JP7440248B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

以下の開示は、二以上の電動モータあるいは燃焼機関を組み合わせた車両において、トルクを車軸に伝達するための動力伝達装置に関する。

近年、エネルギ効率の向上のために、二以上の動力源を組み合わせた車両が市場に登場している。その代表的な例は、所謂ハイブリッド車である。燃焼機関の出力は、車軸の駆動のみならず、バッテリの充電にも利用され、その際にはモータはジェネレータとして作用し、燃焼機関の出力の一部を受けて発電する。また多くの場合において、車両が減速する際にもモータはジェネレータとして作用し、車両の慣性エネルギを電力として回生する。すなわちトルクは二以上の動力源と車軸の間で、三方向にやりとりされる必要がある。そのような動力伝達を可能にするトランスミッションは必然的に多軸のギア組を必要とし、多数の平行軸を支持するべくケーシングは高さ方向と長さ方向には大きくならざるを得ない。他方、エンジンルームは二以上の動力源を搭載せねばならないので、利用可能な空間に乏しく、幅方向にはケーシングを可能な限り薄くせざるを得ない。

特許文献１，２は、関連する技術を開示する。

特開２００９－０７２０５２号 国際公開公報ＷＯ２０１８／００８１６０Ａ１号

高さ方向と長さ方向に大きく幅方向には薄い扁平な構造は、容易に理解できるように、強度および剛性の点では不利である。ケーシングが僅かでも変形すればギアの噛み合いに支障が生じ、エネルギ損失、噛み合いノイズ、ギア寿命等の多くの点で問題を生じる。特に、静粛性を追求するために各ギアにヘリカルギアを適用した場合には、各シャフトにはスラスト反力が生じ、ギアを支持するケーシングにはこれを幅方向に押し広げる方向に力が作用する。小出力のモータおよび燃焼機関と組み合わせる時にはそれほど問題でなくても、より大きなトルクを伝達しようとするほど、トランスミッションを構造的に維持することはより困難となる。

一方、扁平な構造では、その隅々に潤滑油を届けることにも技術課題が存する。 常識に従って予想されるところによれば、ケーシングの上方や前方寄りの位置にある要素に潤滑油が届きにくく、潤滑の問題が生じそうである。ところが発明者らが検討したところによれば、予想に反して比較的に中央下部に位置するクラッチに課題があることが分かった。すなわち、回転が生ずる遠心力により、また締結したときには締結力によっても、クラッチからは潤滑油が外部へ排除される傾向が生ずる一方、これに釣り合うべき潤滑油の供給は不足しがちである。

以下に開示する装置は、上述の問題を一体に解決するべく創作されたものである。

一局面によれば、第１の動力源および第２の動力源から車軸へトルクを出力する動力伝達装置は、前記第１の動力源と結合する第１のドライブシャフトと、前記第２の動力源と結合する第２のドライブシャフトと、前記車軸と結合するデファレンシャルと、前記第１のドライブシャフトと前記デファレンシャルとをギア結合するギア組と、前記第２のドライブシャフトとギア結合し、前記第２のドライブシャフトを前記デファレンシャルへ切断可能に接続するクラッチと、少なくとも前記第１のドライブシャフトと、前記第２のドライブシャフトと、前記デファレンシャルと、前記クラッチとを幅方向に実質的に平行に回転可能に支持する側壁と、前記側壁とそれぞれ一体であって前記幅方向に分割可能な周壁と、を備え、互いに結合した前記周壁は前記デファレンシャルと前記ギア組と前記クラッチとを囲むケーシングと、前記周壁からは独立して前記側壁を互いに結合するセンターボスと、前記センターボスから連続して前記クラッチへ向けて延びたリブであって、前記デファレンシャルに面したリブと、を備え、前記デファレンシャルは、前記ギア組および前記クラッチにギア結合するリングギアを備え、前記リブの側面は前記リングギアに面して前記リングギアから前記クラッチへ潤滑油を案内する。

好ましくは、一方の前記側壁の外面は、前記第２の動力源を受容するベセル部を備え、前記リブは少なくとも部分的に前記ベセル部の裏面に延びる。また好ましくは、一方の前記側壁の内面は、前記クラッチのシャフトを回転可能に軸受けするべく内方に突出したレース部と、前記レース部の外部と内部とを連通する切欠きと、を備え、前記リブは前記レース部に連続して前記潤滑油を前記切欠きへ案内する。さらに好ましくは、前記レース部の前記内部は前記切欠きから前記レース部の中心に向かうガターと、前記ガターに連続して前記潤滑油を前記クラッチの前記シャフトの内部流路へ案内するべく前記内面から突出したビークと、を備える。

特定の位置および向きのリブと連絡したセンターボスにより、トランスミッションの構造が維持されることに加え、十分な潤滑油がクラッチへ供給される。

図１は、車両の概括的なブロックダイアグラムである。 図２は、一実施形態による動力伝達装置の側面図であって、その内部を見せた側面図である。 図３は、動力伝達装置の側面図であって、エンジンに対向する側を、図２とは反対の向きに見せた側面図である。 図４は、動力伝達装置の立面部分断面図であって、特にクラッチを拡大した立面部分断面図である。 図５は、動力伝達装置のケーシングの斜視図であって、ケーシングを分割してその内側、特にセンターボス、リブおよびクラッチを支持するレース部の周囲を見せた斜視図である。 図６は、切欠きとベアリングとの関係を表す部分断面図である。

添付の図面を参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。

図１において、Ｆは前を、Ａは後ろを、Ｒは右を、Ｌは左を、Ｕは上を、Ｄは下を、それぞれ表す。以下の説明および添付の特許請求の範囲を通じて、図１において前後を貫く方向が長さ方向に対応し、左右を貫く方向が幅方向に、両者に直交する方向が高さ方向に対応する。これらの区別は説明の便宜のために過ぎず、向きを任意に入れ替えた実施形態が可能である。

本実施形態による動力伝達装置は、第１の動力源（電動モータ）、第２の動力源（ジェネレータを含む燃焼機関）および車軸の間で三方向にトルクを伝達する用途に利用され、例えばハイブリッド車に適用される。図１は動力伝達装置がハイブリッド車の前車軸に適用される例を示すが、もちろん後車軸に適用することもできる。

図１を参照するに、車両は、概して、前車輪を駆動するための動力伝達装置１と、後車輪のためのギアボックス１５と、を備える。ギアボックス１５は、右および左の車軸間の差動を許容するデファレンシャルを含むが、さらに後車輪を駆動する電動モータやその他の装置を含んでもよい。また電子的に制御するべく各要素にはワイヤリングＷを介してエレクトリックコントロールユニット（ＥＣＵ）１１が接続されている。ＥＣＵ１１にはバッテリ１３が接続されており、ワイヤリングＷを介して各要素に電力を供給している。

動力伝達装置１には、その構成要素として、あるいは外部要素として、電動モータ３、ジェネレータ５、および燃焼機関７が結合している。電動モータ３は本実施形態において車両を駆動する主動力源であって車軸に常時結合しており、燃焼機関７とジェネレータ５との組み合わせは副動力源であって、図２，４に示すクラッチ９が連結したときにのみ車軸と駆動的に結合する。さらにまた、クラッチ９を駆動する油圧を生み出すため、あるいは潤滑油を循環させるために、ポンプ１７およびこれを駆動するためのサブモータ１９を、動力伝達装置１は備えてもよい。

燃焼機関７は、ジェネレータ５を駆動してこれに発電せしめる。燃焼機関７には、よく知られている通り、ガソリンエンジンないしディーゼルエンジンを利用することができるが、他の形式の機関を利用してもよい。ジェネレータ５が発生した電力はバッテリ１３の充電に利用され、さらにバッテリ１３を介して、ジェネレータ５自身、電動モータ３および各種電装品に供給されて、これらの駆動に利用される。またジェネレータ５に電力を投入して、燃焼機関７の始動に利用することもできる。

なお車両を制動するときには電動モータ３は発電に利用されてエネルギを回生するし、またジェネレータ５に電力を投入して車両を駆動することも可能である。すなわち容量や寸法の問題を別にすれば、電動モータ３とジェネレータ５との間に機能の点で本質的な相違はない。

動力伝達装置１に関して電動モータ３およびジェネレータ５は燃焼機関７と反対側に配置することができ、以下の説明もそのような配置に基づくが、これは必須ではない。

図２を参照するに、動力伝達装置１は、概して、電動モータ３に駆動的に結合する第１のギア組４３と、右および左の前車軸へトルクを差動的に分配するデファレンシャル３５と、燃焼機関７およびジェネレータ５に駆動的に結合する第２のギア組４５と、を備える。デファレンシャル３５のサイドギアは、それぞれ動力伝達装置１のケーシング２１の両側に臨んでいる。図２に組み合わせて図３，４を参照するに、サイドギアにそれぞれ対応してケーシング２１はアクスルホール３５Ｈを備え、ここへ挿入された前車軸はサイドギアにそれぞれスプライン結合することができる。デファレンシャル３５には、ベベルギア式、フェースギア式、あるいはヘリカルギア式等の公知の形式から選択された適宜の差動ギア組が適用でき、あるいは差動ギア組に代えて、左右の車軸を独立に制御可能なクラッチパックを利用してもよい。

主に図２を参照するに、第１のギア組４３はデファレンシャル３５に常時駆動的に結合しており、従って電動モータ３と車軸との間においてトルクは双方向にやりとりされる。一方、第２のギア組４５とデファレンシャル３５との間にはクラッチ９が介在しており、その間は切断可能であるので、クラッチ９が連結したときにのみ燃焼機関７およびジェネレータ５は車軸の駆動に参加する。

より詳しくは、動力伝達装置１は、電動モータ３に駆動的に結合する第１のドライブシャフト３１を備え、その両端はケーシング２１に支持され、またその一端はケーシング２１の外部に臨んでいる。かかる一端は、結合のためのスプラインを備えてもよい。第１のドライブシャフト３１はまたピニオンを、一体または別体として備え、デファレンシャル３５が備えるリングギア４１に駆動的に結合する。その間には、リングギア３３Ｇおよびピニオンを備えた中間シャフト３３が介在していてもよい。これらの互いに噛合したギアは、第１のギア組４３を構成する。これらのギアにはヘリカルギアを適用することができるが、あるいは平歯車等他の形式であってもよい。

電動モータ３をより高回転域において運用するべく、第１のギア組４３は減速ギアにすることができる。第１のギア組４３がリングギア４１を介してデファレンシャル３５を回転せしめ、以って電動モータ３のトルクが右および左の前車軸に差動的に分配される。

図２に組み合わせて図３，４を参照するに、動力伝達装置１は、また、第２のドライブシャフト３７を備え、その両端はケーシング２１に支持され、またその一端はシャフトホール３７Ｈを通じて外部に引き出される。燃焼機関７に対応してケーシング２１は燃焼機関７を受容するベセル部４７を備え、ここに固定された燃焼機関７は、シャフトホール３７Ｈから引き出された第２のドライブシャフト３７の一端に結合する。かかる一端は、結合のためのスプラインを備えてもよい。燃焼機関７とシャフト３７との間には、ドライクラッチやトルクダンパのごとき他の装置が介在していてもよい。

ジェネレータ５は、第２のドライブシャフト３７に直接に、あるいはこれと別体のドリブンシャフト３９に、結合する。ドリブンシャフト３９の両端もケーシング２１に支持され、またその一端にスプラインを有してもよい。ドライブシャフト３７はリングギア３７Ｇを、一体または別体として備え、ドリブンシャフト３９はこれに噛合するピニオンを備え、これらは第２のギア組４５を構成する。これらのギアにもヘリカルギアないし他の形式を適用することができる。

ジェネレータ５をより高回転域において運用するべく、ジェネレータ５から見たときには第２のギア組４５も減速ギアにすることができる。燃焼機関７から見たときには、第２のギア組４５は等速ないし増速ギアにすることができる。

主に図４を参照するに、クラッチ９のシャフト５３に対して相対回転できるよう、シャフト５３にはリングギア５３Ｇが嵌合しており、リングギア５３Ｇは第２のギア組４５に噛合する。またデファレンシャル３５のリングギア４１に噛合するピニオン５３Ｐが、シャフト５３にスプライン結合しており、これはリングギア５３Ｇに軸方向に隣接するように配置されていてもよい。

クラッチ９は、シャフト５３に固定的に結合したクラッチドラム５５と、リングギア５３Ｇに固定的に結合したクラッチハブ５７とを備え、これらは同軸であって入れ子になっている。クラッチドラム５５およびクラッチハブ５７にそれぞれ結合した複数のクラッチプレートが交互に配列しており、かかる複数のクラッチプレートは多板クラッチを構成する。あるいは多板クラッチに代えて適宜の摩擦クラッチ、ないしスプライン、ドッグ、シンクロコーン等の他の形式のクラッチを利用してもよい。

図中左方より押圧力を付与してクラッチプレートを押圧すると、クラッチ９は連結し、副動力源がデファレンシャル３５に駆動的に結合する。押圧力を除けば脱連結する。押圧力の付与には、既に述べた通り、ポンプ１７を利用した油圧によることができるが、必ずしもこれに限られず、空圧や歯車機構によることができる。

シャフト５３は、また、その中心を貫くように流路５３Ｈを備えてもよい。流路５３Ｈはシャフト５３の一端において開口し、またシャフト５３の側面に開口してクラッチ９の内部に連通している。潤滑油がシャフト５３の端の開口に供給されたときには、流路５３Ｈはこれをクラッチ９内に輸送する流路として作用する。クラッチプレートへの潤滑油の供給を促すべく、クラッチハブ５７は径方向に貫通した複数の開口を有してもよい。クラッチ９が回転することによる遠心力は、流路５３Ｈからクラッチプレートへの潤滑油の供給に有利に働く。

図４から特によく理解される通り、ケーシング２１はこれらの全てのシャフトを互いに平行に、また特に幅方向に平行に、回転可能に支持する。幅方向にコンパクトにするべく、各ギアはこれらのシャフトに直交する一の平面付近に配列することができる。また図２から特によく理解される通り、これらのシャフトは高さ方向に異なる高さに配列することができ、例えば第１のドライブシャフト３１および第２のドライブシャフト３７をより上方に、デファレンシャル３５およびクラッチ９のシャフト５３をより下方に配置することができる。このことによりケーシング２１を長さ方向に圧縮することができる。これらの配置によれば、クラッチ９はケーシング２１において中央付近の下部に位置し、デファレンシャル３５のリングギア４１はこれに隣接する。

ケーシング２１は、二以上に分割することができる。特に２つに分割するときには、側壁２１Ｓはそれぞれ一体のまま、周壁２１Ｗに沿って幅方向に分割することができる。両側壁２１Ｓは各シャフトの両端付近を支持する軸受けとして働き、周壁２１Ｗが結合したときには内部に単一の空間を囲み、かかる空間に各シャフト、デファレンシャル３５、ギア組４３，４５、およびクラッチ９が収容される。車軸や動力源との結合のために幾つかの開口があるが、これらは適宜のシール手段により液密に封ずることができ、以って内部の潤滑油が漏れることはない。

ケーシング２１は、その下方にオイル溜り２１Ｒを備えることができる。ケーシング２１内に分散した潤滑油は重力によりオイル溜り２１Ｒに戻り、各ギアの回転により再びケーシング２１内を循環する。特に、最も下方まで延びるリングギア４１が先ず潤滑油を掻き上げ、次いで他のギアがこれを受容して輸送することにより、潤滑油がケーシング２１の全体を循環すると推定される。

分割されたケーシング２１は、例えばその周壁２１Ｗにおいてボルト等により互いに結合することができるが、これに加えて、ケーシング２１は周壁２１Ｗから独立したセンターボス２３を備える。センターボス２３は、一方のまたは両方の側壁から一体的に突出した突起であり、ボルト穴を備えて側壁２１Ｓを互いに結合する。センターボス２３は、好ましくは側面視においてケーシング２１の中央付近であり、例えばリングギア４１とリングギア３７Ｇとの間に配置することができる。かかる位置において結合することは、高さ方向にも長さ方向にも大きいケーシング２１の補強および補剛に有利である。

さらにケーシング２１は、センターボス２３から連続するリブ２５を備えることができる。リブ２５は側壁２１Ｓの内面と一体であって、これを補強および補剛することができる。センターボス２３およびリブ２５はケーシング２１の中央付近にあり、また図２，３より理解される通り、ベセル部４７の裏側に相当する位置にある。かかる位置はケーシング２１において特に構造的に弱い部分であるので、かかる位置にセンターボス２３から連続するリブ２５が位置してケーシング２１を補強および補剛することは、トランスミッションの構造を維持するのに特に有利である。

図２に組み合わせて図５を参照するに、リブ２５は、クラッチ９に向けて延長されていてもよい。かかるリブ２５は必然的にリングギア４１に近接し、これに沿い、またこれに面するので、その側面２５Ｓはリングギア４１が掻き上げた潤滑油の流れＦを受容し、これをクラッチ９に誘導することができる。

主に図５を参照するに、クラッチ９のシャフト５３の一端を支持するべく、ケーシング２１は、その側壁２１Ｓの内面から内方に突出する、概ね筒状のレース部２７を備える。図４，６に示される通り、ベアリング５９がシャフト５３とレース部２７との間に介在して、シャフト５３を回転可能に支持する。ベアリング５９には例えばボールベアリングを適用することができるが、これに代えてローラベアリング等の他のベアリングでもよい。

リブ２５はレース部２７の外周に連続していてもよい。あるいはケーシング２１は他のリブ２９を備え、リブ２５はまずリブ２９に連続し、次いでリブ２９がレース部２７に連続していてもよい。またレース部２７は、リブ２５に沿うように、切欠き２７Ｃを備えてもよく、さらに切欠き２７Ｃを通りレース部２７の中心に向かうガター４９が側壁２１Ｓの内面に穿たれていてもよい。さらにまたガター４９に連続して、内面から突出したビーク（注ぎ口として作用する嘴のような構造物）５１を備えてもよい。ビーク５１は、好ましくはシャフト５３内の流路５３Ｈに部分的に嵌入する。これらの構造は、リブ２５の側面２５Ｓが受容する潤滑油の流れＦを流路５３Ｈに効率よく誘導するに有利である。

側壁２１Ｓの内面上には、レース部２７の外部であってリブ２９に隣接して、切欠き２７Ｃを中心に展開する扇型の面２５Ｆが広がっている。かかる扇型の面２５Ｆは、ガター４９に向かって傾斜する斜面になっていてもよい。潤滑油は、図中の矢印Ｆに示される通り、側面２５Ｓのみならず、かかる扇型の面２５Ｆにも誘導されて切欠き２７Ｃへ集まる。図６より理解される通り、扇型の面２５Ｆおよびガター４９は、切欠き２７Ｃを通り、ベアリング５９を潜って、レース部２７の外部と内部とを連通する経路として働き、潤滑油を流路５３Ｈへ供給することを可能にしている。すなわちこれらの構造も、潤滑油の流れＦを流路５３Ｈに効率よく誘導するに有利である。

既に述べた通り、本実施形態のごとき動力伝達装置は多軸を平行に支持する必要があるために、そのケーシングは高さ方向と長さ方向に大きく幅方向には薄い扁平な構造を有し、その構造の維持にも潤滑油の循環にも課題がある。本実施形態においては、主に、デファレンシャルに面したセンターボスおよびリブを備えることにより、両方の課題を解決している。

幾つかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正ないし変形をすることが可能である。

主にハイブリッド車に好適な動力伝達装置が提供される。

１ 動力伝達装置
３ 電動モータ
５ ジェネレータ
７ 燃焼機関
９ クラッチ
１１ ＥＣＵ
１３ バッテリ
１５ ギアボックス
１７ ポンプ
１９ サブモータ
２１ ケーシング
２１Ｒ オイル溜り
２１Ｓ 側壁
２１Ｗ 周壁
２３ センターボス
２５ リブ
２５Ｆ 扇型の面
２５Ｓ 側面
２７ レース部
２７Ｃ 切欠き
２９ リブ
３１ 第１のドライブシャフト
３３ 中間シャフト
３３Ｇ リングギア
３５ デファレンシャル
３５Ｈ アクスルホール
３７ 第２のドライブシャフト
３７Ｇ リングギア
３７Ｈ シャフトホール
３９ ドリブンシャフト
４１ リングギア
４３ 第１のギア組
４５ 第２のギア組
４７ ベセル部
４９ ガター
５１ ビーク
５３ シャフト
５３Ｇ リングギア
５３Ｈ 流路
５３Ｐ ピニオン
５５ クラッチドラム
５７ クラッチハブ
５９ ベアリング
Ｆ 流れ
Ｗ ワイヤリング

Claims (4)

1. 第１の動力源および第２の動力源から車軸へトルクを出力する動力伝達装置であって、
   前記第１の動力源と結合する第１のドライブシャフトと、
   前記第２の動力源と結合する第２のドライブシャフトと、
   前記車軸と結合するデファレンシャルと、
   前記第１のドライブシャフトと前記デファレンシャルとをギア結合するギア組と、
   前記第２のドライブシャフトとギア結合し、前記第２のドライブシャフトを前記デファレンシャルへ切断可能に接続するクラッチと、
   少なくとも前記第１のドライブシャフトと、前記第２のドライブシャフトと、前記デファレンシャルと、前記クラッチとを幅方向に実質的に平行に回転可能に支持する側壁と、前記側壁とそれぞれ一体であって前記幅方向に分割可能な周壁と、を備え、互いに結合した前記周壁は前記デファレンシャルと前記ギア組と前記クラッチとを囲むケーシングと、
   前記周壁からは独立して前記側壁を互いに結合するセンターボスと、
   前記センターボスから連続して前記クラッチへ向けて延びたリブであって、前記デファレンシャルに面したリブと、
   を備えた動力伝達装置であって、
   前記デファレンシャルは、前記ギア組および前記クラッチにギア結合するリングギアを備え、前記リブの側面は前記リングギアに面して前記リングギアから前記クラッチへ潤滑油を案内する、動力伝達装置。
2. 一方の前記側壁の外面は、前記第２の動力源を受容するベセル部を備え、前記リブは少なくとも部分的に前記ベセル部の裏面に延びる、請求項１の動力伝達装置。
3. 一方の前記側壁の内面は、前記クラッチのシャフトを回転可能に軸受けするべく内方に突出したレース部と、前記レース部の外部と内部とを連通する切欠きと、を備え、前記リブは前記レース部に連続して前記潤滑油を前記切欠きへ案内する、請求項１の動力伝達装置。
4. 前記レース部の前記内部は前記切欠きから前記レース部の中心に向かうガターと、前記ガターに連続して前記潤滑油を前記クラッチの前記シャフトの内部流路へ案内するべく前記内面から突出したビークと、を備える、請求項３の動力伝達装置。

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