JP6798525B2 - 動力分配装置 - Google Patents

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Description

本発明は、主動力源から入力される動力を、２つの出力軸に分配する動力分配装置であって、特に、トルク分配比を変更可能な動力分配装置に関する。
内燃機関や電動機などの原動機の出力トルクを、左右または前後の駆動輪に分配する差動機能を有する動力分配装置であって、分配比を変更可能な動力分配装置が知られている。
下記特許文献１には、差動装置（Ｄ）として機能する遊星歯車列と、トルクの分配比を変更するための遊星歯車列（遊星歯車機構Ｐ）の２つの遊星歯車列を有する動力分配装置が示されている。差動装置としての遊星歯車列（Ｄ）は、リングギア（４）にエンジン（Ｅ）の動力が入力され、プラネタリキャリア（８）を介して右シャフト（９）に、サンギア（５）を介して左シャフト（１０）に動力が分配される。また、遊星歯車列（Ｐ）のサンギア（１４）にモータ（２０）が、プラネタリキャリア（１２）に左シャフト（１０）が、リングギア（１５）に差動装置（Ｄ）の一方の出力要素であるプラネタリキャリア（８）が接続されている。モータ（２０）の出力トルクを変更することにより、左右のシャフト（９，１０）のトルク分配比が変更される。
この装置は、２つの遊星歯車列（Ｐ，Ｄ）は、それぞれサンギア、プラネタリキャリアおよびリングギアの３つの要素を備えている。さらに、一方の遊星歯車列（Ｐ）のプラネタリキャリア（１２）と他方の遊星歯車列（Ｄ）のサンギア（５）を接続しており、このために、プラネタリキャリア（１２）と、サンギア（５）が結合された左シャフト（１０）とを結合するための構成要素が必要である。また、一方の遊星歯車列（Ｐ）のリングギア（１５）と他方の遊星歯車列（Ｄ）のプラネタリキャリア（８）を接続しており、このために、リングギア（１５）と、プラネタリキャリア（８）に各々かみ合う２つのピニオン（１８，１９）を１つの軸上に備えた構成要素が設けられている。
なお、上記の（ ）内の部材名および符号は、下記特許文献１にて用いられているものであり、本願の実施形態の説明で用いられる部材名および符号とは関連しない。
特開平４−３２１４３５号公報
動力分配装置には、構造の簡略化、小形化の要請がある。本発明は、簡易な構造で、小形の動力分配装置を提供することを目的とする。
本発明に係る動力分配装置は、主動力源から入力される動力を、トルク分配比を変更可能に第１出力軸と第２出力軸に分配する動力分配装置であって、遊星歯車機構と、トルク分配比を変更するための分配用電動機とを含む。遊星歯車機構は、主動力源からの動力が入力されるリングギアと、第１出力軸に接続されたプラネタリキャリアと、プラネタリキャリアに回転可能に支持され、リングギアにかみ合う第１プラネタリピニオンと、プラネタリキャリアに回転可能に支持され、第１プラネタリピニオンにかみ合う第２プラネタリピニオンと、分配用電動機と接続され、第１プラネタリピニオンにかみ合う第１サンギアと、第２出力軸に接続され、第２プラネタリピニオンとかみ合う第２サンギアと、を有し、分配用電動機から遊星歯車機構に入力されるトルクによりトルク分配比が変更される。
また、第１サンギアは、第２出力軸が貫通する空間を有する中空軸である第１サンギア軸上に固定されるようにでき、また、第１サンギア軸に分配用電動機のロータが結合されるようにできる。
また、第１サンギアは、第２出力軸が貫通する空間を有する中空軸である第１サンギア軸上に固定されるようにでき、また、第１サンギア軸は、分配用電動機の回転を減速して第１サンギア軸に伝達する減速歯車対を介して分配用電動機のロータに接続されるようにできる。
また、第１出力軸は、プラネタリキャリアに結合された第１中間軸と、第１中間軸の回転を減速して第１出力軸に伝達する第１減速歯車対とを介してプラネタリキャリアに接続されるようにでき、第２出力軸は、第２サンギアに結合された第２中間軸と、第２中間軸の回転を減速して第２出力軸に伝達する第２減速歯車対とを介して第２サンギアに接続されるようにでき、第２中間軸は、分配用電動機と第１サンギアを結合する第１サンギア軸が貫通する空間を有する中空軸とすることができる。
本発明によれば、遊星歯車機構を構成する要素を少なくすることができ、構造の簡略化、また装置の小形化を図ることができる。
本実施形態の動力分配装置の構成を示す、一部を破断して示した斜視図である。 図１に示す動力分配装置を他の方向から見た一部破断斜視図である。 遊星歯車機構のギアおよびピニオンの関係を示す、軸線方向に沿って見た図である。 図１に示す動力分配装置の骨格図である。 トルク分配比の変更に関する説明図であり、２つの出力軸にトルクが均等に分配されているときの状態を示す図である。 トルク分配比の変更に関する説明図であり、一方の出力軸に大きなトルクが分配されているときの状態を示す図である。 トルク分配比の変更に関する説明図であり、他方の出力軸に大きなトルクが分配されているときの状態を示す図である。 他の本実施形態の動力分配装置の構成を示す、一部を破断して示した斜視図である。 図８に示す動力分配装置の骨格図である。 さらに他の本実施形態の動力分配装置の構成を示す、一部を破断して示した斜視図である。 図１０に示す動力分配装置の骨格図である。
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１および図２は、本実施形態の動力分配装置１０の一部を破断した斜視図である。図３は遊星歯車機構の各歯車の関係を示す図である。図４は、動力分配装置１０の歯車列の構造を模式的に示す骨格図である。
動力分配装置１０は、遊星歯車機構１２に入力された動力を２つの出力軸１４，１６に分配する装置であり、遊星歯車機構１２に分配用電動機１８からのトルクを入力することにより、２つの出力軸１４，１６へのトルクの分配比を変更することができる。図示する動力分配装置１０は、車両の左右の駆動輪に内燃機関、電動機等の原動機からの動力を分配する装置であり、差動装置としても機能する。
遊星歯車機構１２は、主動力源の動力が入力する内歯歯車であるリングギア２０と、出力軸１４に接続されたプラネタリキャリア２２と、プラネタリキャリア２２に回転可能に支持されリングギア２０とかみ合う第１プラネタリピニオン２４と、第１プラネタリピニオン２４とかみ合う第１サンギア２６を含む。第１サンギア２６には、第１サンギア軸２８を介して分配用電動機１８が接続されている。第１サンギア軸２８は、分配用電動機１８のロータに結合されている。さらに、プラネタリキャリア２２は、第１プラネタリピニオン２４にかみ合う第２プラネタリピニオン３０を回転可能に支持し、第２プラネタリピニオン３０は第２サンギア３２にかみ合っている。第２サンギア３２に、もう一つの出力軸１６が接続されている。以降、プラネタリキャリア２２に接続する出力軸１４を第１出力軸１４、第２サンギア３２に接続される出力軸１６を第２出力軸１６と記す。この動力分配装置１０においては、プラネタリキャリア２２は第１出力軸１４と結合しており一体に回転し、第２サンギア３２は第２出力軸１６と結合しており一体に回転する。リングギア２０、プラネタリキャリア２２、第１サンギア２６および第２サンギア３２は、第１出力軸１４および第２出力軸１６の軸線周りに回転可能に支持されている。第１サンギア軸２８は中空軸であり、この中空空間を第２出力軸１６が貫通して延びている。これにより、第２出力軸１６と分配用電動機１８が同軸配置される。
図３によく示されるように、第１プラネタリピニオン２４は、リングギア２０と第１サンギア２６とかみ合い、これらのギア２０，２６と共にシングルピニオンの第１遊星歯車列３４（図４参照）を構成する。また、第１プラネタリピニオン２４は、第２プラネタリピニオン３０を介して、第２サンギア３２とも接続され、これらのピニオン，ギアおよびリングギア２０と共にダブルピニオンの第２遊星歯車列３６（図４参照）を構成する。第１遊星歯車列３４と第２遊星歯車列３６は、リングギア２０、プラネタリキャリア２２、第１プラネタリピニオン２４を共用する、いわゆるラビニョ型の遊星歯車機構を構成する。
リングギア２０の外周面には、入力ギア３８が形成されている。入力ギア３８には、主動力源、例えば電動機のロータ軸に結合された出力ピニオン（不図示）がかみ合っている。主動力源の動力がリングギア２０に入力され、リングギア２０が回転すると、これに伴い第１プラネタリピニオン２４がプラネタリキャリア２２と共に回転する。また、第１プラネタリピニオン２４はプラネタリキャリア２２に回転可能に支持されているので、リングギア２０とプラネタリキャリア２２の回転速度に差があると、プラネタリキャリア２２に対して回転する。第１プラネタリピニオン２４のプラネタリキャリア２２と共に回転する動作（一体となった回転）を公転と記し、またプラネタリキャリア２２に対して回転する動作を自転と記す。第１プラネタリピニオン２４の公転と共にプラネタリキャリア２２が回転し、第１出力軸１４が回転する。第１プラネタリピニオン２４には第２プラネタリピニオン３０がかみ合っており、また第２プラネタリピニオン３０は、プラネタリキャリア２２に回転可能に支持されているので、第１プラネタリピニオン２４の公転および自転と共に第２プラネタリピニオン３０も公転および自転する。第１プラネタリピニオン２４の場合と同様、第２プラネタリピニオン３０のプラネタリキャリア２２と共に回転する動作（一体となった回転）を公転と記し、またプラネタリキャリア２２に対して回転する動作を自転と記す。この第２プラネタリピニオン３０の自転および公転に伴い第２サンギア３２が回転し、第２出力軸１６が回転する。
遊星歯車機構１２は、差動制限のない差動装置として機能する。第１出力軸１４と第２出力軸１６の回転速度が等しいとき、リングギア２０の回転に伴って第１および第２プラネタリピニオン２４，３０は自転せずに公転し、また、プラネタリキャリア２２および第２サンギア３２もリングギア２０と等しい速度で回転する。第１出力軸１４と第２出力軸１６の回転速度に差があると、第１および第２プラネタリピニオン２４，３０が公転に伴って自転し、２つの出力軸の回転速度の差を吸収する。第１出力軸１４と第２出力軸１６の回転速度に差があってもそれぞれの出力軸に配分されるトルクは等しい。
分配用電動機１８によって第１サンギア２６にトルクを入力することにより、２つの出力軸１４，１６へのトルクの分配比を変更することができる。分配用電動機１８により、第１サンギア２６にトルクＴdを入力すると、第１プラネタリピニオン２４を介してプラネタリキャリア２２にトルクが入力する。トルクＴdが、リングギア２０から第１プラネタリピニオン２４に入力するトルクＴiと同じ向きのトルクであれば、プラネタリキャリア２２および第１出力軸１４のトルクＴo1が増加する。第１プラネタリピニオン２４には、第２プラネタリピニオン３０もかみ合っており、第１プラネタリピニオン２４に入力した分配用電動機１８のトルクＴdは、第２プラネタリピニオン３０を介して第２サンギア３２および第２出力軸１６に入力する。この第２出力軸１６に入力するトルクＴo2は、１つのギア（第２プラネタリピニオン３０）を介しているため、第１出力軸１４に入力するトルクＴo1と逆向きのトルクとなる。よって、第１出力軸１４のトルクＴo1が増加するときには、第２出力軸１６のトルクＴo2は減少する。この作用によって、第１出力軸１４と第２出力軸１６に分配されるトルクの分配比が変更される。
図５〜７は、動力分配装置１０の遊星歯車機構１２の各要素（リングギア２０、プラネタリキャリア２２、第１および第２サンギア２６，３２）の速度とトルク比を表す、いわゆる共線図である。具体的な例として、リングギア２０の歯数Ｚrが１００、第１サンギア２６の歯数Ｚs1が２６、第２サンギア３２の歯数Ｚs2が５０、第１プラネタリピニオン２４の歯数Ｚp1が３７の例を挙げる。縦軸Ｒはリングギア２０の速度を表し、同様に縦軸Ｃはプラネタリキャリア２２の速度、縦軸Ｓ1,Ｓ2は、それぞれ第１サンギア２６、第２サンギア３２の速度を示す。各要素の速度は、２つの要素の速度が定まると、他の要素の速度が一意に定まる関係となっている。各要素の速度は、各縦軸と、これと交差する直線との交点により表される。図５〜７において、各縦軸と交差する直線は各縦軸に直交しており、各要素の速度が等しい場合を示している。第１出力軸１４と第２出力軸１６に速度差が生じた場合、各縦軸に交差する直線が傾く。
各要素に作用するトルクは、その要素に対応する縦軸上に示されている。リングギア２０に作用するトルク、つまりリングギア２０に入力するトルクＴiが縦軸Ｒ上に示され、同様に、第１出力軸１４に作用するトルクＴo1が縦軸Ｃ上に示され、第２出力軸１６に作用するトルクＴo2が縦軸Ｓ2上に示され、分配用電動機から入力するトルクＴdが縦軸Ｓ1上に示されている。以降、トルクＴiを入力トルク、トルクＴo1を第１出力軸トルクＴo1、トルクＴo2を第２出力軸トルクＴo2、トルクＴdを分配用トルクＴdと記す。これらのトルクの和は０になり、また図におけるこれらのトルクによるモーメントの和もゼロになる。
図５は、入力トルクＴiを第１出力軸１４と第２出力軸１６に均等に分配した状態を示している。入力トルクＴiを１００としたとき、第１出力軸トルクＴo1および第２出力軸トルクＴo2は、それぞれ５０となる。
図６は、分配用トルクＴdを入力トルクＴiと同じ向きに作用させたときの状態を示す図である。遊星歯車機構１２に入力されるトルクの合計が図５の場合と同じになるように入力トルクＴiを減少させる。図示する例では、分配用トルクＴdを１０とし、入力トルクＴiを９０とすることで、合計を１００としている。このとき、第１出力軸トルクＴo1は７４．２、第２出力軸トルクＴo2は２５．８となり、分配比が変更される。
図７は、分配用トルクＴdを入力トルクＴiと反対の向きに作用させたときの状態を示す図である。遊星歯車機構１２に入力されるトルクの合計が図５の場合と同じになるように入力トルクＴiを増加させる。図示する例では、分配用トルクＴdを−１０とし、入力トルクＴiを１１０とすることで、合計を１００としている。このとき、第１出力軸トルクＴo1は２５．８、第２出力軸トルクＴo2は７４．２となり、分配比が変更される。
縦軸Ｓ1が他の縦軸から離れていた方が、小さな分配用トルクＴdで大きな分配比を得ることができる。このためには、リングギア２０と第１サンギアの歯数比（Ｚr／Ｚs1）を大きく採る、つまり、第１プラネタリピニオン２４の歯数を大きく採る。ただし、１つの第１プラネタリピニオン２４に隣接する２つの第２プラネタリピニオン３０のうち、かみ合っていないものと干渉しない大きさが上限となる。
動力分配装置１０の遊星歯車機構１２は、２列の遊星歯車列３４，３６の間で共通のリングギア２０およびプラネタリキャリア２２を用いているため、それぞれ３要素を有する２列の遊星歯車列を設けた遊星歯車機構に比べ、構成要素の数を減少させることができる。また、２列の遊星歯車列３４，３６を、遊星歯車列を構成する１つの要素である第２プラネタリピニオン３０により接続しているので、接続するための部品を別に設ける場合に比べ、部品点数を減少させることができる。
図８，９は、本発明に係る他の実施形態である動力分配装置５０を示す図であり、図８は一部を破断した斜視図、図９は骨格図である。前述の動力分配装置１０と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。動力分配装置５０は、第１サンギア２６と分配用電動機５２の接続手法が、動力分配装置１０とは異なる。動力分配装置５０の分配用電動機５２は、電動機５２のロータ軸に結合されたギア５４と第１サンギア軸２８に結合されたギア５６からなる減速歯車対を介して第１サンギア２６に接続されている。
動力分配装置５０においては、分配用電動機５２の配置の自由度が高く、第２出力軸１６と同軸配置される場合に比して、分配用電動機５２の外形寸法（直径、軸方向長）などの制約が緩和される。また、分配用電動機５２は、減速歯車列を介して第１サンギア２６に接続されているため、増幅されたトルクを遊星歯車機構１２に入力することができる。これにより、より大きなトルク分配比を得ることができる。遊星歯車機構１２の構成は、動力分配装置１０と同様であり、前述のように遊星歯車機構の構成要素を減少させることができる。
図１０，１１は、本発明に係るさらに他の実施形態である動力分配装置１００を示す図でり、図１０は、一部を破断した斜視図、図１１は骨格図である。
動力分配装置１００は、遊星歯車機構１１２に主動力源である主電動機１０２から入力された動力を２つの出力軸１１４，１１６に分配する装置であり、遊星歯車機構１１２に分配用電動機１１８からのトルクを入力することにより、２つの出力軸１１４，１１６へのトルクの分配比を変更することができる。図示する動力分配装置１００は、車両の左右の駆動輪に内燃機関等の原動機からの動力を分配する装置であり、差動装置としても機能する。
遊星歯車機構１１２は、主動力源の動力が入力する内歯歯車であるリングギア１２０と、減速歯車対を介して出力軸１１４に接続されたプラネタリキャリア１２２と、プラネタリキャリア１２２に回転可能に支持されリングギア１２０とかみ合う第１プラネタリピニオン１２４と、第１プラネタリピニオン１２４とかみ合う第１サンギア１２６を含む。第１サンギア１２６には、第１サンギア軸１２８を介して分配用電動機１１８が接続されている。第１サンギア軸１２８は、分配用電動機１１８のロータに結合されている。さらに、プラネタリキャリア１２２は、第１プラネタリピニオン１２４にかみ合う第２プラネタリピニオン１３０を回転可能に支持し、第２プラネタリピニオン１３０は第２サンギア１３２にかみ合っている。第２サンギア１３２に、もう一つの出力軸１１６が減速歯車対を介して接続されている。以降、プラネタリキャリア１２２に接続する出力軸１１４を第１出力軸１１４、第２サンギア１３２に接続される出力軸１１６を第２出力軸１１６と記す。リングギア１２０、プラネタリキャリア１２２、第１サンギア１２６および第２サンギア１３２は、共通の軸線周りに回転可能に支持されている。
遊星歯車機構１１２の構成は、前述の遊星歯車機構１２と同様である。つまり、第１プラネタリピニオン１２４は、リングギア１２０と第１サンギア１２６にかみ合い、これらのギア１２０，１２６と共にシングルピニオンの第１遊星歯車列１３４を構成する。また、第１プラネタリピニオン１２４は、第２プラネタリピニオン１３０を介して、第２サンギア１３２とも接続され、これらのピニオン，ギアおよびリングギア１２０と共にダブルピニオンの第２遊星歯車列１３６を構成する。第１遊星歯車列１３４と第２遊星歯車列１３６は、リングギア１２０、プラネタリキャリア１２２、第１プラネタリピニオン１２４を共用する、いわゆるラビニョ型の遊星歯車機構を構成する。
リングギア１２０には、これと一体に回転する入力ギア１３８が設けられ、入力ギア１３８には、主電動機１０２のロータ軸に結合された出力ピニオン１４０とかみ合っている。プラネタリキャリア１２２には、第１中間軸１４２が結合され、第１中間軸１４２上に設けられたギア１４４と第１出力軸１１４上に設けられたギア１４６で構成される減速歯車対を介してプラネタリキャリア１２２と第１出力軸１１４が接続されている。第２サンギア１３２には、第２中間軸１４８が結合され、第２中間軸１４８上に設けられたギア１５０と第２出力軸１１６上に設けられたギア１５２で構成される減速歯車対を介して第２サンギア１３２と第２出力軸１１６が接続されている。リングギア１２０、プラネタリキャリア１２２、第１サンギア１２６および第２サンギア１３２は、第１および第２中間軸１４２，１４８の回転軸線周りに回転可能に支持されている。また、第２中間軸１４８は、中空軸であり、この中空空間を第１サンギア軸１２８が貫通して延びている。
動力分配装置１００は、遊星歯車機構１１２からの出力を減速歯車対によって減速してから第１および第２出力軸１１４，１１６に伝えるため、出力を直接出力軸に伝える場合に比べ、遊星歯車機構１１２の各ギアおよび各ピニオンに加わるトルクを小さくすることができ、遊星歯車機構１１２の小形化が可能となる。また、第２中間軸１４８を第１サンギア軸１２８が貫通する中空軸とすることにより、内外の軸配置が逆の場合に比べ、より大きなトルクが係る軸である第２中間軸１４８を太くすることが可能となる。遊星歯車機構１１２の構成は、動力分配装置１０の遊星歯車機構１２と同様であり、前述のように遊星歯車機構の構成要素を減少させることができる。
１０ 動力分配装置、１２ 遊星歯車機構、１４ 第１出力軸、１６ 第２出力軸、１８ 分配用電動機、２０ リングギア、２２ プラネタリキャリア、２４ 第１プラネタリピニオン、２６ 第１サンギア、２８ 第１サンギア軸、３０ 第２プラネタリピニオン、３２ 第２サンギア、３４ 第１遊星歯車列、３６ 第２遊星歯車列、３８ 入力ギア、５０ 動力分配装置、５２ 分配用電動機、５４，５６ ギア、１００ 動力分配装置、１０２ 主電動機、１１２ 遊星歯車機構、１１４ 第１出力軸、１１６ 第２出力軸、１１８ 分配用電動機、１２０ リングギア、１２２ プラネタリキャリア、１２４ 第１プラネタリピニオン、１２６ 第１サンギア、１２８ 第１サンギア軸、１３０ 第２プラネタリピニオン、１３２ 第２サンギア、１３４ 第１遊星歯車列、１３６ 第２遊星歯車列、１３８ 入力ギア、１４０ 出力ピニオン、１４２ 第１中間軸、１４４，１４６ ギア、１４８ 第２中間軸、１５０，１５２ ギア。

Claims (4)

  1. 主動力源から入力される動力を、トルク分配比を変更可能に第１出力軸と第２出力軸に分配する動力分配装置であって、
    遊星歯車機構と、トルク分配比を変更するための分配用電動機と、を含み、
    遊星歯車機構は、
    主動力源からの動力が入力されるリングギアと、
    第１出力軸に接続されたプラネタリキャリアと、
    プラネタリキャリアに回転可能に支持され、リングギアにかみ合う第１プラネタリピニオンと、
    プラネタリキャリアに回転可能に支持され、第１プラネタリピニオンにかみ合う第２プラネタリピニオンと、
    分配用電動機と接続され、第１プラネタリピニオンにかみ合う第１サンギアと、
    第２出力軸に接続され、第２プラネタリピニオンとかみ合う第２サンギアと、
    を有し、
    分配用電動機から遊星歯車機構に入力されるトルクによりトルク分配比が変更される、動力分配装置。
  2. 請求項１に記載の動力分配装置であって、第１サンギアは、第２出力軸が貫通する空間を有する中空軸である第１サンギア軸上に固定され、第１サンギア軸に分配用電動機のロータが結合されている、動力分配装置。
  3. 請求項１に記載の動力分配装置であって、第１サンギアは、第２出力軸が貫通する空間を有する中空軸である第１サンギア軸上に固定され、第１サンギア軸は、分配用電動機の回転を減速して第１サンギア軸に伝達する減速歯車対を介して分配用電動機のロータに接続されている、動力分配装置。
  4. 請求項１に記載の動力分配装置であって、
    第１出力軸は、プラネタリキャリアに結合された第１中間軸と、第１中間軸の回転を減速して第１出力軸に伝達する第１減速歯車対とを介してプラネタリキャリアに接続され、
    第２出力軸は、第２サンギアに結合された第２中間軸と、第２中間軸の回転を減速して第２出力軸に伝達する第２減速歯車対とを介して第２サンギアに接続され、
    第２中間軸は、分配用電動機と第１サンギアを結合する第１サンギア軸が貫通する空間を有する中空軸である、
    動力分配装置。
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