JP7190492B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は動力伝達装置に関し、特にフロアトンネルの内側にモータが配置される動力伝達装置に関するものである。

エンジンの出力を駆動力とする自動車の下部構造と、モータの出力を駆動力とする自動車の下部構造と、を共通化する要求がある。特許文献１には、エンジンルームに配置されたエンジンに代えて、フロアトンネルにモータ及び減速機を配置する駆動装置が開示されている。この駆動装置を用いて４輪駆動の電気自動車を得るには、フロアトンネルに配置された減速機の後ろにセンターデフを隣接し、センターデフを介して前輪側および後輪側へ出力する。

特開平７－１７２１８９号公報

しかし、特許文献１に開示される技術では、減速機の出力軸とモータの軸とが同軸上に配置されているので、センターデフを介して減速機から前輪側へ出力する軸を、モータを避けて配置する構造が複雑化する。そのため自動車の下部構造に対する駆動装置の配置の自在性が低く、共通化の要求を十分に満足できないという問題点がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、自動車の下部構造を幅広く共通化できる動力伝達装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明の動力伝達装置は、車長方向に沿って配置される第１入力軸および第２入力軸に駆動力を出力する２つの駆動装置であって、少なくとも片方が、フロアトンネルの内側に配置されるモータである２つの駆動装置と、第１入力軸および第２入力軸の動力を出力軸に出力する減速機と、出力軸の動力が伝達される差動装置と、差動装置と前輪差動装置および後輪差動装置とにそれぞれ接続され車長方向に沿って延びる第１推進軸および第２推進軸と、を備え、出力軸は、第１入力軸および第２入力軸と異軸に配置される。

請求項１記載の動力伝達装置によれば、出力軸の動力が伝達される差動装置と前輪差動装置とに第１推進軸が接続され、差動装置と後輪差動装置とに第２推進軸が接続される。出力軸は、２つの駆動装置の第１入力軸および第２入力軸と異軸に配置されるので、駆動装置を避けて第１推進軸および第２推進軸を配置する構造を簡素化できる。その結果、下部構造に対する動力伝達装置の配置の自在性を高くできるので、下部構造を幅広く共通化できる。

請求項２記載の動力伝達装置によれば、出力軸は、車体の中心を通り車長方向に延びる車体中心線に対して傾斜している。その結果、前輪差動装置と第１推進軸との間の屈折角、後輪差動装置と第２推進軸との間の屈折角の両方とも過大にならないようにできる。ここで、第１推進軸と前輪差動装置との間、及び、第２推進軸と後輪差動装置との間がユニバーサルジョイントで接続されると、ユニバーサルジョイントの屈折角が大きくなる程、軸やジョイントのねじり現象が増大し伝導効率が低下する。しかし、動力伝達装置によって屈折角を小さくできるので、請求項１の効果に加え、共通化できる下部構造をさらに拡大できる。

第１実施の形態における動力伝達装置が配置された自動車の側面図である。 自動車の底面図である。 動力伝達装置のスケルトン図である。 第２実施の形態における動力伝達装置が配置された自動車の側面図である。 自動車の底面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１から図３を参照して第１実施の形態における動力伝達装置１０について説明する。図１は第１実施の形態における動力伝達装置１０が配置された自動車３０の側面図であり、図２は自動車３０の底面図である。図１から図３の矢印Ｆ－Ｂ方向は自動車３０の車長方向を示し、矢印Ｌ－Ｒ方向は自動車３０の車幅方向を示している（図４及び図５においても同じ）。

図１に示すように自動車３０の車体３１には、前室３２と車室３３とを車長方向（矢印Ｆ－Ｂ方向）に仕切るダッシュパネル３４と、ダッシュパネル３４の下部に接続され後方（矢印Ｂ方向）へ延びるフロアパネル３５と、が配置されている。フロアパネル３５は、自動車３０の下部構造を構成する部材の一つである。本実施形態では、フロアパネル３５は、フロントパネル３６、フロントパネル３６の後部に接続されたセンターパネル３７、及び、センターパネル３７の後部に接続されたリアパネル３８からなる。フロントパネル３６の上に前部座席４０が配置され、センターパネル３７の上に後部座席４１が配置されている。

図２に示すようにフロアパネル３５は、車幅方向（矢印Ｌ－Ｒ方向）の中央に、車室３３（図１参照）側へ向かって突出するフロアトンネル３９が形成されている。フロアトンネル３９の内側（車室３３の外）に動力伝達装置１０が配置されている。車体３１には、車体３１の前側であってフロアトンネル３９の前方に前輪差動装置４２が配置されている。前輪差動装置４２の左右に前車軸４３が配置されている。前車軸４３のそれぞれに前輪４４が取り付けられている。前輪差動装置４２は左右の前輪４４に駆動力を配分する。

車体３１の後側には後輪差動装置４５が配置されている。後輪差動装置４５の左右に後車軸４６が配置されている。後車軸４６のそれぞれに後輪４７が取り付けられている。後輪差動装置４５は左右の後輪４７に駆動力を配分する。

本実施形態では、車体３１は、前室３２にエンジンが搭載される自動車の車体と共用される。エンジンが搭載される自動車は、推進軸（プロペラシャフト）を用いてエンジンの駆動力を後輪差動装置４５に伝達する。前輪差動装置４２は、車体３１の中心を通り車長方向（矢印Ｆ－Ｂ方向）に延びる車体中心線４８に対して車幅方向にずれて配置されている。底面視において、後輪差動装置４５は車体中心線４８の上に配置されている。

図３は動力伝達装置１０のスケルトン図である。動力伝達装置１０は、第１駆動装置１１、第２駆動装置１２、第１入力軸１３、第２入力軸１４、出力軸１５及び差動装置２５を備えている。第１駆動装置１１は第１入力軸１３に駆動力を出力し、第２駆動装置１２は第２入力軸１４に駆動力を出力する。第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２はケース２８に取り付けられている。第１入力軸１３及び第２入力軸１４は、車長方向（矢印Ｆ－Ｂ方向）に沿って配置されている。

本実施形態では、第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２は電動モータからなり、同一のトルク特性を有している。第１入力軸１３及び第２入力軸１４は、それぞれ第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２の駆動力を直接受ける主軸であり、同軸上に配置されている。第１入力軸１３及び第２入力軸１４と出力軸１５とは平行に配置されている。第１入力軸１３及び第２入力軸１４は、パイロットベアリング（図示せず）を介して互いに相対回転可能に連結されている。

第１減速機１６は、第１入力軸１３の回転を出力軸１５に伝達する機構である。第１減速機１６は、第１入力軸１３に結合する第１ギヤ１７と、出力軸１５に配置され第１ギヤ１７にかみ合う第２ギヤ１８と、を備えている。出力軸１５に第１クラッチ１９が配置されている。

本実施形態では、第１クラッチ１９は第２ギヤ１８から出力軸１５へ正転方向の動力を伝達するワンウェイクラッチである。第１クラッチ１９は出力軸１５と第２ギヤ１８との間に介在する。第１クラッチ１９がつながると第２ギヤ１８は出力軸１５に結合し、第１クラッチ１９が切れると第２ギヤ１８は出力軸１５を空転する。第１クラッチ１９は、第２ギヤ１８の回転を出力軸１５に遮断可能に伝達する一方、出力軸１５から第２ギヤ１８への回転の伝達を遮断する。

第２減速機２０は、第２入力軸１４の回転を出力軸１５に伝達する機構である。第２減速機２０は、第２入力軸１４に結合する第３ギヤ２１と、出力軸１５に結合し第３ギヤ２１にかみ合う第４ギヤ２２と、を備えている。第２駆動装置１２は、第２減速機２０を介して常に出力軸１５に動力を伝達できる。第２減速機２０は第１減速機１６とは異なる減速比に設定されている。本実施形態では、第２減速機２０の減速比は第１減速機１６の減速比よりも小さい。

出力軸１５には第５ギヤ２３が結合している。第５ギヤ２３は、差動装置２５に結合する第６ギヤ２４とかみ合う。出力軸１５の動力は第５ギヤ２３及び第６ギヤ２４を介して差動装置２５に伝達され、差動装置２５は第１推進軸２６及び第２推進軸２７に動力を配分する。第１推進軸２６及び第２推進軸２７は、動力伝達装置１０のケース２８に回転自在に支持されている。

本実施形態では差動装置２５は傘歯車式である。但し、これに限られるものではなく、差動装置２５はプラネタリギヤ式、差動制限付き摩擦式、差動制限付きビスカス式、油圧多板クラッチ式、トルセン式、油圧式カップリング等、適宜採用できる。差動制限付きの差動装置２５を採用することにより、前輪４４や後輪４７のどれかが空転しても、前輪４４及び後輪４７に動力を伝達できる。

図２に戻って説明する。第１推進軸２６は、ユニバーサルジョイント４９を介して前輪差動装置４２に接続されている。第２推進軸２７は、ユニバーサルジョイント５０を介して後輪差動装置４５に接続されている。動力伝達装置１０のケース２８は、車体３１のクロスメンバ（図示せず）に取り付けられている。

本実施形態では、底面視（図２参照）において、動力伝達装置１０の出力軸１５（図３参照）、第１推進軸２６及び第２推進軸２７が前輪差動装置４２及び後輪差動装置４５を向くように、車体中心線４８に対して車幅方向（矢印Ｌ－Ｒ方向）に出力軸１５、第１推進軸２６及び第２推進軸２７が傾斜している。側面視（図１参照）において、前輪差動装置４２と後輪差動装置４５とを通る直線上に、第１推進軸２６及び第２推進軸２７が位置する。第１推進軸２６及び第２推進軸２７は水平に配置されている。

第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２に電力を供給するバッテリ（図示せず）は、燃料タンクや排気管、触媒などの空きスペースに配置されている。モータの出力を駆動力とする自動車３０では、これらは不要だからである。バッテリは、外部電力が供給されて充電される他、第２駆動装置１２からの回生電力が供給される。バッテリは、インバータ（図示せず）を介して第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２にそれぞれ接続されている。

動力伝達装置１０は、発進時や低速走行時には、少なくとも第１駆動装置１１を駆動する。第１駆動装置１１の出力は、第２減速機２０よりも減速比の大きい第１減速機１６を介して出力軸１５に伝達され、第１推進軸２６及び第２推進軸２７を駆動する。これにより、低速から大きな駆動トルクを得て力強い発進および低速走行が可能な４輪駆動の電気自動車が得られる。低速走行から高速走行へ移行したら、少なくとも第２駆動装置１２を駆動する。

このときに第１駆動装置１１を駆動していれば、第１駆動装置１１は高回転域になるので、一般的に第１駆動装置１１のトルクは減少する。しかし、第２駆動装置１２の出力は、第１減速機１６の減速比よりも小さい第２減速機２０の減速比で出力軸１５に伝達されるので、高速でも十分な駆動トルクを得て安定した加速が可能となる。

また、第２減速機２０は第１減速機１６の減速比とは異なる減速比で第２入力軸１４の回転を出力軸１５に伝達するので、第２入力軸１４に結合する第２駆動装置１２が出力軸１５に出力するトルクを大きくできる。よって、低速から高速まで十分な駆動トルクを得ることができる。

動力伝達装置１０は、第１駆動装置１１を駆動して、第２ギヤ１８の回転数が出力軸１５の回転数より相対的に高くなると、第１クラッチ１９がつながり、第１減速機１６を介して第１駆動装置１１が出力軸１５へトルクを出力する。一方、第２ギヤ１８の回転数が出力軸１５の回転数より相対的に低くなると、第１クラッチ１９が切れるので、第１駆動装置１１の回転数が過大になることを防止できる。さらに、第２駆動装置１２及び第２減速機２０で駆動するときの第１駆動装置１１及び第１減速機１６による引き摺り損失を抑制できる。

動力伝達装置１０の出力軸１５は、第１入力軸１３及び第２入力軸１４と異軸（異なる軸上）に配置されるので、第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２をフロアトンネル３９のスペースに配置し、第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２を避けて第１推進軸２６及び第２推進軸２７を配置する構造を簡素化できる。その結果、車体３１の下部構造に動力伝達装置１０を配置する自在性を高くできるので、エンジンの出力を駆動力とする自動車の下部構造と、モータの出力を駆動力とする自動車の下部構造と、を幅広く共通化できる。さらに、第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２がフロアトンネル３９に配置されるので、フロアトンネル３９のスペースを有効活用できると共にヨー慣性モーメントを低減できる。

動力伝達装置１０の出力軸１５は車体中心線４８に対して傾斜しているので、前輪差動装置４２と第１推進軸２６とを接続するユニバーサルジョイント４９の屈折角、及び、後輪差動装置４５と第２推進軸２７とを接続するユニバーサルジョイント５０の屈折角のどちらも過大にならないようにできる。ユニバーサルジョイント４９，５０は屈折角が大きくなる程、軸やジョイントのねじり現象が増大し伝導効率が低下する。しかし、本実施形態では、車体中心線４８に対して動力伝達装置１０を傾けて配置することにより、ユニバーサルジョイント４９，５０の屈折角を小さくできるので、伝導効率の低下を抑制しつつ、共通化できる自動車３０の下部構造をさらに拡大できる。

図４及び図５を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施形態では、動力伝達装置１０の第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２が両方とも電動モータである場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、動力伝達装置７０の第１駆動装置１１は電動モータであり、第２駆動装置６１がエンジンである場合について説明する。

動力伝達装置７０は、第２駆動装置６１を代えた以外は、動力伝達装置１０と同一である。その他、第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図４は第２実施の形態における動力伝達装置７０が配置された自動車６０（ハイブリッド車両）の側面図であり、図５は自動車６０の底面図である。

図４に示すように自動車６０の車体３１の前室３２には、エンジンからなる第２駆動装置６１が配置されている。フロアトンネル３９の内側（車室３３の外）に動力伝達装置７０が配置されている。動力伝達装置７０は、車体３１の車長方向（矢印Ｆ－Ｂ方向）のほぼ中央に配置されている。第２駆動装置６１のクランクシャフト（図示せず）に接続された駆動軸６２は、動力伝達装置７０の第２入力軸１４（図３参照）に接続されている。

図５に示すように駆動軸６２、及び、動力伝達装置７０の第１推進軸２６は、底面視において車体中心線４８上に配置されている。第１推進軸２６は、ユニバーサルジョイント５０を介して後輪差動装置４５に接続されている。

動力伝達装置７０の第２推進軸６３は、第１軸６４、ユニバーサルジョイント６５及び第２軸６６を備えている。第１軸６４はユニバーサルジョイント６５を介して第２軸６６に接続されている。第２軸６６は第１軸６４よりも長い。第１軸６４は車体中心線４８に平行に配置され、第２軸６６は車体中心線４８に対して傾斜している。第２軸６６はユニバーサルジョイント４９を介して前輪差動装置４２に接続されている。これにより４輪駆動のハイブリッド車両が得られる。第１推進軸２６及び第２推進軸６３は水平に配置されている（図４参照）。

第２実施形態では、車体３１の車長方向のほぼ中央にケース２８が配置された動力伝達装置７０は、第２推進軸６３のうち第１軸６４よりも長い第２軸６６が車体中心線４８に対して傾斜している。その結果、前輪差動装置４２と第２軸６６第１推進軸２６とを接続するユニバーサルジョイント４９の屈折角、及び、第２軸６６と第１軸６４とを接続するユニバーサルジョイント６５の屈折角のどちらも過大にならないようにできる。よって、ユニバーサルジョイント４９，６５の伝導効率の低下を抑制しつつ、共通化できる自動車６０の下部構造を拡大できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

第１実施形態では、第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２にトルク特性が同一の電動モータを用いる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。トルク特性が異なる電動モータを用いることは当然可能である。例えば、低速用のトルク特性を有するモータを第１駆動装置１１とし、高速用のトルク特性を有するモータを第２駆動装置１２とする。低速用のトルク特性を有する第１駆動装置１１は、トルクピーク値が低回転側にあるモータである。高速用のトルク特性を有する第２駆動装置１２は、第１駆動装置１１のトルクがピークとなる回転数よりも高回転側にトルクピーク値があるモータである。

実施形態では、第１入力軸１３及び第２入力軸１４と出力軸１５との間に中間軸が配置されていない場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。中間軸を１本以上設け、中間軸にそれぞれギヤを配置し、第１減速機１６及び第２減速機２０の一部を構成する歯車列を中間軸に設けることは当然可能である。

実施形態では、第１入力軸１３及び第２入力軸１４が同軸上に配置される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１入力軸１３と第２入力軸１４とを異軸に配置することは当然可能である。

実施形態では、第１入力軸１３及び第２入力軸１４が第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２，６１の駆動力を直接受ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１駆動装置１１及び第２駆動装置１２，６１と第１入力軸１３及び第２入力軸１４との間に歯車列やベルト等を介在することは当然可能である。

実施形態では、第１クラッチ１９がワンウェイクラッチである場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１クラッチ１９を他のクラッチにすることは当然可能である。他のクラッチとしては、例えばドッグクラッチ等のかみあいクラッチ；ディスククラッチ、ドラムクラッチ、円すいクラッチ等の摩擦クラッチが挙げられる。

実施形態では、第１入力軸１３及び第２入力軸１４がパイロットベアリング（図示せず）を介して互いに相対回転可能に連結される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１入力軸１３と第２入力軸１４との間に、かみ合いクラッチや摩擦クラッチ等の第２クラッチを配置することは当然可能である。第２クラッチをつなぐことにより第１入力軸１３及び第２入力軸１４を一体に回転させ、第２クラッチを切ることにより第１入力軸１３及び第２入力軸１４を相対回転させることができる。

実施形態では、歯車列を用いて第１減速機１６及び第２減速機２０を構成し、第１入力軸１３及び第２入力軸１４と出力軸１５とを異軸に配置する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。ベルトや無段変速機（ＣＶＴ）等を用いた他の減速機を使い、第１入力軸１３及び第２入力軸１４と出力軸１５とを異軸に配置することは当然可能である。

実施形態では、第１推進軸２６及び第２推進軸２７，６３が水平に配置される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。フロアトンネル３９やケース２８の高さと前輪差動装置４２及び後輪差動装置４５の高さとの関係で、第１推進軸２６や第２推進軸２７，６３を車高方向に傾けて配置することは当然可能である。

実施形態では、フロアトンネル３９に対して前輪差動装置４２の位置が車幅方向（矢印Ｌ－Ｒ方向）にずれている自動車３０，６０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。底面視において前輪差動装置４２が車体中心線４８上にある自動車に動力伝達装置１０，７０を配置することは当然可能である。同様に、底面視において車体中心線４８に対して後輪差動装置４５の位置が車幅方向にずれている自動車に動力伝達装置１０，７０を配置することは当然可能である。

また、フロアトンネル３９に対して後輪差動装置４５の位置が車高方向にずれている自動車においても、動力伝達装置１０，７０は出力軸１５が第１入力軸１３及び第２入力軸１４と異軸に配置されるので、第１推進軸２６や第２推進軸２７（以下「推進軸」と称す）と車体中心線４８とを平行に近づけ易くできる。これにより後輪差動装置４５と推進軸とを接続するユニバーサルジョイントの屈折角を小さくできるので、伝導効率の低下を抑制できる。その結果、下部構造に対するモータの配置の自在性を高くできるので、下部構造を幅広く共通化できる。

実施形態では、動力伝達装置１０の第１入力軸１３及び第２入力軸１４の位置と第１推進軸２６及び第２推進軸２７の位置とが車高方向にずれている場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１入力軸１３及び第２入力軸１４と第１推進軸２６及び第２推進軸２７とが同じ高さに位置するように、動力伝達装置１０を配置することは当然可能である。

１０，７０ 動力伝達装置
１１ 第１駆動装置（モータ）
１２ 第２駆動装置（モータ）
１３ 第１入力軸
１４ 第２入力軸
１５ 出力軸
１６ 第１減速機（減速機）
２０ 第２減速機（減速機）
２５ 差動装置
２６ 第１推進軸
２７ 第２推進軸
３９ フロアトンネル
４２ 前輪差動装置
４５ 後輪差動装置
４８ 車体中心線
６１ 第２駆動装置（エンジン）
６３ 第２推進軸

Claims (2)

1. 車長方向に沿って配置される第１入力軸および第２入力軸に駆動力をそれぞれ出力するモータからなる２つの駆動装置であって、少なくとも片方が、フロアトンネルの内側に配置される２つの駆動装置と、
   前記第１入力軸および前記第２入力軸の動力を出力軸に出力する減速機と、
   前記出力軸の動力が伝達される差動装置と、
   前記差動装置と前輪差動装置および後輪差動装置とにそれぞれ接続され車長方向に沿って延びる第１推進軸および第２推進軸と、を備え、
   前記出力軸は、前記第１入力軸および前記第２入力軸と異軸に配置される動力伝達装置。
2. 前記出力軸は、車体の中心を通り車長方向に延びる車体中心線に対して傾斜している請求項１記載の動力伝達装置。

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