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JP4743241B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

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JP4743241B2
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Description

この発明は、動力伝達装置に関し、より特定的には、車輌に搭載される動力伝達装置に関するものである。
従来、動力伝達装置は、たとえば特開2003−312282号公報(特許文献1)に開示されている。
特開2003−312282号公報
特許文献1では、モータが発生する動力を減速ギヤを介して差動部に入力する駆動装置において、差動部の出力をモータの中空軸を通過させて、差動部の出力軸とモータの軸とを同心軸とした駆動装置が開示されている。
しかしながら、従来の技術では、動力伝達装置内の各要素の冷却および潤滑を十分に行なうことができないという問題があった。
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、動力伝達装置の要素の十分な冷却および潤滑をすることが可能な動力伝達装置を提供することを目的とする。
この発明に従った動力伝達装置は、ロータおよびステータを有する回転電機と、回転電機の出力を減速する、オイルで潤滑される減速機と、回転電機と減速機とを収納するケースとを備える。減速機は、回転電機に接続される第一シャフトに設けられる第一ドライブギヤと、第一ドライブギヤに噛み合い、第一シャフトと平行な第二シャフトに設けられる第一ドリブンギヤと、第二シャフトに設けられる第二ドライブギヤと、第二ドライブギヤと噛み合い、第一シャフトと同軸で回転して第一シャフトより回転数の少ない第二ドリブンギヤとを含む。ケース内において、下側から、ステータ下端、第二ドリブンギヤ下端、第一ドリブンギヤ下端およびロータ下端が順に設けられる。第一ドリブンギヤまたは第二ドリブンギヤの少なくとも一方がかき上げたオイルを溜めてそのオイルをまたケース内に戻すリザーバタンクをさらに備える。
このように構成された動力伝達装置では、ステータ下端が低い位置にあるため、ステータ下端が冷却されやすくなる。これとは逆にロータ下端が高い位置にあるため、高速回転のロータの回転がオイルにより妨げられることがない。第二ドリブンギヤ下端が第一ドリブンギヤ下端よりも下側にあるため、回転数の小さい第二ドリブンギヤが多くオイルと接触する。これにより、回転数の大きい第一ドリブンギヤの接触を抑制し、回転抵抗を抑制することが可能となる。
好ましくは、動力伝達装置は、第二ドリブンギヤに接続される差動装置をさらに備える。
好ましくは、差動装置は1対のアクスルシャフトに接続され、第一アクスルシャフトが中空であり、アクスルシャフトの一部は中空の第一シャフト内を貫通する。
好ましくは、1対のアクスルシャフトの各々は車輪に接続される。
好ましくは、リザーバタンクはケースに設けられる。
好ましくは、第一ドリブンギヤおよび第二ドリブンギヤの両方がかき上げるオイルをリザーバタンクが受ける。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
図1は、この発明の実施の形態に従った動力伝達装置の断面図である。図1を参照して、動力伝達装置1200は、ケース1020を有する。ケース1020内にさまざまな動力を伝達する要素が収納されている。
ケース1020の一部分には回転電機2200が位置決めされている。回転電機2200は、筒状のステータ2232と、ステータ2232内に配置され、ステータ2232と対向するロータ2231とを有する。ステータ2232とロータ2231との間には隙間が設けられており、ロータ2231は出力シャフト1051とともに回転することが可能である。
出力シャフト1051の外周面にロータ2231が固定されている。
第一シャフト1052は出力シャフト1051に接続されて出力シャフト1051とともに回転する。第一シャフト1052は、ベアリング1063,1064により、ケース1020で回転可能に保持されている。第一シャフト1052は中空構造とされている。
第一ドライブギヤ1041が第一シャフト1052に取付けられている。
第一ドリブンギヤ1042は、第一ドライブギヤ1041と噛み合っている。第一ドリブンギヤ1042の外径は、第一ドライブギヤ1041の外径よりも大きい。第一ドリブンギヤ1042は第二シャフト1055に取付けられている。第一ドリブンギヤ1042の回転数は第一ドライブギヤ1041の回転数よりも少ない。第二シャフト1055はベアリング1065,1066により、ケース1020内で回転可能に保持されている。
第二ドライブギヤ1043は第二シャフト1055に取付けられており、第二シャフト1055および第一ドリブンギヤ1042とともに回転する。第二ドライブギヤ1043の外径は第一ドリブンギヤ1042の外径よりも小さい。
第二ドリブンギヤ1044が第二ドライブギヤ1043と噛み合っている。ファイナルドリブンギヤとしての第二ドリブンギヤ1044の外径はファイナルドライブギヤとしての第二ドライブギヤ1043の外径よりも大きい。第二ドリブンギヤ1044の外径はステータ2232の外径よりも小さい。第二ドリブンギヤ1044は第三シャフト1053に取付けられている。第三シャフト1053はベアリング1067,1068によりケース1020内で回転可能に保持されている。第三シャフト1053は中空形状である。
第二ドリブンギヤ1044に差動装置1100が取付けられている。差動装置1100は、第二ドリブンギヤ1044から入力された回転力をドライブシャフトとしてのアクスルシャフト1054,1058に分配する。このときのアクスルシャフト1054,1058の回転数をさまざまに変化させることができる。アクスルシャフト1054は車輪1010Rに接続され、アクスルシャフト1058は車輪1010Lに接続される。
ケース1020にはリザーバタンク1021,1022が取付けられている。リザーバタンク1021は第二ドリブンギヤ1044がかき上げたオイルを溜める働きをする。リザーバタンク1021に溜められたオイルはオイル経路1023によりベアリング1061を経由してケース1020内に戻される。
リザーバタンク1022はリザーバタンク1021と接続されている。第一ドリブンギヤ1042がかき上げたオイルがリザーバタンク1022に溜められ、リザーバタンク1022に溜められたオイルはリザーバタンク1021およびオイル経路1023を経由してケース1020内に戻される。
減速機1030は、第一ドライブギヤ1041、第一ドリブンギヤ1042、第二ドライブギヤ1043および第二ドリブンギヤ1044を含む。第一ドライブギヤ1041の回転数と第二ドリブンギヤ1044の回転数を比較すると、第二ドリブンギヤ1044の回転数は第一ドライブギヤ1041の回転数よりも少ない。
図2は、差動装置の構成を模式的に示す図である。自動車が走行中、旋回や路面の状況によって左右の車輪の回転数が異なり、これを自動的に差動させる装置が必要となる。たとえば、車輌がカーブするときには、内側の車輪の軌跡と外側の車輪の軌跡を比較すると、外側の車輪の通る距離が内側の車輪の通る距離よりも長くなる。したがって、外側の車輪は内側の車輪よりも速く、かつ多く回転しなければならない。
また、凹凸道路を走行しているとき、両輪が同じ凹凸上を走行する場合には両輪の回転数は同じとなる。しかしながら、片輪が平坦で片輪が凹凸のいずれかになっている道路を走行する場合、平坦路側の車輪より凹凸側路面の車輪の方が当然に回転数は多くなる。また、車輪の摩耗状態、空気圧によっても左右の車輪の回転数は異なる場合がある。
このような場合、左右のタイヤが同じ回転をすると、どちらかのタイヤがスリップしながら回転することになり、車輪の摩耗を著しく早め、走行性能にも悪影響があるので、動力を伝達すると同時に差動を行なう差動装置が必要となる。
差動装置1100は、リングギヤとしての第二ドリブンギヤ1044を有する。第二ドリブンギヤ1044にディファレンシャルケース1101が取付けられている。ディファレンシャルケース1101はピニオンシャフト1104を回転可能に保持している。ピニオンギヤ1102はディファレンシャルケース1101内に2個または4個設けられている。ピニオンギヤ1102,1103がピニオンシャフト1104に嵌め合わせられており、ピニオンギヤ1102,1103はディファレンシャルケース1101内で自転可能でかつ公転可能に取付けられている。
サイドギヤ1105,1106がピニオンギヤ1102,1103がと噛み合っており、ディファレンシャルケース1101内で回転可能に保持されている。サイドギヤ1105,1106にはアクスルシャフト1054,1058が嵌合している。
直進走行の場合には、左右の車輪の回転抵抗が等しいので左右のサイドギヤ1105,1106はピニオンギヤ1102,1103の公転に従って動き、全体が1つのブロックとなって回転する。この場合、ピニオンギヤ1102,1103は自転しないので、第二ドリブンギヤ1044の回転数と、ディファレンシャルケース1101の回転数とサイドギヤ1105,1106との回転数と、アクスルシャフト1054,1058の回転数が等しくなる。
自動車が旋回する場合には、内側の車輪は外側の車輪より転がる距離が短く、車輪の抵抗が大きくなる。逆に、外側の車輪の走行距離は長くなり外側の車輪に与えられる抵抗は小さくなる。そのため、サイドギヤ1105に加わる抵抗が大きく、サイドギヤ1106に加わる抵抗が小さくなる。これによりピニオンギヤ1102,1103が公転しながら自転し、サイドギヤ1106側の回転数が増加する。これにより、ディファレンシャルケース1101の回転力を不均等にアクスルシャフト1054,1058に分配することができる。
上述の差動装置1100では、ぬかるんだ路面や急旋回時等に片輪がスリップした場合や空転した場合に駆動力を失う。このような欠点を解消するために、差動装置1100内に差動制限装置が設けられていてもよい。
図3は、図1中のIII−III線に沿った断面図である。図3を参照して、ステータ2232の下端部2232bを通る油面を点線1613で示し、第二ドリブンギヤ1044の下端部1044bを通る油面を点線1012で示し、ロータ2231の下端部2231bを通る油面を点線1611で示している。ロータ2231、ステータ2232および第二ドリブンギヤ1044の中心線1601が共通している。これは、ロータ2231、ステータ2232および第二ドリブンギヤ1044が同軸上に位置するからである。なお、図3で示す断面では、回転電機2200およびリザーバタンク1021のみが見え、第一ドリブンギヤ1042および第二ドリブンギヤ1044が見えないので、第一ドリブンギヤ1042および第二ドリブンギヤ1044は想像線で示している。
図4は、図1中のIV−IV線に沿った断面図である。図4を参照して、第一ドリブンギヤ1042の下端部1042bは、点線1611と点線1612との間に位置している。第一ドリブンギヤ1042の一方側にリザーバタンク1021が設けられ、他方側にリザーバタンク1022が設けられている。
図5は、図1中のV−V線に沿った断面図である。図5を参照して、第二ドリブンギヤ1044はリザーバタンク1021から離れた位置に位置している。
図6は、図1中のVI−VI線に沿った断面図である。図6を参照して、第一ドライブギヤ1041と第一ドリブンギヤ1042とが噛み合っており、それらは矢印で示す方向に回転する。第一ドリブンギヤ1042の下部がオイル1600に浸されている。そのため、第一ドリブンギヤ1042はオイルをかき上げる。この例では、第一ドリブンギヤ1042がオイル1600をリザーバタンク1021にかき上げる例を示している。なお、第一ドリブンギヤ1042がオイルを別のリザーバタンクにかき上げることも可能である。
図7は、この発明に従った車輌に搭載される回転電機を駆動させるための電気回路を示す図である。図7を参照して、PCU(パワーコントロールユニット)2700は、コンバータ2710と、インバータ2720と、制御装置2730と、コンデンサC1,C2と、電源ラインPL1〜PL3と、出力ライン2740U,2740V,2740Wとを含む。コンバータ2710は、バッテリ3000とインバータ2720の間に接続され、インバータ2720は、出力ライン2740U,2740V,2740Wを介して回転電機2200と接続される。
コンバータ2710に接続されるバッテリ3000は、たとえばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリ3000は、発生した直流電圧をコンバータ2710に供給し、また、コンバータ2710から受ける直流電圧によって充電される。
コンバータ2710は、パワートランジスタQ1,Q2とダイオードD1,D2と、リアクトルLとからなる。パワートランジスタQ1,Q2は、電源ラインPL2,PL3間に直列に接続され、制御装置2730からの制御信号をベースに受取る。ダイオードD1,D2は、それぞれパワートランジスタQ1,Q2のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタQ1,Q2のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルLは、バッテリ3000の正極と接続される電源ラインPL1に一端が接続され、パワートランジスタQ1,Q2の接続点に他端が接続される。
このコンバータ2710は、リアクトルLを用いてバッテリ3000から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインPL2に供給する。また、コンバータ2710は、インバータ2720から受ける直流電圧を降圧してバッテリ3000を充電する。
インバータ2720は、U相アーム2750U、V相アーム2750VおよびW相アーム2750Wからなる。各相アームは、電源ラインPL2,PL3間2並列に接続される。U相アーム2750Uは、直列に接続されたパワートランジスタQ3,Q4を含み、V相アーム2750Vは、直列に接続されたパワートランジスタQ5,Q6を含み、W相アーム2750Wは、直列に接続されたパワートランジスタQ7,Q8を含む。ダイオードD3〜D8は、それぞれパワートランジスタQ3〜Q8のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタQ3〜Q8のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン2740U,2740V,2740Wを介してモータジェネレータとしての回転電機2200の各相コイルの半中性点側にそれぞれ接続されている。
インバータ2720は、制御装置2730からの制御信号に基づいて、電源ラインPL2から受ける直流電圧を交流電圧に変換して回転電機2200へ出力する。また、インバータ2720は、回転電機2200によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインPL2に供給する。
コンデンサC1は、電源ラインPL1,PL3間に接続され、電源ラインPL1の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサC2は、電源ラインPL2,PL3間に接続され、電源ラインPL2の電圧レベルを平滑化する。
制御装置2730は、モータトルク指令値、回転電機2200の各相電流値、およびインバータ2720の入力電圧に基づいて回転電機2200の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタQ3〜Q8をオン/オフするPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成してインバータ2720へ出力する。
また、制御装置2730は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ2720の入力電圧を最適化するためのパワートランジスタQ1,Q2のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタQ1,Q2をオン/オフするPWM信号を生成してコンバータ2710へ出力する。
さらに、制御装置2730は、回転電機2200によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ3000を充電するため、コンバータ2710およびインバータ2720におけるパワートランジスタQ1〜Q8のスイッチング動作を制御する。
PCU2700においては、コンバータ2710は、制御装置2730からの制御信号に基づいて、バッテリ3000から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインPL2に供給する。そして、インバータ2720は、コンデンサC2によって平滑化された直流電圧を電源ラインPL2から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換して回転電機2200へ出力する。
また、インバータ2720は、回転電機2200の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインPL2へ出力する。そして、コンバータ2710は、コンデンサC2によって平滑化された直流電圧を電源ラインPL2から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ3000を充電する。
図8は、この発明に従った動力伝達装置を後輪側に搭載した四輪駆動車の模式的な平面図である。図8を参照して、リア駆動ユニットとしての動力伝達装置1200が左右の車輪1010L,1010Rの間に設けられる。フロント側には、エンジン4800とトランスアクスル4700が設けられて、これらによって車輪1110Lと車輪1110Rとを駆動する。
この例では、リアの駆動ユニットとして本発明に従った動力伝達装置1200を用いているが、これに限られず、フロント側の駆動ユニットとして本発明に従った動力伝達装置1200を用いてもよい。また、四輪駆動車における車輌の中央部に本発明に従った動力伝達装置1200を用い、図1で示す差動装置1100をセンターデフとしてもよい。
図9から図11では、この発明に従った動力伝達装置を有する車輌の走行状態とオイルとの関係を示している。
図9は、回転電機および減速機が回転していない回転電機および減速機の停止状態を示す模式図である。図9で示す停止状態からエンジンの低回転状態では、カウンタドリブンギヤとしての第一ドリブンギヤ1042、ファイナルドリブンギヤとしての第二ドリブンギヤ1044、ロータ2231およびステータ2232のすべてがオイル1600に浸されている。この状態で第一ドリブンギヤ1042および第二ドリブンギヤ1044がオイル1600をかき上げると多くのオイル1600がリザーバタンク1021,1022へ移動する。これにより、最も高速で回転するロータ2231の油面への接触を抑えて早期にロータ2231の回転抵抗を減らすことができる。
図10は、低速回転から中速回転の状態にある回転電機および減速機を示す模式図である。図10で示すように、回転が増えて第一ドリブンギヤ1042および第二ドリブンギヤ1044がオイルをかき上げ続けるとロータ2231の下端部2231bがオイル1600に接触しなくなる。これによりロータ2231の回転抵抗を小さくすることができる。
また図10で示す状態からさらに回転数が増すと第一ドリブンギヤ1042および第二ドリブンギヤ1044の両方がオイルをかき上げる。
図11は、中速回転から高速回転の状態にある回転電機および減速機を示す模式図である。図11を参照して、さらに高速回転となるとオイル1600がかき上げられて第一ドリブンギヤ1042の下端部1042bがオイル1600に接触しなくなる。この状態であっても第二ドリブンギヤ1044の下端部1044bとステータ2232の下端部2232bはオイル1600に接触している。ステータ2232の下端部2232bは車速に依存せず常にオイル1600に接触しているため、オイル1600による冷却効果が期待できる。
なお、図11で示すように第一ドリブンギヤ1042の下端部1042bが完全にオイル1600に接触しない状態とならなくても、図10で示す状態からオイル1600が書き上げられて油面が低下することにより、第一ドリブンギヤ1042および第二ドリブンギヤ1044とオイル1600との接触が図10で示す状態に比べて抑制され、これにより効率が向上する。
この発明に従った動力伝達装置1200は、回転電機2200と、回転電機2200の出力を減速する減速機1030と、回転電機2200と減速機1030とを収納するケース1020とを備える。減速機1030は、回転電機2200に接続される第一シャフト1052に設けられた第一ドライブギヤ1041と、第一ドライブギヤ1041に噛み合い、第一シャフト1052に平行な第二シャフト1055に設けられる第一ドリブンギヤ1042と、第二シャフト1055に設けられる第二ドライブギヤ1043と、第二ドライブギヤ1043に噛み合い、第一シャフト1052と同軸で第一シャフト1052より回転数の少ない第二ドリブンギヤ1044とを含む。ケース1020内において、下側から、順にステータ2232の下端部2232b、第二ドリブンギヤ1044の下端部1044b、第一ドリブンギヤ1042の下端部1042bおよびロータ2231の下端部2231bが設けられる。第一ドリブンギヤ1042または第二ドリブンギヤ1044の少なくとも一方がかき上げたオイル1600を溜めて、そのオイル1600をケース1020内に戻すリザーバタンク1021,1022がさらに設けられている。
第二ドリブンギヤ1044に接続される差動装置1100をさらに備える。
差動装置1100は、1対のアクスルシャフト1054,1058に接続される。第一シャフト1052は中空であり、アクスルシャフト1058は中空の第一シャフト1052を貫通する。
1対のアクスルシャフト1054,1058は、車輪1010L,1010Rに接続される。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明の実施の形態に従った動力伝達装置の断面図である。 差動装置の構成を模式的に示す図である。 図1中のIII−III線に沿った断面図である。 図1中のIV−IV線に沿った断面図である。 図1中のV−V線に沿った断面図である。 図1中のVI−VI線に沿った断面図である。 この発明に従った車輌に搭載される回転電機を駆動させるための電気回路を示す図である。 この発明に従った動力伝達装置を後輪側に搭載した四輪駆動車輌の模式的な平面図である。 回転電機および減速機が回転していない回転電機および減速機の停止状態を示す模式図である。 低速回転から中速回転の状態にある回転電機および減速機を示す模式図である。 中速回転から高速回転の状態にある回転電機および減速機を示す模式図である。
符号の説明
1010L,1010R,1110L,1110R 車輪、1020 ケース、1021,1022 リザーバタンク、1023 オイル経路、1030 減速機、1041 第一ドライブギヤ、1042 第一ドリブンギヤ、1042b,2231b,2232b 下端部、1043 第二ドライブギヤ、1044 第二ドリブンギヤ、1051 出力シャフト、1052 第一シャフト、1053 第三シャフト、1054,1058 アクスルシャフト、1055 第二シャフト、1061,1063,1064,1065,1066,1067,1068 ベアリング、1100 差動装置、1101 ディファレンシャルケース、1102,1103 ピニオンギヤ、1104 ピニオンシャフト、1105,1106 サイドギヤ、1200 動力伝達装置、1600 オイル、1601 中心線、2200 回転電機、2231 ロータ、2710 コンバータ、2720 インバータ、2730 制御装置、2740U,2740V,2740W 出力ライン、2750U U相アーム、2750V V相アーム、2750W W相アーム、3000 バッテリ、4700 トランスアクスル、4800 エンジン。

Claims (6)

  1. ロータおよびステータを有する回転電機と、
    前記回転電機の出力を減速する、オイルで潤滑される減速機と、
    前記回転電機と前記減速機とを収納するケースとを備え、
    前記減速機は前記回転電機に接続される第一シャフトに設けられる第一ドライブギヤと、
    前記第一ドライブギヤに噛み合い、第一シャフトに平行な第二シャフトに設けられる第一ドリブンギヤと、
    前記第二シャフトに設けられる第二ドライブギヤと、
    前記第二ドライブギヤと噛み合い、前記第一シャフトと同軸で回転して前記第一シャフトより回転数の少ない第二ドリブンギヤとを含み、
    前記ケース内において、下側から、前記ステータ下端、前記第二ドリブンギヤ下端、前記第一ドリブンギヤ下端および前記ロータ下端が設けられ、
    前記第一ドリブンギヤまたは前記第二ドリブンギヤの少なくとも一方がかき上げたオイルを溜めてそのオイルをまたケース内に戻すリザーバタンクをさらに備えた、動力伝達装置。
  2. 前記第二ドリブンギヤに接続される差動装置をさらに備えた、請求項1に記載の動力伝達装置。
  3. 前記差動装置は1対のアクスルシャフトに接続され、前記1対のアクスルシャフトは、中空の前記第一シャフト内を貫通する、請求項2に記載の動力伝達装置。
  4. 1対の前記アクスルシャフトの各々は車輪に接続される、請求項3に記載の動力伝達装置。
  5. 前記第一ドリブンギヤおよび前記第二ドリブンギヤの両方がかき上げるオイルを前記リザーバタンクが受ける、請求項1から4のいずれか1項に記載の動力伝達装置。
  6. 前記リザーバタンクは前記ケースに設けられる、請求項1から5のいずれか1項に記載の動力伝達装置。
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