JP6819463B2 - 動力伝達装置におけるサンギアのハスバ歯車構造の設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関および回転電機と共に搭載されて動力を伝達する動力伝達装置に関する。

内燃機関および回転電機を動力源として搭載する、例えば、車両などにおいては、その動力を伝達するために遊星歯車機構を備える動力伝達装置を一緒に搭載することが行われている（例えば、特許文献１を参照）

特開２０１６−３６７４号公報

しかしながら、この特許文献１に記載のような動力伝達装置にあっては、遊星歯車機構の構成要素であるサンギアをケース側に回転自在に直接支持させる構造が採用される場合がある。この場合には、サンギアに形成されているハスバ歯車が噛み合って動力を伝達する際に、その動力伝達時におけるハスバ歯車のスラスト力が直接支持するケース側に向かうと、例えば、車両の車室側に振動が伝達し易く不快に感じさせてしまう可能性が大きくなる。

そこで、本発明は、サンギアからケース側に伝達される振動が問題になることを回避することのできる構造の動力伝達装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する動力伝達装置におけるサンギアのハスバ歯車構造の設定方法の発明の一態様は、サンギアとリングギアとの間にキャリアにより回転自在に支持されているプラネタリギアを介在させてケースに収容されている動力伝達装置において、前記サンギアはハスバ歯車が形成されて回転電機の回転軸に同軸回転するように連結され、前記キャリアは内燃機関の出力軸に接続されるインプットシャフトが同軸回転するように連結され、前記リングギアは同軸回転する出力部を備え、前記ケースに軸受を介して前記サンギアが回転自在に支持されている動力伝達装置の当該サンギアの設定方法であって、前記サンギアを介して前記回転電機に回生トルクが伝達入力される際に、該サンギアと前記ケースとの間に介在する前記軸受を含む部品数が多い側が該回生トルクのスラスト力の向かう方向になるように、当該サンギアの前記ハスバ歯車のネジレ角の向きを選択して設定している。
これにより、上記課題を解決する動力伝達装置では、前記サンギアにハスバ歯車が形成されて前記回転電機に回生トルクが伝達入力される際に、該サンギアと前記ケースとの間に介在する前記軸受を含む部品数が多い側が該回生トルクのスラスト力の向かう方向になるように、当該サンギアのハスバ歯車のネジレ角の向きが設定される。

このように本発明の一態様によれば、回転電機に回生トルクが伝達入力されて駆動する際に、サンギアで伝達する回生トルクのスラスト力の向かう方向に、回転電機の力行トルクのスラスト力の向かう方向よりも、軸受を含む多くの部品数がそのサンギアとケースとの間に介在するように配置されている。

このため、回転電機を発電機として機能させる際に、サンギアからケース側に向かって振動が伝達されたとしても、回転電機を電動機として機能させる際の伝達経路よりも介在する部品数が多く、伝達される振動が効果的に減衰される。

したがって、回転電機を発電機として機能させる場合にサンギアからケース側に伝達される振動をその回転電機を電動機として機能させる場合よりも抑制して問題になることを回避する動力伝達装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る動力伝達装置を示す図であり、その概略全体構成を示す縦断面図である。 図２は、サンギアとプラネタリギアとの間で伝達する回生トルクおよび力行トルクのスラスト力の向かう方向と、その向かう方向に介在する部品を示す図であり、（ａ）は回生トルクの伝達時を示す概念図、（ｂ）は力行トルクの伝達時を示す概念図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１および図２は本発明の一実施形態に係る動力伝達装置を示す図である。

図１において、動力伝達装置１０は、動力源として、内燃機関型のエンジン１０１と、回転電機１１１とを備える、所謂、ハイブリッド車両に搭載されている。動力伝達装置１０は、エンジン１０１や回転電機１１１の出力する回転動力を不図示の変速機やデファレンシャル装置を介して駆動輪側に走行用の動力（力行トルク）として伝達する。また、動力伝達装置１０は、エンジン１０１の出力する回転動力や駆動輪の被回転力を回転電機１１１側に回生用の動力（回生トルク）として伝達する。すなわち、回転電機１１１は、走行用の回転動力を出力する電動機として機能するとともに、回生用の回転力を入力されて発電機として機能する、所謂、モータ・ジェネレータ（ＭＧ）に構築されている。

回転電機１１１は、ロータコア１１５ｃを有するロータ１１５と、ステータコイル１１６ｗが巻き付けられているステータコア１１６ｃを有するステータ１１６とを備えて、ロータ１１５がステータ１１６内に回転自在に収容されている。この回転電機１１１は、ロータシャフト１１１ａにロータコア１１５ｃが一体回転するように固定されている。

ここで、動力伝達装置１０は、回転電機１１１と共にケース１００内に収容されてハイブリッド車両に搭載されている。動力伝達装置１０は、サンギア１１、リングギア１２、キャリア１３、およびプラネタリギア１４を有して差動回転するシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。

動力伝達装置１０は、エンジン１０１の出力軸１０１ａや回転電機１１１のロータシャフト１１１ａと同一の回転軸線となる入力軸（インプットシャフト）１０ｉを備えている。その動力伝達装置１０の入力軸１０ｉは、ケース１００外に露出する端部にエンジン１０１の出力軸１０１ａが一体回転するように連結され、また、後述するように、回転電機１１１のロータシャフト１１１ａには同軸を維持しつつ相対回転自在に連結されている。

この動力伝達装置１０は、その入力軸１０ｉにキャリア１３が同軸に一体回転するように連結され、また、サンギア１１が回転電機１１１のロータシャフト１１１ａに同軸に一体回転するように連結されている。動力伝達装置１０は、サンギア１１周りで自転または公転して遊星回転する複数個のプラネタリギア１４がキャリア１３に回転自在に支持されて、リングギア１２がこれらプラネタリギア１４を内周側に収容して噛み合っている。これにより、動力伝達装置１０は、リングギア１２が同心円のサンギア１１と同軸回転するようにプラネタリギア１４を介して組み付けられている。

なお、動力伝達装置１０は、リングギア１２の外周側に不図示の変速機の入力軸に回転動力を伝達可能に噛み合う外歯歯車のドライブギア（アプトプットギア：出力部）１０ｏが一体回転するように配置されている。動力伝達装置１０は、そのリングギア１２の外周側のドライブギア１０ｏに、不図示の変速機などに動力を伝達可能に噛み合うカウンタドリブンギア１１９を含む外部のギア列が連結される。

この構造により、動力伝達装置１０は、エンジン１０１や回転電機１１１の回転動力を出力軸１０１ａやロータシャフト１１１ａのそれぞれから入出力させるように伝達することができる。例えば、動力伝達装置１０は、出力される回転動力をカウンタドリブンギア１１９から変速機などに出力してハイブリッド車両を走行させることができる。また、動力伝達装置１０は、エンジン１０１の回転動力や駆動輪の被回転力をサンギア１１から回転電機１１１に入力してロータ１１５を回転させることによりステータ１１６のステータコイル１１６ｗに起電力（回生電力）を発生させる回生発電により不図示のバッテリに充電させることができる。

この動力伝達装置１０は、サンギア１１、リングギア１２およびプラネタリギア１４の互いに噛み合う噛み合い歯１１ａ、１２ａ、１４ａが同心円盤上に位置するように配置されて、ケース１００内で相対回転自在に支持されている。これにより、動力伝達装置１０は、伝達する回転動力により生じる歪が小さく抑えられている。

ここで、回転電機１１１のロータシャフト１１１ａは、両端部が回転自在にボールベアリングのラジアル軸受１２１を介してケース１００に支持されている。このロータシャフト１１１ａは、円筒形状に形成されて、エンジン１０１の出力軸１０１ａと同軸に一体回転する動力伝達装置１０の入力軸１０ｉの一端部を内装されて連結されている。この回転電機１１１のロータシャフト１１１ａと動力伝達装置１０の入力軸１０ｉとの間には、ラジアル軸受１２２が介在することにより相対回転可能に連結されている。これにより、回転電機１１１のロータシャフト１１１ａと動力伝達装置１０の入力軸１０ｉ（エンジン１０１の出力軸１０１ａ）とは、それぞれ別個に回転することができる。なお、回転電機１１１のロータシャフト１１１ａの一端部は、動力伝達装置１０の入力軸１０ｉの外周側と、後述するサンギア１１の連結部１１ｊの内周側との間に挟み込まれるようにして、それぞれ連結されている。

また、動力伝達装置１０のリングギア１２でも、回転電機１１１のロータシャフト１１１ａと同様に、両端部が回転自在にボールベアリングのラジアル軸受１２９を介してケース１００に支持されている。すなわち、動力伝達装置１０は、サンギア１１、リングギア１２およびプラネタリギア１４の同一円盤上に位置する噛み合い歯１１ａ、１２ａ、１４ａのスラスト方向の両側で、そのリングギア１２がラジアル軸受１２９により回転自在に支持されて安定した回転伝達特性が確保されている。

サンギア１１は、概略円筒形状に形成されて、外周側の外歯として形成されている噛み合い歯１１ａの隣接箇所が回転電機１１１のロータシャフト１１１ａとの連結部１１ｊとして機能するように形成されている。

このサンギア１１の連結部１１ｊの内周面と回転電機１１１のロータシャフト１１１ａの外周面とは、それぞれスラスト溝１２３が形成されて、互いにスラスト方向にスライド自在に噛み合っている。この構造により、サンギア１１の連結部１１ｊと回転電機１１１のロータシャフト１１１ａとは、スラスト溝１２３の噛み合いによって相対回転不能に連結されて同軸に一体回転する。

また、サンギア１１の連結部１１ｊは、回転電機１１１のロータシャフト１１１ａをラジアル軸受１２１により回転自在に支持するケース１００に対して、ニードルベアリングのスラスト軸受２４が介在されて回転自在に支持されている。この構造により、サンギア１１の連結部１１ｊは、ケース１００側へ接触する方向に移動したときに回転負荷となってしまうことを回避しつつ位置決めされている。

さらに、動力伝達装置１０の入力軸１０ｉには、サンギア１１の連結部１１ｊの反対側に位置する噛み合い歯１１ａの隣接端面に対面するフランジ形状部１０ｆが形成されており、そのサンギア１１の噛み合い歯１１ａの隣接端面との間に、ニードルベアリングのスラスト軸受２５が介在されている。この構造により、サンギア１１の連結部１１ｊは、動力伝達装置１０の入力軸１０ｉのフランジ形状部１０ｆ側へ接触する方向に移動したときに回転負荷となってしまうことを回避しつつ位置決めされている。

また、その動力伝達装置１０の入力軸１０ｉのフランジ形状部１０ｆは、サンギア１１の連結部１１ｊと同様に、リングギア１２をラジアル軸受１２９により回転自在に支持するケース１００に対して、ニードルベアリングのスラスト軸受２６が介在されて回転自在に支持されている。この構造により、動力伝達装置１０の入力軸１０ｉのフランジ形状部１０ｆは、ケース１００側へ接触する方向に移動したときに回転負荷となってしまうことを回避しつつ位置決めされている。

ところで、動力伝達装置１０は、サンギア１１、リングギア１２およびプラネタリギア１４の噛み合い歯１１ａ、１２ａ、１４ａが互いに噛み合う状態を維持することにより、エンジン１０１や回転電機１１１の駆動系と、変速機など被駆動系などとの間でやり取りする回転力を伝達することから、その動力の発生や伝達に伴う振動も受け渡されることになる。

そして、動力伝達装置１０は、各種ギアの噛み合い歯同士が圧接しつつ相対回転することにより動力（トルク）を伝達することから、互いの圧接面積を大きくとるために回転方向に対して傾斜するハスバ歯車構造に形成される場合がある。例えば、本実施形態のサンギア１１およびプラネタリギア１４の噛み合い歯１１ａ、１４ａがハスバ歯車構造で噛み合うように形成されて、その噛み合い歯１１ａ、１４ａの互いの圧接面１１ｓ、１４ｓ（図２を参照）が正逆方向に相対回転することにより動力の伝達が行われる。

このとき、図２に示すように、動力伝達装置１０のサンギア１１およびプラネタリギア１４で受け渡される伝達トルクＴは、噛み合い歯１１ａ、１４ａがハスバ歯車構造で圧接面１１ｓ、１４ｓが回転方向に対して傾斜していることから、ラジアル方向のトルクＴｒだけでなくスラスト方向のトルク、所謂、スラスト力Ｔｓも発生する。すると、動力伝達装置１０のサンギア１１は、そのスラスト力Ｔｓの方向に移動しようとし、回転電機１１１のロータシャフト１１１ａ側または入力軸（インプットシャフト）１０ｉのエンジン１０１の出力軸１０１ａ側に寄せられることにより、動力と共に振動の伝達経路も形成される。

このため、動力伝達装置１０では、回転電機１１１に入出力させる動力、すなわち、回転電機１１１を発電機として利用するためにエンジン１０１の回転動力や駆動輪の回転力を回生トルク（発電用トルク）として入力する場合と、回転電機１１１を電動機として利用し力行トルクを走行用トルクなどとして出力させる場合とで、逆向きのスラスト力Ｔｓが発生することになる。

これに対して、動力伝達装置１０の回転電機１１１のロータシャフト１１１ａ側では、サンギア１１の連結部１１ｊを、スラスト軸受２４がケース１００との間に介在してスラスト方向に位置決めしている。また、動力伝達装置１０の入力軸１０ｉ（エンジン１０１の出力軸１０１ａ）側では、サンギア１１の噛み合い歯１１ａ側端面をスラスト軸受２５が入力軸１０ｉのフランジ形状部１０ｆとの間に介在して位置決めし、さらに、そのフランジ形状部１０ｆをスラスト軸受２６がケース１００との間に介在してスラスト方向に位置決めしている。

そこで、動力伝達装置１０は、発電機として利用するためにエンジン１０１の回転動力や駆動輪の回転力を回生トルク（発電用トルク）として回転電機１１１に入力する際に、サンギア１１の噛み合い歯１１ａで発生するスラスト力Ｔｓが入力軸１０ｉ（エンジン１０１の出力軸１０１ａ）側に向かうように、その噛み合い歯１１ａのハスバ歯車構造の捩れ角の向きが設定されている。このため、動力伝達装置１０は、電動機として利用する回転電機１１１から力行トルクが出力される際に、サンギア１１の噛み合い歯１１ａで発生するスラスト力Ｔｓが回転電機１１１のロータシャフト１１１ａ側に向かうように、その噛み合い歯１１ａのハスバ歯車構造の捩れ角の向きが設定されている。

この構造により、動力伝達装置１０では、回転電機１１１の出力する力行トルクを伝達して電動機として利用される際に、サンギア１１の噛み合い歯１１ａで発生するスラスト力Ｔｓは、図２（ａ）に示すように、そのサンギア１１から回転電機１１１のロータシャフト１１１ａ側のケース１００との間にスラスト軸受２４のみが介在する経路に向かうことになって、部材間距離が詰められる。

これに対して、動力伝達装置１０では、回転電機１１１に回生トルクが伝達入力されて発電機として利用される際に、サンギア１１の噛み合い歯１１ａで発生するスラスト力Ｔｓは、図２（ｂ）に示すように、そのサンギア１１から入力軸１０ｉ側のケース１００との間にスラスト軸受２５に加えて、その入力軸１０ｉのフランジ形状部１０ｆとスラスト軸受２６とが介在する経路に向かうことになって、部材間距離が詰められる。

このため、動力伝達装置１０では、回転電機１１１の力行トルクの伝達時に発生する振動がサンギア１１からケース１００へ伝達される際にはスラスト軸受２４のみが減衰器として機能するのに対して、回転電機１１１の回生トルクの伝達時に発生する振動がサンギア１１からケース１００へ伝達される際にはスラスト軸受２５に加えて入力軸１０ｉのフランジ形状部１０ｆとスラスト軸受２６とが減衰器として機能する。

このことから、動力伝達装置１０では、回転電機１１１の力行トルクの伝達時に発生する振動よりも、回生トルクの伝達時に発生する振動の方をより効果的に減衰させることができる。

そして、本実施形態の動力伝達装置１０は、回転電機１１１の回生トルク（力行トルクでもよい）のスラスト力Ｔｓをロータシャフト１１１ａ側または入力軸１０ｉ（エンジン１０１の出力軸１０１ａ）側のいずれに向かわせるかに応じて、サンギア１１の噛み合い歯１１ａのハスバ歯車構造の捩れ角を選択して設定する方法が採用されて作製されている。言い換えると、車両１００の統括制御用の不図示のＥＣＵ（Electronic Control Unit）は、サンギア１１の噛み合い歯１１ａのハスバ歯車構造の捩れ角に応じて、回転電機１１１の回生トルク入力時（力行トルク出力時でもよい）のスラスト力Ｔｓをロータシャフト１１１ａ側または入力軸１０ｉ側に向かわせるようにその回転電機１１１の回転方向が設定されている。

具体的には、本実施形態では、例えば、回転電機１１１を走行用の力行トルクを出力する電動機として利用する機会よりも、回転電機１１１を発電機として利用するためにエンジン１０１の回転動力や駆動輪の回転力を回生トルクとして入力する機会の方が多いと推測される。このことから、回転電機１１１の回生トルクの伝達時に発生する振動を効果的に抑制可能な回転方向がＥＣＵのメモリ内に設定されている。

これにより、動力伝達装置１０では、発生頻度の多い回生トルクの伝達時に発生してスラスト力Ｔｓの方向に伝播される振動が、力行トルクの伝達時よりも効果的に減衰されて、車両の車室内に伝播して不快に感じさせてしまうことを抑制することができる。

このように、本実施形態の動力伝達装置１０においては、回転電機１１１の力行トルクの伝達時に発生する振動がサンギア１１からケース１００に伝播する経路途中の部品がスラスト軸受２４の１つであるのに対して、回転電機１１１の回生トルクの伝達時に発生する振動がサンギア１１からケース１００に伝播する経路途中の部品として、１つのスラスト軸受２５に入力軸１０ｉのフランジ形状部１０ｆとスラスト軸受２６とが加えられている。

要するに、動力伝達装置１０では、回転電機１１１の力行トルクの伝達時に発生する振動の伝播経路途中の部品点数よりも、回転電機１１１の回生トルクの伝達時に発生する振動の伝播経路途中の部品点数が多くなるように、サンギア１１の噛み合い歯１１ａのハスバ歯車構造の捩れ角が設定されている。

したがって、回生トルクの伝達時に発生する振動を効果的に減衰することのできる動力伝達装置１０を提供することができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１０……動力伝達装置
１０ｆ……フランジ形状部
１０ｉ……入力軸（インプットシャフト）
１０ｏ……ドライブギア（出力部）
１１……サンギア
１１ａ、１２ａ、１４ａ……噛み合い歯
１１ｊ……連結部
１１ｓ、１４ｓ……圧接面
１２……リングギア
１３……キャリア
１４……プラネタリギア
２４〜２６……スラスト軸受
１００……ケース
１０１……エンジン（内燃機関）
１０１ａ……出力軸
１１１……回転電機
１１１ａ……ロータシャフト
１１５……ロータ
１２１、１２２、１２９……ラジアル軸受
１２３……スラスト溝

Claims (1)

1. サンギアとリングギアとの間にキャリアにより回転自在に支持されているプラネタリギアを介在させてケースに収容されている動力伝達装置において、
   前記サンギアはハスバ歯車が形成されて回転電機の回転軸に同軸回転するように連結され、
   前記キャリアは内燃機関の出力軸に接続されるインプットシャフトが同軸回転するように連結され、
   前記リングギアは同軸回転する出力部を備え、
   前記ケースに軸受を介して前記サンギアが回転自在に支持されている動力伝達装置の当該サンギアの設定方法であって、
   前記サンギアを介して前記回転電機に回生トルクが伝達入力される際に、該サンギアと前記ケースとの間に介在する前記軸受を含む部品数が多い側が該回生トルクのスラスト力の向かう方向になるように、当該サンギアの前記ハスバ歯車のネジレ角の向きを選択して設定する、動力伝達装置におけるサンギアのハスバ歯車構造の設定方法。

Images