(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
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。
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。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。