JP6794313B2 - パーキングブレーキを備えた動力伝達装置 - 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に用いられる、パーキングブレーキを備えた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、クラッチを介して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しようとすると、装置は複雑かつ大規模になりがちである。またかかる動力伝達装置は好ましくはパークロック機構も含む。これらクラッチやパークロック機構を制御するための電装品も必要であるために、動力伝達装置は一層複雑かつ大規模になりがちである。

特許文献１，２は、関連する技術を開示する。

特開２０１０−２４７７８６号公報 特開２０１５−０５４６７０号公報

簡易かつコンパクトにも関わらず、第２の動力源の断続とパークロックとの両方を実現することができる動力伝達装置を提供する。

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、車軸へトルクを差動的に分配するデファレンシャルと、第１の動力源とデファレンシャルとに駆動的に結合した第１のギヤ組と、第２の動力源に駆動的に結合した第２のギヤ組と、固定されたパーキングギヤと、第１のギヤ組を自由にする第１の状態と、第１のギヤ組を第２のギヤ組に連結する第２の状態と、第１のギヤ組をパーキングギヤに連結する第３の状態とを選択的に実現するべく構成されたクラッチと、を備えた動力伝達装置であって、軸方向に移動可能なシフトフォークを備えたアクチュエータをさらに備え、シフトフォークが第１の位置において前記第１の状態が実現し、第１の位置から軸方向に移動した第２の位置において第２の状態が実現し、第１の位置に関して第２の位置とは反対方向の第３の位置において第３の状態が実現するべく、シフトフォークとクラッチとは結合している。

好ましくは、クラッチは、第１のギヤ組に駆動的に結合したハブと、第２のギヤ組に駆動的に結合した歯と、ハブにスプライン結合して軸方向に可動であって、軸方向に移動することにより歯とパーキングギヤの何れかに噛合可能なカップリングスリーブと、を備える。より好ましくは、動力伝達装置は、単一の空間を囲み、かかる空間に第１および第２のギヤ組と、デファレンシャルと、クラッチとを収容するべく寸法づけられたケーシングをさらに備え、アクチュエータは、ケーシングの外に配置されたシリンダを備え、シフトフォークはシリンダより延びてケーシングを貫きカップリングに結合している。さらにまた好ましくは、かかるクラッチは、歯とハブとの間に介在して歯をハブに同期せしめるシンクロナイザをさらに備えるが、パーキングギヤとハブとの間にはシンクロナイザは介在しない。

簡易かつコンパクトにも関わらず、第２の動力源の断続とパークロックとの両方を実現することができる動力伝達装置が提供される。

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、動力伝達装置の断面図である。 図３は、クラッチの付近を拡大して見せる動力伝達装置の断面図である。 図４は、（ａ）シャフトがリングギヤおよびパーキングギヤから自由である状態と、（ｂ）シャフトがリングギヤに連結した状態と、（ｃ）シャフトがパーキングギヤに連結した状態と、をそれぞれ表す断面図である。

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。

各図において、Ｆは前を、Ａは後ろを、Ｒは右を、Ｌは左を、それぞれ表すが、これらの区別は説明の便宜のために過ぎず、左右を入れ替え、あるいは前後を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、後車輪のためのギヤボックス１３と、を備える。動力伝達装置１はトルクの伝達を制御するためのクラッチ９を内蔵し、またこれを駆動するためのアクチュエータ１１を備える。ギヤボックス１３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）１５が接続されている。ＥＣＵ１５にはバッテリ１７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る。詳しくは後述するが、電動モータ３はギヤ組を介して前車軸に駆動的に常時結合しているが、燃焼機関７とジェネレータ５との組み合わせはクラッチ９が連結したときにのみ、これと駆動的に結合する。

燃焼機関７は、既に述べた通り副動力源であると共に、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、他の形式の内燃機関を利用してもよく、あるいは可能ならば外燃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１７の充電に利用され、さらにバッテリ１７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。

電動モータ３とジェネレータ５とは、例えば動力伝達装置１のケーシング２１に関して同じ側に配置することができ、燃焼機関７はこれらとは反対側に配置することができる。またこれらの軸は互いに平行にすることができる。クラッチ９を操作するためのアクチュエータ１１は、例えば電動モータ３やジェネレータ５と同じ側であってその下方に配置することができるが、必ずしもこれに限られない。もちろんこれらの配置は、図示されたものに代えて、種々の変形がありうる。

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のギヤ組４５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４７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のギヤ組４９と、第２のギヤ組４９をデファレンシャル４７に切断可能に連結するクラッチ９と、を備える。

これらの全体は、ケーシング２１に液密的に収容される。ケーシング２１は、二以上に分割することができ、ボルト等により相互に結合することができる。結合したときにはケーシング２１は単一の空間を囲み、かかる空間に各シャフト、デファレンシャル４７、ギヤ組４５，４９、およびクラッチ９を収容して回転可能に支持する。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。アクチュエータ１１は、ケーシング２１の内部でもよいし、あるいはその外部に突出し、クラッチ９を操作するためのシフトフォーク３３のみがアクチュエータ１１から延びてケーシング２１を貫き、その内部に陥入していてもよい。

デファレンシャル４７のサイドギヤは、それぞれ動力伝達装置１のケーシング２１の両側に臨んでおり、それぞれ右および左の前車軸にスプライン結合する。図２においてはデファレンシャル４７はベベルギヤ式の差動ギヤ組だが、フェースギヤ式やヘリカルギヤ式等、いずれの形式の差動ギヤ組であってもよく、あるいは差動ギヤ組に代えて、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。

図３を参照するに、クラッチ９は、概して、ケーシング２１に回転可能に支持されたシャフト２３と、シャフト２３と一体的に回転するハブ２５と、シャフト２３に対して相対的に回転可能なリングギヤ４１と、シャフト２３と共に回転するピニオン４３と、ケーシング２１に固定または回り止めされたパーキングギヤ３１と、を備える。

リングギヤ４１は第２のギヤ組４９に常時駆動的に連結しており、またピニオン４３はデファレンシャル４７および第１のギヤ組４５に常時駆動的に連結しているが、クラッチ９がハブ２５をリングギヤ４１に連結しない限り、第１のギヤ組４５は第２のギヤ組４９から自由である。クラッチ９がハブ２５をリングギヤ４１に連結すると、第２のギヤ組４９（すなわち燃焼機関７とジェネレータ５との組み合わせ）がデファレンシャル４７に駆動的に結合する。一方、クラッチ９がハブ２５をパーキングギヤ３１に連結すると、シャフト２３を介してデファレンシャル４７が回転不能になり、すなわち車両はパークロックされる。

すなわちクラッチ９は、第１のギヤ組４５を自由にする第１の状態と、第１のギヤ組４５を第２のギヤ組４９に連結する第２の状態と、第１のギヤ組４５をパーキングギヤ３１に連結する第３の状態とを選択的に実現するように構成されている。そのようなクラッチ９には種々の態様がありうるが、例えば図示の例によれば、ハブ２５の外周にスプライン結合したカップリングスリーブ２７を、クラッチ９はさらに備える。スプラインはシャフト２３の軸方向に平行に切られており、またシフトフォーク３３は、その回転を許容するようにカップリングスリーブ２７に係合しているので、アクチュエータ１１の動作に応じてカップリングスリーブ２７は軸方向に移動する。図４（ａ）に示すごとく、カップリングスリーブ２７が中立の位置にあるときは、シャフト２３はリングギヤ４１およびパーキングギヤ３１から自由である。

なお本明細書および添付の特許請求の範囲において、特段の説明がなければ、軸方向はシャフト２３の軸の方向の意味であり、また後に説明するように、シャフト２３を含む各シャフトの軸方向は互いに実質的に同一にすることができる。

リングギヤ４１は、一体に、または別体であって例えばスプライン結合によってこれに固定された、コーン２９を備え、かかるコーン２９は歯２９ａを備える。歯２９ａはカップリングスリーブ２７のスプライン歯と噛合するべくスプライン歯になっている。図４（ｂ）に示すごとくシフトフォーク３３がカップリングスリーブ２７をコーン２９側に移動すると、カップリングスリーブ２７が歯２９ａに噛合し、以ってハブ２５がリングギヤ４１に連結する。

ハブ２５とリングギヤ４１とは共に回転部材であって、その間には周速差があるので、かかる周速差を吸収するべくハブ２５とコーン２９との間にはシンクロナイザリング３５が介在してもよい。シンクロナイザリング３５は、カップリングスリーブ２７の移動に伴い、また歯２９ａへの噛合に先行して、ハブ２５とコーン２９との両方に摩擦を生じ、両者の周速差を吸収して同期せしめる。すなわちスリーブ２７、ハブ２５、リング３５、コーン２９よりなる組み合わせは、ハブ２５とコーン２９とを同期せしめた上で両者を連結するシンクロナイザを構成する。シンクロナイザとしては、シングルコーン式であってもよく、もちろんダブルコーン式であってもよい。あるいは他の適宜の構成によりハブ２５とコーン２９とを同期せしめてもよい。

パーキングギヤ３１は既に述べた通りケーシング２１に固定または回り止めされている。好ましくはパーキングギヤ３１はシャフト２３と同軸であり、例えばシャフト２３の一方のベアリングを支持するレースの外周に嵌合する。またパーキングギヤ３１は、リングギヤ４１と同様に、またハブ２５に関して歯２９ａと略対称的に、歯３１ａを備えており、カップリングスリーブ２７と噛合可能である。図４（ｃ）に示すごとくシフトフォーク３３がカップリングスリーブ２７をパーキングギヤ３１側に移動すると、カップリングスリーブ２７が歯３１ａに噛合し、以ってハブ２５が回転不能になる。上述と同様にシンクロナイザリングが介在してもよいが、省略することができる。車両をパークロックする際には、通常、デファレンシャル４７やシャフト２３は停止した状態であるので、周速差は問題にならない。

ハブ２５とリングギヤ４１との連結、ハブ２５とパーキングギヤ３１との連結の一方または両方は、スプライン歯による噛合に代えて、スプラインからは独立したドッグ歯、ラッチやラチェットによる係合、あるいは摩擦によってもよい。いずれにせよ、カップリングスリーブ２７ないしこれに相当する構成要素が、図４（ａ）ないし（ｃ）に示す軸方向に移動することにより、ギヤ組４５，４９間の連結−脱連結およびパークロックを実現する。

図４（ｂ）に示す状態においてのみ、燃焼機関７はデファレンシャル４７に駆動的に連結され、そのトルクは車両の駆動と発電との両方に利用される。図４（ａ）または（ｃ）に示す状態において燃焼機関７はデファレンシャル４７から自由であって、そのトルクはジェネレータ５による発電に専ら利用され、あるいは車両の走行に関わらず停止することができる。

図２に戻って参照するに、アクチュエータ１１を駆動するためにシリンダ１９を利用することができる。シリンダ１９は、ケーシング２１の内部に配置してもよいが、ケーシング２１の外に配置することができる。またケーシング２１に関して燃焼機関７とは反対側に配置することができ、また電動モータ３やジェネレータ５と同じ側であってこれらより下方に配置することができる。かかる位置は、ケーシング２１の外であっても、比較的に外部の装置に干渉しにくく、そのレイアウトを制約することが少ない。もちろん他の配置を選択することができる。

シリンダ１９は、例えば電動モータに結合したボールねじ、クランクあるいはカムのごとき機構を備え、電力の投入に応じてシフトフォーク３３に直線運動を生ずる。あるいはかかる機構に代えて、直接に直線運動を生じるリニアモータのごとき電動モータを利用してもよく、あるいは油圧や空圧のごとき液圧によるシリンダを利用してもよい。いずれにしろ、電力の投入に応じてシフトフォーク３３が軸方向に前進または後退する。

上述のクラッチ９およびアクチュエータ１１の組み合わせによれば、一のシリンダ１９による前進および後退の動作だけで動力伝達の断続とパークロックの両方を実現できる。これは動力伝達装置１の構造の簡略化を可能にする。またクラッチのための制御装置と、パークロックのための制御装置とを独立して用意する必要がないので、その制御のための電装品も簡略化することができる。さらにシリンダ１９はバッテリ１７に溜められた電力を利用していつでも駆動できるので、車両が停車していても、あるいは燃焼機関７がストールしていても、クラッチ９を駆動することが可能になる。またクラッチ９は、電源が切断された場合でもその状態を維持するために、意図せずにパークロックを解除してしまうことがない。

アクチュエータ１１はシリンダ１９の動作によってのみ駆動される必要はなく、例えばコイルスプリングや板バネのごとき弾発体を利用して、特定の位置に復帰するようにしてもよい。例えばシフトフォーク３３を中立位置に向けて付勢するべく弾発体を配置すれば、電源が切断されたときにはクラッチ９は自動的に図４（ａ）の状態に復帰する。あるいは図４（ｃ）の状態に復帰するべく弾発体を配置すれば、電源が切断されたときには常にパークロックがなされることが期待できる。

シャフト２３には、これに対して相対回転できるようにリングギヤ４１が嵌合しており、またその間にはニードルベアリングのごときベアリングが介在していてもよい。リングギヤ４１は第２のギヤ組４９に噛合する。シャフト２３にはさらに、デファレンシャル４７のリングギヤ４８に噛合するピニオン４３がスプライン結合しており、これはリングギヤ４１に軸方向に隣接するように配置されていてもよい。ピニオン４３はデファレンシャル４７が備えるリングギヤ４８に、あるいは第１のギヤ組４５に、噛合する。

シャフト２３は、例えば軽量化の目的で中空にすることができる。かかる空洞をベアリングへの潤滑油の供給に利用するべく、空洞から一以上の貫通孔がベアリングに向けて放射状に延びていてもよい。シャフト２３による遠心力を利用して潤滑油がベアリングに供給される。

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５１を備え、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５１はまたピニオン５２を、一体または別体として備え、デファレンシャル４７が備えるリングギヤ４８に駆動的に結合する。その間には、リングギヤ５６およびピニオン５０を備えた中間シャフト５５が介在していてもよい。これらの互いに噛合したギヤは、第１のギヤ組４５を構成する。これらのギヤにはヘリカルギヤ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のギヤ組４５は減速ギヤにすることができる。第１のギヤ組４５がリングギヤ４８を介してデファレンシャル４７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。

動力伝達装置１は、また、第２のドライブシャフト５７を備え、その一端はケーシング２１の外部に引き出されて燃焼機関７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５７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５７に直接に、あるいはこれと別体のドリブンシャフト５９に、結合する。ドリブンシャフト５９も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５７はリングギヤ５８を、一体または別体として備え、ドリブンシャフト５９はこれに噛合するピニオン６０を備え、これらは第２のギヤ組４９を構成する。これらのギヤにもヘリカルギヤ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のギヤ組４９も減速ギヤにすることができる。燃焼機関７から見たときには、第２のギヤ組４９は等速ないし増速ギヤにすることができる。

これらの全てのシャフトは互いに平行にすることができ、また各ギヤ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。それゆえ動力伝達装置１の全体は、幅方向に極めて小さくすることができる。またこれらのシャフトを単一の水平面上に配列する必要はなく、例えば第１のドライブシャフト５１および第２のドライブシャフト５７をより上方に、デファレンシャル４７およびクラッチ９のシャフト２３をより下方に配置することができる。これによりシャフト５１，５７を近接せしめ、従って動力伝達装置１の全体を、前後方向にも、また上下方向にも、小さくすることができる。

上述の実施形態によれば、クラッチを操作するのに大きなオイルポンプを必要とせず、またその油圧をクラッチ内に導入するためのオイル経路も必要としないので、動力伝達装置１は簡易かつコンパクトであり、特にクラッチの周囲をコンパクトにすることができる。これは車両の側の設計自由度を著しく向上する。

また上述の動力伝達装置１によれば、第１の動力源（例えば電動モータ）のみが車両を駆動する図４（ａ）に示す状態から、第２の動力源（例えば燃焼機関およびジェネレータ）も駆動に参加せしめる図４（ｂ）に示す状態へ、アクチュエータ１１を軸方向に駆動するだけで移行することができ、さらにアクチュエータ１１を逆方向に駆動するだけで図４（ｃ）に示すパークロック状態へ移行することもできる。一のアクチュエータのみによってこれらの３状態を実現することができ、別にパークロック機構を用意する必要がないので、装置を簡易かつコンパクトにすることができる。また一のアクチュエータのみを制御すればよいので、制御のための電装品も簡易にすることができるので、動力伝達装置を一層簡易かつコンパクトにすることができる。

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。

簡易かつコンパクトにも関わらず、第２の動力源の断続とパークロックとの両方を実現することができる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 アクチュエータ
１３ ギヤボックス
１５ エレクトリックコントロールユニット（ＥＣＵ）
１７ バッテリ
１９ 電動シリンダ
２１ ケーシング
２３ シャフト
２５ ハブ
２７ カップリングスリーブ
２９ コーン
２９ａ 歯
３１ パーキングギヤ
３１ａ 歯
３３ シフトフォーク
３５ シンクロナイザリング
４１ リングギヤ
４３ ピニオン
４５ 第１のギヤ組
４７ デファレンシャル
４８ リングギヤ
４９ 第２のギヤ組
５０ ピニオン
５１ 第１のドライブシャフト
５２ ピニオン
５５ 中間シャフト
５６ リングギヤ
５７ 第２のドライブシャフト
５８ リングギヤ
５９ ドリブンシャフト
６０ ピニオン
Ｆ 前
Ａ 後ろ
Ｒ 右
Ｌ 左
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、
   前記車軸へ前記トルクを差動的に分配するデファレンシャルと、
   前記第１の動力源と前記デファレンシャルとに駆動的に結合した第１のギヤ組と、
   前記第２の動力源に駆動的に結合した第２のギヤ組と、
   固定されたパーキングギヤと、
   前記第１のギヤ組を自由にする第１の状態と、前記第１のギヤ組を前記第２のギヤ組に連結する第２の状態と、前記第１のギヤ組を前記パーキングギヤに連結する第３の状態とを選択的に実現するべく構成されたクラッチと、
   を備えた動力伝達装置であって、
   軸方向に移動可能なシフトフォークを備えたアクチュエータをさらに備え、
   前記シフトフォークが第１の位置において前記第１の状態が実現し、前記第１の位置から軸方向に移動した第２の位置において前記第２の状態が実現し、前記第１の位置に関して前記第２の位置とは反対方向の第３の位置において前記第３の状態が実現するべく、前記シフトフォークと前記クラッチとは結合している、動力伝達装置。
2. 前記クラッチは、前記第１のギヤ組に駆動的に結合したハブと、前記第２のギヤ組に駆動的に結合した歯と、前記ハブにスプライン結合して軸方向に可動であって、軸方向に移動することにより前記歯と前記パーキングギヤの何れかに噛合可能なカップリングスリーブと、を備えた、請求項１の動力伝達装置。
3. 単一の空間を囲み、前記空間に前記第１および第２のギヤ組と、前記デファレンシャルと、前記クラッチとを収容するべく寸法づけられたケーシングをさらに備え、
   前記アクチュエータは、前記ケーシングの外に配置されたシリンダを備え、前記シフトフォークは前記シリンダより延びて前記ケーシングを貫き前記カップリングスリーブに結合している、
   請求項２の動力伝達装置。
4. 前記クラッチは、前記歯と前記ハブとの間に介在して前記歯を前記ハブに同期せしめるシンクロナイザをさらに備え、前記パーキングギヤと前記ハブとの間にはシンクロナイザが介在しない、請求項２または３の動力伝達装置。

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