作により複数相のロータ巻線４０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ロータ巻線４０は、ロータ周方向に回転する回転磁界を発生する。そして、ロータ巻線４０で発生した回転磁界と永久磁石４３で発生した界磁束との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）により、第１ロータ３１と第２ロータ３２間にトルク（磁石トルク）を作用させることができる。電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０は、インバータ４７のスイッチング動作を制御してロータ巻線４０の各相に流れる交流電流を制御する、例えばロータ巻線４０に流れる交流電流の振幅や位相角を制御することで、第１ロータ３１と第２ロータ３２間に作用するトルクを制御する。

次に、本実施形態に係る駆動力配分装置の動作、特に、右ドライブシャフト２６及び左ドライブシャフト２７を回転駆動する場合の動作について説明する。

エンジンやモータ等の動力源からの動力がプロペラシャフト２３を介して差動装置１０の回転ケース１４に伝達されることで回転ケース１４が回転駆動し、回転ケース１４の回転に応じて各ピニオンギア１３がサイドギア１１，１２の回転中心軸まわりに周回（公転）することで、右ドライブシャフト２６及び左ドライブシャフト２７が回転駆動する。右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７（右駆動輪２８と左駆動輪２９）が等しい回転速度で同方向に回転している場合は、各ピニオンギア１３はピニオンシャフト１５まわりに回転（自転）せず、差動装置１０のサイドギア１１，１２、ピニオンギア１３、及び回転ケース１４が一体となって回転駆動する。さらに、差動装置１０の一体回転に応じて、サンギア５５及びリングギア５４が右サイドギア１１及び回転ケース１４とともに等しい回転速度で同方向に回転することで、各ピニオンギア５３ａ，５３ｂがサンギア５１，５５の回転中心軸まわりに周回（公転）する。したがって、回転伝達装置５０のサンギア５１，５５、リングギア５２，５４、ピニオンギア５３ａ，５３ｂ、及びキャリア５６が一体となって回転駆動し、回転電機３０の第１ロータ３１と第２ロータ３２が等しい回転速度で同方向に回転する。右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７に駆動トルクを均等に配分する場合は、インバータ４７のスイッチング動作を行わず、ロータ巻線４０に交流電流を流さないことで、第１ロータ３１と第２ロータ３２間にトルクτ_ｃｏｕｐを発生させない。

一方、インバータ４７のスイッチング動作によりロータ巻線４０に交流電流を流すことで、第１ロータ３１と第２ロータ３２間にトルクτ_ｃｏｕｐを発生させると、第１ロータ３１と第２ロータ３２が互いに相対回転して回転差が発生し、回転伝達装置５０のサンギア５１とリングギア５２に回転差が発生する。第１ロータ３１からサンギア５１を介してピニオンギア５３ａ，５３ｂに作用するトルクと、第２ロータ３２からリングギア５２を介してピニオンギア５３ａ，５３ｂに作用するトルクは、互いに同方向であり、サンギア５１とリングギア５２の回転速度差（第１ロータ３１と第２ロータ３２の回転速度差）に応じた回転速度で各ピニオンギア５３ａ，５３ｂが回転（自転）する。そして、各ピニオンギア５３ａ，５３ｂの回転がサンギア５５及びリングギア５４に伝達され、サンギア５５の回転が右ドライブシャフト２６に伝達され、リングギア５４の回転が回転ケース１４に伝達される。ピニオンギア５３ａ，５３ｂからサンギア５５に作用するトルクと、ピニオンギア５３ａ，５３ｂからリングギア５４に作用するトルクは、互いに逆方向であり、ピニオンギア５３ａ，５３ｂの自転速度に応じた回転差がサンギア５５とリングギア５４に発生する。つまり、第１ロータ３１と第２ロータ３２の回転速度差に応じた回転差が右ドライブシャフト２６と回転ケース１４に発生する。これによって、各ピニオンギア１３がピニオンシャフト１５まわりに回転（自転）することで、左サイドギア１２が回転駆動される。右ドライブシャフト２６に作用するトルクと、左ドライブシャフト２７に作用するトルクは、互いに逆方向であり、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７の駆動トルク配分が変化して、第１ロータ３１と第２ロータ３２の回転速度差に応じた回転差が右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７に発生する。その際には、回転伝達装置５０が第１ロータ３１と第２ロータ３２の回転差に応じた回転を右ドライブシャフト２６と回転ケース１４に回転差を発生させるよう伝達することで、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７の回転差が許容される。

例えば、第１ロータ３１及び第２ロータ３２の回転方向と同方向のトルクτ_ｃｏｕｐ（τ_ｃｏｕｐについてはドライブシャフト２６，２７が等しい回転速度で同方向に回転している場合の第１及び第２ロータ３１，３２の回転方向を正とする）が第２ロータ３２から第１ロータ３１に作用するとともに、その反作用として、第１ロータ３１及び第２ロータ３２の回転方向と逆方向のトルク−τ_ｃｏｕｐが第１ロータ３１から第２ロータ３２に作用する場合は、右ドライブシャフト２６の駆動トルク配分が増加するとともに、左ドライブシャフト２７の駆動トルク配分が減少する。第１ロータ３１の回転速度が第２ロータ３２の回転速度よりも高くなると、右ドライブシャフト２６の回転速度は左ドライブシャフト２７の回転速度よりも高くなる。

一方、第１ロータ３１及び第２ロータ３２の回転方向と逆方向のトルク−τ_ｃｏｕｐが第２ロータ３２から第１ロータ３１に作用するとともに、その反作用として、第１ロータ３１及び第２ロータ３２の回転方向と同方向のトルクτ_ｃｏｕｐが第１ロータ３１から第２ロータ３２に作用する場合は、右ドライブシャフト２６の駆動トルク配分が減少するとともに、左ドライブシャフト２７の駆動トルク配分が増加する。第１ロータ３１の回転速度が第２ロータ３２の回転速度よりも低くなると、右ドライブシャフト２６の回転速度は左ドライブシャフト２７の回転速度よりも低くなる。

ここで、サンギア５１（第１ロータ３１）の回転速度をω_ｓｕｎ１、リングギア５２（第２ロータ３２）の回転速度をω_{ｒｉｎｇ１}、サンギア５５（右ドライブシャフト２６）の回転速度をω_ｓｕｎ２、リングギア５４（回転ケース１４）の回転速度をω_{ｒｉｎｇ２}、ピニオンギア５３ａ，５３ｂの回転速度をω_ｐｉｎｉ、キャリア５６の回転速度をω_{ｃａｒｒｉ}とすると、以下の（１）〜（４）式が成立する。（１）〜（４）式から、第２ロータ３２と第１ロータ３１の差動回転速度Δω_ＣＭ（＝ω_{ｒｉｎｇ１}−ω_ｓｕｎ１）と、回転ケース１４と右ドライブシャフト２６の差動回転速度Δω_ｄｅｆ（＝ω_{ｒｉｎｇ２}−ω_ｓｕｎ２）との関係は、以下の（５）式で表される。そして、第２ロータ３２と第１ロータ３１間の差動トルクτ_ｃｏｕｐと、回転ケース１４と右ドライブシャフト２６の差動トルクτ_ｄｅｆとの関係は、以下の（６）式で表される。（５）、（６）式において、Γ_１，Γ_２は、以下の（７）式で表される。

差動トルクτ_ｃｏｕｐに対し、回転ケース１４からドライブシャフト２６，２７に大きさがτ_ｄｅｆ／２で互いに逆方向のトルクが作用するため、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７の駆動トルク差はτ_ｄｅｆで与えられる。（６）式で表されるように、第１ロータ３１と第２ロータ３２間に作用するトルクτ_ｃｏｕｐが大きいほど、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７の駆動トルク差τ_ｄｅｆが大きくなる。したがって、第１ロータ３１と第２ロータ３２間に発生するトルクτ_ｃｏｕｐに応じて右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７の駆動トルク配分が調整され、回転電機３０及び回転伝達装置５０が右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７（右駆動輪２８と左駆動輪２９）の駆動トルク配分を調整するトルク配分調整装置として機能する。電子制御ユニット７０は、インバータ４７のスイッチング動作によりロータ巻線４０の各相に流れる交流電流を制御して第１ロータ３１と第２ロータ３２間のトルクτ_ｃｏｕｐを制御することで、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７の駆動トルク配分を制御することができる。

（６）式から、Γ_１／Γ_２＞１を満たすように回転伝達装置５０を設計することで、第１ロータ３１と第２ロータ３２間のトルクτ_ｃｏｕｐが増幅されて出力され、回転伝達装置５０がトルク増幅機構（減速機構）として機能する。（７）式から、ρ_２＞ρ_１を満たすことで、Γ_１／Γ_２＞１が成立する。さらに、回転伝達装置５０において、（ｒ_ｓｕｎ１＋ｒ_{ｒｉｎｇ１}）が（ｒ_ｓｕｎ２＋ｒ_{ｒｉｎｇ２}）に等しいことから、ｒ_{ｒｉｎｇ２}＜ｒ_{ｒｉｎｇ１}（ｒ_ｓｕｎ２＞ｒ_ｓｕｎ１）を満たすことで、ρ_２＞ρ_１が成立する。したがって、ｒ_{ｒｉｎｇ２}＜ｒ_{ｒｉｎｇ１}を満たすように回転伝達装置５０を設計することで、第１ロータ３１と第２ロータ３２間のトルクτ_ｃｏｕｐを増幅して右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７に駆動トルク差τ_ｄｅｆを発生させることができる。

また、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７に回転差が発生している場合は、第１ロータ３１と第２ロータ３２の回転速度差が大きいほど、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７の回転速度差が大きくなる。右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７の回転速度差（第１ロータ３１と第２ロータ３２の回転速度差）を増加させる方向に第１ロータ３１と第２ロータ３２間のトルクτ_ｃｏｕｐを作用させる場合は、蓄電装置４９からの直流電力を交流に変換してブラシ４６及びスリップリング４５を介してロータ巻線４０へ供給するようにインバータ４７のスイッチング動作を行う。例えば第１ロータ３１の回転速度が第２ロータ３２の回転速度よりも高い状態で第１ロータ３１に回転方向と同方向のトルクτ_ｃｏｕｐを作用させるとともに第２ロータ３２に回転方向と逆方向のトルク−τ_ｃｏｕｐを作用させる場合や、第２ロータ３２の回転速度が第１ロータ３１の回転速度よりも高い状態で第２ロータ３２に回転方向と同方向のトルクτ_ｃｏｕｐを作用させるとともに第１ロータ３１に回転方向と逆方向のトルク−τ_ｃｏｕｐを作用させる場合は、インバータ４７のスイッチング動作により蓄電装置４９からロータ巻線４０への電力供給を行う。一方、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７の回転速度差（第１ロータ３１と第２ロータ３２の回転速度差）を減少させる方向に第１ロータ３１と第２ロータ３２間のトルクτ_ｃｏｕｐを作用させる場合は、ロータ巻線４０の交流電力を直流に変換して蓄電装置４９に回収するようにインバータ４７のスイッチング動作を行う。例えば第１ロータ３１の回転速度が第２ロータ３２の回転速度よりも高い状態で第１ロータ３１に回転方向と逆方向のトルク−τ_ｃｏｕｐを作用させるとともに第２ロータ３２に回転方向と同方向のトルクτ_ｃｏｕｐを作用させる場合や、第２ロータ３２の回転速度が第１ロータ３１の回転速度よりも高い状態で第２ロータ３２に回転方向と逆方向のトルク−τ_ｃｏｕｐを作用させるとともに第１ロータ３１に回転方向と同方向のトルクτ_ｃｏｕｐを作用させる場合は、インバータ４７のスイッチング動作によりロータ巻線４０から蓄電装置４９への電力回収を行う。

以上説明した本実施形態では、第１ロータ３１と第２ロータ３２間に発生させるトルクτ_ｃｏｕｐに応じて、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７の駆動トルク配分を調整することができる。その際には、前述の特許文献１（３つの遊星歯車機構）と比較して、回転伝達装置５０の回転要素の数を削減することができ、駆動トルク配分を調整するための構成を簡素化することができる。さらに、ｒ_{ｒｉｎｇ２}＜ｒ_{ｒｉｎｇ１}（ρ_２＞ρ_１）を満たすように回転伝達装置５０を設計することで、回転伝達装置５０が第１ロータ３１と第２ロータ３２間のトルクτ_ｃｏｕｐを増幅して差動トルクτ_ｄｅｆを発生させるトルク増幅機構（減速機構）として機能するため、所定の差動トルクτ_ｄｅｆを発生させるのに必要な差動トルクτ_ｃｏｕｐを小さくすることができる。その結果、第１ロータ３１と第２ロータ３２間のトルク容量を小さくすることができ、回転電機３０の小型化、低電流容量化、及び低損失化を実現することができる。

また、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７が等しい回転速度で同方向に回転している場合は、回転伝達装置５０のサンギア５１，５５、リングギア５２，５４、ピニオンギア５３ａ，５３ｂ、及びキャリア５６が一体となって回転する（差動しない）ため、回転伝達装置５０での損失を低減することができる。さらに、その場合は、第１ロータ３１と第２ロータ３２が等しい回転速度で同方向に回転し、第１ロータ３１と第２ロータ３２間にトルクτ_ｃｏｕｐが発生しないため、回転電機３０での損失を低減することができる。したがって、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７が等しい回転速度で同方向に回転している場合の損失を低減することができる。

また、本実施形態によれば、ピニオンギア１３の回転中心軸（ピニオンシャフト１５の中心軸）がサイドギア１１，１２及び回転ケース１４の回転中心軸に対して垂直である差動装置１０の構成であっても、駆動トルク配分を調整するための回転電機３０及び回転伝達装置５０の配置が容易となる。

本実施形態では、回転伝達装置５０のサンギア５５は、左ドライブシャフト２７と機械的に係合し、左サイドギア１２及び左ドライブシャフト２７とともに同じ回転速度で一体で回転する構成であってもよい。つまり、回転伝達装置５０は、サンギア５５の回転を左ドライブシャフト２７に伝達するとともにリングギア５４の回転を回転ケース１４に伝達することで、第１ロータ３１と第２ロータ３２の回転差に応じた回転を左ドライブシャフト２７と回転ケース１４に回転差を発生させるよう伝達する構成であってもよい。その場合は、第１ロータ３１、第２ロータ３２、スリップリング４５、ブラシ４６、及び回転伝達装置５０を左ドライブシャフト２７の外周側に配置することが好ましい。

また、本実施形態では、例えば図２に示すように、回転電機３０と差動装置１０間に回転伝達装置５０を複数段直列接続することも可能である。図２の例では、２段の回転伝達装置５０−１，５０−２が直列接続されている。回転伝達装置５０−１のサンギア５１−１は、第１ロータ３１と機械的に連結されており、第１ロータ３１とともに同じ回転速度で一体で回転する。回転伝達装置５０−１のリングギア５２−１は、第２ロータ３２と機械的に連結されており、第２ロータ３２とともに同じ回転速度で一体で回転する。回転伝達装置５０−１のサンギア５５−１は、回転伝達装置５０−２のサンギア５１−２と機械的に連結されており、サンギア５１−２とともに同じ回転速度で一体で回転する。回転伝達装置５０−１のリングギア５４−１は、回転伝達装置５０−２のリングギア５２−２と機械的に連結されており、リングギア５２−２とともに同じ回転速度で一体で回転する。回転伝達装置５０−２のサンギア５５−２は、右ドライブシャフト２６と機械的に係合し、右サイドギア１１及び右ドライブシャフト２６とともに同じ回転速度で一体で回転する。回転伝達装置５０−２のリングギア５４−２は、回転ケース１４と機械的に連結されており、回転ケース１４とともに同じ回転速度で一体で回転する。回転伝達装置５０−１，５０−２におけるサンギア５１−１，５５−１，５１−２，５５−２、リングギア５２−１，５４−１，５２−２，５４−２、ピニオンギア５３−１ａ，５３−１ｂ，５３−２ａ，５３−２ｂ、及びキャリア５６−１，５６−２のその他の構成は、回転伝達装置５０におけるサンギア５１，５５、リングギア５２，５４、ピニオンギア５３ａ，５３ｂ、及びキャリア５６の構成と同様である。

前述のように、回転伝達装置５０−１において、リングギア５４−１の半径ｒ_{ｒｉｎｇ１２}をリングギア５２−１の半径ｒ_{ｒｉｎｇ１１}よりも小さく（サンギア５５−１の半径ｒ_{ｓｕｎ１２}をサンギア５１−１の半径ｒ_{ｓｕｎ１１}よりも大きく）設計することで、回転伝達装置５０−１が第１ロータ３１と第２ロータ３２間のトルクτ_ｃｏｕｐを増幅して出力するトルク増幅機構として機能する。同様に、回転伝達装置５０−２において、リングギア５４−２の半径ｒ_{ｒｉｎｇ２２}をリングギア５２−２の半径ｒ_{ｒｉｎｇ２１}よりも小さく（サンギア５５−２の半径ｒ_{ｓｕｎ２２}をサンギア５１−２の半径ｒ_{ｓｕｎ２１}よりも大きく）設計することで、回転伝達装置５０−２がサンギア５５−１とリングギア５４−１間のトルクを増幅して差動トルクτ_ｄｅｆを発生させるトルク増幅機構として機能する。したがって、図２の構成例によれば、所定の差動トルクτ_ｄｅｆを発生させるのに必要な差動トルクτ_ｃｏｕｐをさらに小さくすることができ、第１ロータ３１と第２ロータ３２間のトルク容量をさらに小さくすることができる。

また、本実施形態では、例えば図３に示すように、回転電機３０は、所定の空隙を空けて第２ロータ３２と対向配置されたステータ３３をさらに備えていてもよい。ステータ３３は、ステータコア（固定子鉄心）３４と、ステータコア３４にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）のステータ巻線３５と、を含む。複数相のステータ巻線３５に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ステータ巻線３５は、ステータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。第２ロータ３２は、ロータコア４２にその周方向に沿ってステータ３３と対向して配設され界磁束を発生する永久磁石４４をさらに含む。ただし、永久磁石４３，４４を一体化することも可能である。図３に示す例では、ステータ３３と第２ロータ３２がロータ回転軸と直交する径方向に対向し、ステータ３３が第２ロータ３２の外周側に同心円状に配置されている。

蓄電装置４９とステータ巻線３５との間で電力変換を行う電力変換装置として設けられたインバータ４８は、スイッチング素子と、スイッチング素子に対し逆並列接続されたダイオード（整流素子）とを備える公知の構成により実現可能であり、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置４９からの直流電力を交流（例えば３相交流）に変換して、ステータ巻線３５の各相に供給することが可能である。さらに、インバータ４８は、ステータ巻線３５の各相に流れる交流電流を直流に変換して、電気エネルギーを蓄電装置４９に回収する方向の電力変換も可能である。このように、インバータ４８は、蓄電装置４９とステータ巻線３５との間で双方向の電力変換を行うことが可能である。

インバータ４８のスイッチング動作により複数相のステータ巻線３５に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ステータ巻線３５は、ステータ周方向に回転する回転磁界を発生する。そして、ステータ巻線３５で発生した回転磁界と永久磁石４４で発生した界磁束との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）により、ステータ３３と第２ロータ３２間にトルク（磁石トルク）を作用させることができ、第２ロータ３２を回転駆動することができる。電子制御ユニット７０は、インバータ４８のスイッチング動作によりステータ巻線３５の各相に流れる交流電流を制御する、例えばステータ巻線３５に流れる交流電流の振幅や位相角を制御することで、ステータ３３と第２ロータ３２間に作用するトルクを制御することができる。

インバータ４８のスイッチング動作によりステータ巻線３５に交流電流を流すことでステータ３３と第２ロータ３２間にトルクτ_ｍｇを発生させるとともに、インバータ４７のスイッチング動作によりロータ巻線４０に交流電流を流すことで第１ロータ３１と第２ロータ３２間にトルクτ_ｃｏｕｐを発生させる場合の第１及び第２ロータ３１，３２の運動方程式は以下の（８）、（９）式で表される。（８）、（９）式において、Ｊ_１は第１ロータ３１の慣性モーメント、Ｊ_２は第２ロータ３２の慣性モーメント、ω_１は第１ロータ３１の回転速度、ω_２は第２ロータ３２の回転速度、τ_ＲＬ１は第１ロータ３１の負荷トルク、τ_ＲＬ２は第２ロータ３２の負荷トルクである。図４に示すように、τ_ｃｏｕｐについては、ドライブシャフト２６，２７が等しい回転速度で同方向に回転している場合の第１ロータ３１の回転方向（図の時計回り）を正とし、τ_ｍｇについては、ドライブシャフト２６，２７が等しい回転速度で同方向に回転している場合の第２ロータ３２の回転方向（図の時計回り）を正とする。

τ_ＥＶを所望の駆動トルクとして、τ_ｍｇ＝τ_ＥＶ、τ_ｃｏｕｐ＝τ_ＥＶ／２とすると、（８）、（９）式は以下の（１０）、（１１）式となる。その場合、第１ロータ３１から第２ロータ３２に作用するトルクは、ステータ３３から第２ロータ３２に作用するトルクの１／２であり、且つステータ３３から第２ロータ３２に作用するトルクと逆方向であるため、第２ロータ３２に作用するτ_ｍｇとτ_ｃｏｕｐの合成トルクは、第１ロータ３１に作用するトルクτ_ｃｏｕｐと等しく且つ同方向となる。

（１０）、（１１）式から、第１及び第２ロータ３１，３２とで負荷及び慣性モーメントが同一の場合は、トルクτ_ｍｇ，τ_ｃｏｕｐによって第１及び第２ロータ３１，３２が等しい回転速度で同方向に回転し、回転伝達装置５０のサンギア５１とリングギア５２が等しい回転速度で同方向に回転することで、各ピニオンギア５３ａ，５３ｂがサンギア５１，５５の回転中心軸まわりに周回（公転）する。したがって、トルクτ_ｍｇ，τ_ｃｏｕｐによって回転伝達装置５０のサンギア５１，５５、リングギア５２，５４、ピニオンギア５３ａ，５３ｂ、及びキャリア５６が一体となって回転駆動する。さらに、右サイドギア１１及び回転ケース１４がサンギア５５及びリングギア５４とともに等しい回転速度で同方向に回転することで、差動装置１０のサイドギア１１，１２、ピニオンギア１３、及び回転ケース１４が一体となって回転駆動する。したがって、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７に駆動トルクが均等に配分され、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７が等しい回転速度で同方向に回転駆動する。

また、τ_ｍｇ＝τ_ＥＶ、τ_ｃｏｕｐ＞τ_ＥＶ／２であり、第２ロータ３２に作用するτ_ｍｇとτ_ｃｏｕｐの合成トルクが第１ロータ３１に作用するトルクτ_ｃｏｕｐよりも小さく且つ同方向である場合は、右ドライブシャフト２６の駆動トルク配分が増加するとともに、左ドライブシャフト２７の駆動トルク配分が減少する。第１ロータ３１の回転速度が第２ロータ３２の回転速度よりも高くなると、右ドライブシャフト２６の回転速度は左ドライブシャフト２７の回転速度よりも高くなる。

一方、τ_ｍｇ＝τ_ＥＶ、τ_ｃｏｕｐ＜τ_ＥＶ／２であり、第２ロータ３２に作用するτ_ｍｇとτ_ｃｏｕｐの合成トルクが第１ロータ３１に作用するトルクτ_ｃｏｕｐよりも大きく且つ同方向である場合は、右ドライブシャフト２６の駆動トルク配分が減少するとともに、左ドライブシャフト２７の駆動トルク配分が増加する。第１ロータ３１の回転速度が第２ロータ３２の回転速度よりも低くなると、右ドライブシャフト２６の回転速度は左ドライブシャフト２７の回転速度よりも低くなる。

なお、第１及び第２ロータ３１，３２の負荷が同一でない場合であっても、第１及び第２ロータ３１，３２を等しい回転速度で同方向に回転させるためには、電子制御ユニット７０は、第１及び第２ロータ３１，３２の回転速度ω_１，ω_２を用いたフィードバック制御を行うことが好ましい。例えば、第２ロータ３２の回転速度ω_２が目標回転速度（例えば回転ケース１４の回転速度とする）ω_ｒｅｆに等しくなるように第２ロータ３２の回転速度ω_２と目標回転速度ω_ｒｅｆとの偏差に基づいてステータ３３と第２ロータ３２間のトルクτ_ｍｇを制御するとともに、第１ロータ３１の回転速度ω_１が目標回転速度ω_ｒｅｆに等しくなるように第１ロータ３１の回転速度ω_１と目標回転速度ω_ｒｅｆとの偏差に基づいて第１ロータ３１と第２ロータ３２間にトルクτ_ｃｏｕｐを制御することが好ましい。

図３の構成例でも、第１ロータ３１と第２ロータ３２間に発生させるトルクτ_ｃｏｕｐに応じて、右ドライブシャフト２６と左ドライブシャフト２７の駆動トルク配分を調整することができる。さらに、図３の構成例では、ステータ３３と第２ロータ３２間にトルクτ_ｍｇを発生させるとともに、第１ロータ３１と第２ロータ３２間にトルクτ_ｃｏｕｐを発生させることで、エンジンやモータ等の動力源からの動力をプロペラシャフト２３を介して回転ケース１４に伝達しなくても、トルクτ_ｍｇ，τ_ｃｏｕｐによってドライブシャフト２６，２７を回転駆動することが可能である。また、エンジンやモータ等の動力源からの動力をプロペラシャフト２３を介して回転ケース１４に伝達するとともに、トルクτ_ｍｇ，τ_ｃｏｕｐを発生させることで、ドライブシャフト２６，２７の駆動トルクを増加させることができる。

本実施形態では、第１ロータ３１に永久磁石４３を設け、第２ロータ３２にロータ巻線４０を設け、スリップリング４５を第２ロータ３２に接続することも可能である。また、本実施形態において、第１ロータ３１と第２ロータ３２間にトルクを発生させる構成は、永久磁石４３を設ける等、磁石トルクを発生させる構成に限られるものではなく、例えばリラクタンストルクを発生させる構成であってもよい。また、図３の構成例において、ステータ３３と第２ロータ３２間にトルクを発生させる構成は、永久磁石４４を設ける等、磁石トルクを発生させる構成に限られるものではなく、例えばリラクタンストルクを発生させる構成であってもよい。

以上の実施形態では、車両の右駆動輪２８と左駆動輪２９のトルク配分を調整する場合について説明した。ただし、本発明については、車両の前駆動輪と後駆動輪のトルク配分を調整する場合に対しても適用することが可能である。さらに、本発明については、車両以外の用途に対しても適用することが可能である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１０ 差動装置、１１，１２ サイドギア、１３，５３ａ，５３−１ａ，５３−２ａ，５３ｂ，５３−１ｂ，５３−２ｂ ピニオンギア、１４ 回転ケース、１５ ピニオンシャフト、２１ ドリブンギア、２２ ドライブギア、２３ プロペラシャフト、２６，２７ ドライブシャフト、２８，２９ 駆動輪、３０ 回転電機、３１ 第１ロータ、３２ 第２ロータ、３３ ステータ、３４ ステータコア、３５ ステータ巻線、４０ ロータ巻線、４１，４２ ロータコア、４３，４４ 永久磁石、４５ スリップリング、４６ ブラシ、４７，４８ インバータ、４９ 蓄電装置、５０，５０−１，５０−２ 回転伝達装置、５１，５１−１，５１−２，５５，５５−１，５５−２ サンギア、５２，５２−１，５２−２，５４，５４−１，５４−２ リングギア、５６，５６−１，５６−２ キャリア、７０ 電子制御ユニット。

Claims (4)

1. 第１駆動軸と第２駆動軸の回転差を許容する差動装置と、
   第１駆動軸と第２駆動軸のトルク配分を調整するトルク配分調整装置と、
   を備え、
   差動装置は、
   第１駆動軸とともに回転する第１差動回転要素と、
   第２駆動軸とともに回転する第２差動回転要素と、
   第１及び第２差動回転要素間で回転を伝達する第３差動回転要素と、
   第３差動回転要素を回転自在に支持する第４差動回転要素であって、その回転により第３差動回転要素を第１差動回転要素の回転軸まわりに周回させる第４差動回転要素と、
   を有し、第３差動回転要素の回転により第１駆動軸と第２駆動軸の回転差を許容し、
   トルク配分調整装置は、
   互いに相対回転可能な第１回転子と第２回転子の間に生じる電磁気相互作用によって、第１回転子と第２回転子の間にトルクを発生可能な回転電機と、
   第１回転子と第２回転子の回転差に応じた回転を第４差動回転要素と第１駆動軸または第２駆動軸とに回転差を発生させるよう伝達する回転伝達装置と、
   を含み、
   第１駆動軸と第２駆動軸が等しい回転速度で回転している場合は、第１回転子と第２回転子が等しい回転速度で回転し、
   第１回転子と第２回転子間にトルクを発生させて第１回転子と第２回転子に回転差を発生させることで、第１駆動軸と第２駆動軸に回転差を発生させ、
   第１回転子と第２回転子間に発生させるトルクに応じて第１駆動軸と第２駆動軸のトルク配分を調整する、駆動力配分装置。
2. 請求項１に記載の駆動力配分装置であって、
   回転伝達装置は、第１回転子と第２回転子間に発生するトルクを増幅して出力する、駆動力配分装置。
3. 請求項１または２に記載の駆動力配分装置であって、
   回転伝達装置が複数段直列接続されている、駆動力配分装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の駆動力配分装置であって、
   回転伝達装置は、
   第１回転子とともに回転する第１伝達回転要素と、
   第２回転子とともに回転する第２伝達回転要素と、
   第１伝達回転要素と第２伝達回転要素の回転差の発生に応じて回転する第３伝達回転要素と、
   第３伝達回転要素の回転に応じて回転差が発生する第４及び第５伝達回転要素と、
   を有し、
   第４及び第５伝達回転要素の回転を第４差動回転要素と第１駆動軸または第２駆動軸とに伝達する、駆動力配分装置。

Images