JP7243085B2

JP7243085B2 - 駆動力伝達装置

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Publication number: JP7243085B2
Application number: JP2018164141A
Authority: JP
Inventors: 英滋土屋; 紀男米澤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2038-09-03
Also published as: JP2020037956A

Description

本発明は、駆動力伝達装置に関し、特に、入力軸側から得られる駆動力を間欠的に出力軸側へ伝達する駆動力伝達装置に関する。

例えば、特許文献１に開示されるように、入力軸側から得られる駆動力を間欠的に出力軸側へ伝達する間欠駆動型（パルスドライブ式）の駆動力伝達装置が知られている。特許文献１には、比較的簡素な構造で弾性体の弾性エネルギーを出力軸に伝達可能な画期的な駆動力伝達装置が開示されている。特許文献１には、その弾性体の具体例の一つとして磁石（シャフト側磁石と固定側磁石）を利用した間欠駆動（パルスドライブ）の原理が記載されている（特許文献１の図３１，図３２等参照）。間欠駆動型の駆動力伝達装置では、間欠的なパルス状の駆動力（トルク）が入力軸側から出力軸側へ伝達される（特許文献１の図１３等参照）。

特開２０１８－４０３７９号公報

本発明の目的は、入力軸側から得られる駆動力を各モジュールごとに間欠的に出力軸側へ伝達する複数のモジュールを備え、モジュール間おける振動の位相差を調整することができる駆動力伝達装置を実現することにある。

本発明の具体例の一つである駆動力伝達装置は、入力軸側から得られる駆動力を各モジュールごとに間欠的に出力軸側へ伝達する複数のモジュールと、前記複数のモジュールのモジュール間に設けられて当該モジュール間おける振動の位相差を調整する位相調整部材と、を有することを特徴とする。

例えば、前記位相調整部材は、前記位相差に応じた力を発生させて当該位相差が目標値に戻るように調整してもよい。前記位相調整部材は、前記位相差に応じた弾性力を発生する弾性部材で構成されてもよい。

また、例えば、前記複数のモジュールは、前記入力軸の軸方向に並べて配置され、前記位相調整部材は、互いに隣り合うモジュール間に設けられてもよい。例えば、複数の前記モジュール間で前記位相差の目標値が等しくてもよい。また、例えば、複数の前記モジュール間のうちの両端のモジュール間で他のモジュール間よりも前記位相差の目標値が大きくてもよい。

本発明の具体例の一つにより、入力軸側から得られる駆動力を各モジュールごとに間欠的に出力軸側へ伝達する複数のモジュールを備え、モジュール間おける振動の位相差を調整することができる駆動力伝達装置が実現される。

複数のモジュールを備えた駆動力伝達装置の基本構造を示す図である。調整リンクの機能を説明するための図である。５つのモジュールの入力トルクの具体例を示す図である。５つのモジュールの出力トルクの具体例を示す図である。位相調整部材を備えた駆動力伝達装置の具体例を示す図である。モジュール間おける振動の位相差の具体例を示す図である。位相差を調整して得られる総和トルクの具体例１を示す図である。位相差を調整して得られる総和トルクの具体例２を示す図である。位相差を調整して得られる総和トルクの具体例３を示す図である。位相調整部材を備えた駆動力伝達装置の変形例を示す図である。

図１は、本発明の具体的な実施態様の一例を示す図である。図１には、複数のモジュールを備えた駆動力伝達装置の基本構造の具体例が図示されている。図１に示す具体例の駆動力伝達装置は、入力軸２００から得られる駆動力を間欠的に出力軸３００へ伝達するモジュール（伝達機構）を備えている。図１には、２つのモジュール（１）とモジュール（２）を備えた駆動力伝達装置が例示されている。

入力軸２００は、エンジンやモータなどを代表例とする駆動源により回転駆動される。その入力軸２００から得られる駆動力は、２つのモジュール（１）とモジュール（２）を備えた駆動力伝達装置により、出力軸３００へ伝達される。出力軸３００は、入力軸２００から駆動力伝達装置を介して伝達される駆動力により回転駆動される。

図１に示す具体例において、２つのモジュール（１）とモジュール（２）は、互いに同じ構成要素で構成され、互いにほぼ同じ形状と機能を備えている。

各モジュールは振動子１０と固定部材２０を備えている。図１に示す具体例の振動子１０は、全容が概ね円筒形状であり、その円筒形状の中空を貫くように入力軸２００が配置される。また、図１に示す具体例では、概ね円筒形状の振動子１０を径方向の外側から取り囲むように固定部材２０が設けられる。

図１に示す具体例において、入力軸２００と各モジュールの振動子１０は、入力側ワンウェイクラッチ５２を介して接続されている。また、各モジュールの振動子１０は、出力側ワンウェイクラッチ５４とギア６０を介して出力軸３００に接続されている。

振動子１０は磁石（特許文献１の図３１，図３２等に説明されるシャフト側磁石１２４に相当）を備えており、固定部材２０も磁石（特許文献１の図３１，図３２等に説明される固定側磁石１２８に相当）を備えている。さらに、各モジュールには、調整リンク３０が設けられている。

図２は、調整リンク３０の機能を説明するための図である。図２には、図１に示す切断線Ａ－Ａの位置における断面図が示されている。図２に示す具体例のように、入力軸２００の径方向の外側に振動子１０が配置され、さらに振動子１０の径方向の外側に固定部材２０が配置される。

例えば、外部からの力により調整リンク３０を図示する調整方向に動かすことにより、固定部材２０側の磁石の固定位置が移動され、振動子１０側の磁石と固定部材２０側の磁石（特許文献１の図１，図８等に説明される弾性体１８に代わる磁石）によって得られる弾性力を調整することができる。

間欠駆動型の駆動力伝達装置では間欠的な駆動力（トルク）が入力軸側から出力軸側へ伝達される。例えば、図１に示す具体例の駆動力伝達装置であれば、モジュール（１）とモジュール（２）の各々を介して、入力軸側から出力軸側へ間欠的なパルス状の駆動力（トルク）が伝達される。そして、駆動力伝達装置全体としては、モジュール（１）とモジュール（２）を介して伝達される駆動力（トルク）の総和が入力軸側から出力軸側へ伝達される。

図３，図４は、複数のモジュールを備えた駆動力伝達装置により伝達される駆動力（トルク）の具体例を示す図である。図３，図４には、５つのモジュールにより伝達されるトルクの具体例が図示されている。

図３は、５つのモジュールの入力トルクの具体例を示している。図３には、５つのモジュールの各々に対応した５つの間欠的なパルス状の入力トルクと、それら５つの入力トルクの総和である総和トルクが図示されている。

図３（ａ）は、脈動が比較的小さい総和トルクの具体例を示している。図３（ａ）に示す具体例では、５つの間欠的な入力トルクの発生タイミング（位相）が比較的分散しているため、５つの入力トルクの脈動が分散されて総和トルクの脈動が比較的小さい。

これに対し、図３（ｂ）は、脈動が比較的大きい総和トルクの具体例を示している。図３（ｂ）に示す具体例では、５つの間欠的な入力トルクの発生タイミング（位相）が比較的揃っているため、５つの入力トルクの脈動が分散されず総和トルクの脈動が比較的大きい。

出力トルクについても入力トルクと同じような傾向がある。図４は、５つのモジュールの出力トルクの具体例を示している。図４には、５つのモジュールの各々に対応した５つの間欠的なパルス状の出力トルクと、それら５つの出力トルクの総和である総和トルクが図示されている。

図４（ａ）は、脈動が比較的小さい総和トルクの具体例を示している。図４（ａ）に示す具体例では、５つの間欠的な出力トルクの発生タイミング（位相）が比較的分散しているため、５つの出力トルクの脈動が分散されて総和トルクの脈動が比較的小さい。

これに対し、図４（ｂ）は、脈動が比較的大きい総和トルクの具体例を示している。図４（ｂ）に示す具体例では、５つの間欠的な出力トルクの発生タイミング（位相）が比較的揃っているため、５つの出力トルクの脈動が分散されず総和トルクの脈動が比較的大きい。

図３，図４に例示したように、複数のモジュールを備えた駆動力伝達装置では、各モジュールに対応したトルクの発生タイミングに応じて、総和トルクの脈動などが変化する。例えば、各モジュールに対応したトルクの発生タイミングを調整して複数モジュールのトルクの脈動を分散させれば、総和トルクの脈動を小さくすることができる。そこで、各モジュールに対応したトルクの発生タイミングを調整するために位相調整部材を設けた駆動力伝達装置について説明する。

図５は、位相調整部材を備えた駆動力伝達装置の具体例を示す図である。図５には、位相調整部材の具体例の一つであるダンパーばね８２（Ａ～Ｄ）を備えた駆動力伝達装置が例示されている。

図５に示す具体例の駆動力伝達装置は５つのモジュール（１）～（５）を備えている。図５に示す各モジュールの構成と機能は、図１に示す２つのモジュール（１）（２）と同じである。つまり、図５に示す各モジュールは振動子１０と固定部材２０を備えている。なお、図５では、調整リンク（図１の符号３０）が図示省略されている。

入力軸２００は、エンジンやモータなどを代表例とする駆動源により回転駆動される。その入力軸２００から得られる駆動力は、５つのモジュール（１）～（５）を備えた駆動力伝達装置により、出力軸（図示省略）へ伝達される。出力軸は、入力軸２００から駆動力伝達装置を介して伝達される駆動力により回転駆動される。

ダンパーばね８２は、モジュール間（モジュールが備える振動子間）に設けられる。図５に示す具体例では、モジュール（１）とモジュール（２）の間にダンパーばね８２Ａが設けられ、モジュール（２）とモジュール（３）の間にダンパーばね８２Ｂが設けられ、モジュール（３）とモジュール（４）の間にダンパーばね８２Ｃが設けられ、モジュール（４）とモジュール（５）の間にダンパーばね８２Ｄが設けられている。

例えば、ダンパーばね８２Ａの一端側（例えば図５の図面の手前側）がモジュール（１）の振動子１０に構造的に固定され、ダンパーばね８２Ａの他端側（例えば図５の図面の奥側）がモジュール（２）の振動子１０に構造的に固定される。同様に、ダンパーばね８２Ｂの両端がそれぞれモジュール（２）とモジュール（３）の振動子１０に構造的に固定され、ダンパーばね８２Ｃの両端がそれぞれモジュール（３）とモジュール（４）の振動子１０に構造的に固定され、ダンパーばね８２Ｄの両端がそれぞれモジュール（４）とモジュール（５）の振動子１０に構造的に固定される。

そして、各ダンパーばね８２（Ａ～Ｄ）により、モジュール間おける振動の位相差が調整される。なお、図５では、位相調整部材の具体例の一つとしてダンパーばね８２を例示したが、ダンパーばね８２に代えて又はダンパーばね８２と共に、弾性ゴムなどの弾性体を用いた位相調整部材が利用されてもよい。

図６は、モジュール間おける振動の位相差の具体例を示す図である。図６には、図５に示す５つのモジュール（１）～（５）の各々が備える振動子１０と固定部材２０の具体例が図示されている。

図６に示す具体例では、固定部材２０が２極対（合計４極）の磁石を備えており、それら４極の磁石が９０度の等間隔で円周上に配列されている。固定部材２０は、５つのモジュール（１）～（５）の全てで２極対の位置が同じであり、例えば、駆動力伝達装置のケースなどに固定される。

また、図６に示す具体例では、振動子１０も２極対（合計４極）の磁石を備えており、それら４極の磁石が９０度の等間隔で円周上に配列されている。５つのモジュール（１）～（５）に対応した５つの振動子１０は、ダンパーばね（図５の符号８２）によって、互いに磁石の初期角度（初期位置）がずれるように配置される。

図６に例示する２極対（合計４極）の場合には、１８０度の回転ごとに振動子１０の磁石が同じ配置となるため、例えば、５つの振動子１０（１）～１０（５）の初期角度が３６（１８０÷５）度の等間隔でずらされる。なお、５つの振動子１０が全て初期角度（初期位置）にある状態で、それら５つの振動子１０の間にあるダンパーばねが全て自然長となる。

したがって、例えば、駆動力伝達装置が駆動力（トルク）を伝達する動作中に、振動子間の位相差が初期角度の状態からずれると、その振動子間にあるダンパーばねが位相差に応じた弾性力を発生させ、その振動子間の位相差を初期角度の状態に戻そうとする。つまり、振動子間（モジュール間）の位相差が初期状態に戻るように調整される。そのため、例えば、複数のモジュールの各々に対応した間欠的なトルクの発生タイミングが互いにずれるように、振動子の初期角度（初期位置）を設定しておくことにより、例えば複数のモジュールから得られる総和トルクの脈動を小さくすることができる。

複数のモジュールから得られる総和トルクの脈動を小さくすることができれば、例えば入力軸と出力軸に発生する振動を減らすことができる。また、複数のモジュールから得られる総和トルクの脈動を小さくすることができれば、回転に必要な最大トルクを減らすことができるため、始動性の向上が期待される。

例えば、図３（ａ）に例示した脈動が比較的小さい総和トルクの具体例と、図３（ｂ）に例示した脈動が比較的大きい総和トルクの具体例を比較すると、図３（ｂ）の具体例の方が総和トルクのピーク値が大きい。したがって、図３（ｂ）の具体例では、例えば入力軸の回転を始動させる際に、比較的大きな総和トルクのピーク値を超える駆動力（トルク）が必要になる。これに対し、図３（ａ）の具体例では、図３（ｂ）の具体例よりも総和トルクのピーク値が小さいため、図３（ｂ）の具体例の場合よりも、例えば入力軸の回転を始動させる際の駆動力（トルク）の最大値を小さくすることができる。このように、複数のモジュールから得られる総和トルクの脈動を小さくすることにより、始動時に必要な最大の駆動力（トルク）が低減され、始動性が向上する。

図７は、位相差を調整して得られる総和トルクの具体例１を示す図である。図７には、６極対の磁石を備えた５つの振動子、つまり磁極間が６０度であり６０度の回転ごとに磁石の配置が同じになる５つの振動子について、初期角度を１２（６０÷５）度間隔とした場合に得られる総和トルクの具体例が図示されている。なお、図７（ａ）が入力トルクの具体例であり、図７（ｂ）が出力トルクの具体例である。

図７に示す具体例１では５つの振動子の初期角度が等間隔でずれされている。つまり、図７に示す具体例１では、互いに隣り合う全てのモジュール間で位相差の目標値（初期角度）が等しい。そのため、間欠的なトルクの発生タイミングもほぼ等間隔に分散され、総和トルクの脈動が比較的小さい。

但し、例えば、図５に示す５つのモジュールに対応した５つの振動子のうち、内側にある３つの振動子は２つのダンパーばねの力を受けるのに対し、外側の両端にある２つの振動子は１つのダンパーばねのみから力を受けている。そのため、図７に示す具体例１では特に図７（ｂ）の出力トルクの具体例において、両端にある２つの振動子に対応したタイミングで比較的大きな脈動が現れている。

図８は、位相差を調整して得られる総和トルクの具体例２を示す図である。図８には、６極対の磁石を備えた５つの振動子、つまり磁極間が６０度であり６０度の回転ごとに磁石の配置が同じになる５つの振動子についての具体例が図示されている。

５つの振動子が６極対の磁石を備えている点において、図７と図８の具体例は同じである。図７の具体例との相違は、図８において初期角度を１３度間隔とした点にある。図８（ａ）が入力トルクの具体例であり、図８（ｂ）が出力トルクの具体例である。

図７の具体例１と比較すると、図８の具体例２では、入力トルクと出力トルクの両方において、両端にある２つの振動子に対応したタイミングでの脈動が改善（低減）されている。つまり、等間隔な初期角度の幅を全体的に大きくすることにより（図７と図８の具体例では１２度から１３度に変更することにより）、両端にある振動子に対応したタイミングでの脈動が改善（低減）される。

図９は、位相差を調整して得られる総和トルクの具体例３を示す図である。図９には、６極対の磁石を備えた５つの振動子、つまり磁極間が６０度であり６０度の回転ごとに磁石の配置が同じになる５つの振動子についての具体例が図示されている。

５つの振動子が６極対の磁石を備えている点において、図７と図９の具体例は同じである。図７の具体例との相違は、図９において、両端のモジュール間（振動子間）の初期角度を１４度とし、内側のモジュール間（振動子間）の初期角度を１２度とした点にある。つまり、図９に示す具体例３では、互いに隣り合う全てのモジュール間のうちの両端のモジュール間で他のモジュール間よりも位相差の目標値（初期角度）が大きい。なお、図９（ａ）が入力トルクの具体例であり、図９（ｂ）が出力トルクの具体例である。

図７の具体例１と比較すると、図９の具体例３では、入力トルクと出力トルクの両方において、両端にある２つの振動子に対応したタイミングでの脈動が改善（低減）されている。つまり、互いに隣り合う全てのモジュール間のうちの両端のモジュール間で他のモジュール間よりも位相差の目標値（初期角度）を大きくすることにより、両端にある振動子に対応したタイミングでの脈動が改善（低減）される。なお、両端のモジュール間だけダンパーばねの弾性力を変更する（大きくする又は小さくする）ことにより、両端にある振動子に対応したタイミングでの脈動を改善してもよい。

図１０は、位相調整部材を備えた駆動力伝達装置の変形例を示す図である。図１０に示す変形例では、１つの入力軸２００から得られる駆動力がギアを介して２つの入力軸２０１と入力軸２０２に伝達される。そして、モジュール（１）により入力軸２０１から出力軸３０１へ間欠的な駆動力が伝達され、モジュール（２）により入力軸２０２から出力軸３０２へ間欠的な駆動力が伝達される。さらに、２つの出力軸３０１と出力軸３０２からギアを介して１つの出力軸３００に駆動力が伝達される。

図１０に示す変形例では、互いに異なる軸上にある２つのモジュール（１）とモジュール（２）の間に、ギアＧを介して位相調整部材８０が設けられている。そして、位相調整部材８０により、２つのモジュール（１）とモジュール（２）の間おける振動の位相差が調整される。図１０に示す変形例により、例えば、複数のモジュールが互いに異なる軸上にある場合でも、モジュール間の振動の位相差を調整することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

１０振動子、２０固定部材、３０調整リンク、８０位相調整部材、８２ダンパーばね、２００入力軸、３００出力軸。

Claims

一方から得られる駆動力を中間に設けられた振動子の振動へ変換し、再度駆動力へ変換することで間欠的に他方へ動力伝達する動力伝達モジュールを、入力軸と出力軸との間に複数備え、各動力伝達モジュールが各々動力伝達経路として機能する構成において、１つの動力伝達モジュールの振動子と他の動力伝達モジュールの振動子との間に設けられ入力軸から出力軸に伝達されるトルクに応じて当該１つの動力伝達モジュールの振動子の振動と当該他の動力伝達モジュールの振動子の振動を所定の位相差に調整する位相調整部材を有することを特徴とする駆動力伝達装置。
請求項１に記載の駆動力伝達装置において、
前記位相調整部材は、前記位相調整部材に接続された動力伝達モジュールの振動子が当該位相調整部材に接続された他の動力伝達モジュールの振動子に対し持つ位相差と当該位相差の目標値との差に応じた力を発生させて当該位相差が時間の経過に伴い当該目標値に収束するように調整する、
ことを特徴とする駆動力伝達装置。
請求項２に記載の駆動力伝達装置において、
動力伝達モジュールの振動子に接続された前記位相調整部材の接続数に動力伝達モジュール間で差異がある場合、前記接続数が異なる動力伝達モジュールの前記目標値を異ならせていることを特徴とする駆動力伝達装置。
請求項２又は３に記載の駆動力伝達装置において、
前記位相調整部材は、前記位相差と前記目標値との差に応じた弾性力を発生する弾性部材で構成される、
ことを特徴とする駆動力伝達装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動力伝達装置において、
複数の動力伝達モジュールの各々の振動子は、前記位相調整部材及び／又は他の動力伝達モジュールの振動子及び／又は振動子の運動を伝達する中間部材を介して接続されていることを特徴とする駆動力伝達装置。
請求項５に記載の駆動力伝達装置において、
複数の動力伝達モジュールは、前記入力軸の軸方向に３つ以上並べて配置され、１つの動力伝達モジュールの振動子と他の動力伝達モジュールの振動子は、当該１つの動力伝達モジュールと当該他の動力伝達モジュールとの間に配置された動力伝達モジュールの振動子を介して接続されていることを特徴とする駆動力伝達装置。