JP3823070B2

JP3823070B2 - 駆動装置

Info

Publication number: JP3823070B2
Application number: JP2002175634A
Authority: JP
Inventors: 俊文酒井; 直行酒井; 明浩大野; 博宅野; 宏久志野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2022-06-17
Also published as: JP2004017807A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータ等の駆動手段によりクラッチを介して、後輪等の被駆動手段を駆動し得るようにした駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
駆動装置は、一般に、駆動手段と被駆動手段を駆動力伝達手段で連結して構成されているもので、駆動手段から出力する駆動力を駆動力伝達手段を介して被駆動手段に伝達するようになっている。当該駆動装置においては、特開２００１−２８７５５０号公報に開示されているように、駆動手段の停止時や被駆動手段からの駆動手段への逆駆動力の入力を阻止すべく、駆動手段と被駆動手段間にクラッチを配設する構成が採用されることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したクラッチを備える形式の駆動装置においては、クラッチを配設することにより、必然的に、装置が大型化し、重量が増大し、かつ、コストが上昇することになる。このため、当該形式の駆動装置においては、装置の大型化、大重量化、高コスト化をできるかぎり最小限に抑えることが要請される。装置の大型化、大重量化、高コスト化は、採用するクラッチの形式、クラッチの駆動装置内での配置状態、クラッチの構造等によって大きく左右される。
【０００４】
本発明は、装置の大型化、大重量化、高コスト化を左右するこれらの要因に着目してなされたもので、その目的とするところは、当該形式の駆動装置において、クラッチを配設することによる装置の大型化、大重量化、高コスト化を可能な限り抑制することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は駆動装置に関し、駆動手段と被駆動手段を駆動力伝達手段で連結してなり、前記駆動手段から出力する駆動力を前記駆動力伝達手段を介して前記被駆動手段に伝達する形式の駆動装置を適用対象とするものである。
【０００６】
しかして、本発明に係る駆動装置においては、前記駆動力伝達手段を、前記駆動手段側と前記被駆動手段側を駆動力伝達可能に連結する減速歯車機構と、同減速歯車機構における入力側と出力側間に配置されてこれら両側間の駆動力伝達可能な連結を断続するクラッチを備える構成とし、かつ、同クラッチを、前記減速歯車機構における入力側と出力側の相対回転により作動して同クラッチの摩擦係合力を増強するカム機構を備える構成とし、かつ、前記クラッチおよび前記カム機構を下記に示す構成としていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る駆動装置においては、前記クラッチを、前記減速歯車機構を構成する出力側の出力軸上に一体回転可能に組付けた回転部材と、同回転部材の一側に配置した電磁コイルと、前記回転部材の他側に位置し前記電磁コイルへの通電時に前記回転部材の他側に吸引されて同回転部材の他側面に摩擦係合するアーマチャと、同アーマチャを前記回転部材の他側面から引き離す方向に付勢する付勢部材と、前記アーマチャと前記減速歯車機構の入力側間に位置するカム機構を備える構成としている。
【０００８】
また、本発明に係る駆動装置においては、前記カム機構を、前記減速歯車機構を構成する出力軸上に回転可能に組付けられている入力側の歯車を第１カム部材とし、かつ、前記アーマチャを第２カム部材とし、これら両カム部材の互いの対向面に設けた互いに対向するカム溝にカムフォロアを介装して構成している。
【００１１】
なお、本発明に係る駆動装置については、駆動力伝達手段として、前記減速歯車機構から出力する駆動力を左右の車輪側へ分配するディファレンシャルを備える駆動力伝達手段を採用して、各駆動装置を車両用駆動装置に構成することができる。この場合、駆動手段として電動モータを採用することにより、前後輪駆動車の補助駆動輪を駆動させる駆動装置に構成することができる。
【００１２】
【発明の作用・効果】
本発明に係る駆動装置においては、基本的には、駆動力伝達手段を構成するクラッチを、駆動手段と被駆動手段を駆動力伝達可能に連結する減速歯車機構における入力側と出力側の間に配置している。当該配置によれば、駆動力伝達手段を構成するその他の機構、例えばディファレンシャル等とは別体に構成することができて、クラッチの構造を単純化できるとともに、ディファレンシャル等他の機構として標準の構成の機構を採用することができて、装置の大型化および大重量化を抑制して、駆動装置を廉価に構成することができる。
【００１３】
また、本発明に係る駆動装置においては、クラッチを、減速歯車機構における入力側と出力側の相対回転により作動してクラッチの摩擦係合力を増強するカム機構を備える構成としているので、クラッチの摩擦係合力をカム機構の作用にて倍力することができ、小型で軽量なクラッチの使用を可能としている。このため、当該駆動装置においては、上記した基本的な配置関係に加えて、小型のクラッチを採用することによって、装置の大型化および大重量化を一層抑制して、駆動装置を廉価に構成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る駆動装置においては、駆動手段と被駆動手段を駆動力伝達可能に連結する減速歯車機構における入力側と出力側の間に配置するクラッチ、および、同クラッチが有するカム機構を特殊な構成として、それ自体を小型で軽量なものとしている。このため、当該駆動装置においては、上記した基本的な配置関係に加えて、小型で軽量なクラッチを採用することによって、装置の大型化および大重量化を一層抑制して、駆動装置を廉価に構成することができる。
【００１６】
本発明に係る駆動装置については、駆動力伝達手段として、減速歯車機構から出力する駆動力を左右の車輪側へ分配するディファレンシャルを備える駆動力伝達手段を採用すれば、車両用の好適な駆動装置に構成することができる。この場合、駆動手段として電動モータを採用することによって、前後輪駆動車の補助駆動輪を駆動させる好適な駆動装置に構成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、駆動装置に関するものである。図１は、本発明の一例に係る駆動装置を搭載した前後輪駆動車を示している。当該前後輪駆動車は、主駆動輪である前輪側を駆動する主駆動装置１０と、補助駆動輪である後輪側を駆動する補助駆動装置２０と、補助駆動装置２０を制御する制御装置３０を備えている。当該前後輪駆動車においては、補助駆動装置２０として本発明の一例に係る駆動装置を採用している。補助駆動装置２０の詳細については、図２および図３に示している。
【００１８】
当該前後輪駆動車を構成する主駆動装置１０は、エンジン１１、第１ジェネレータ１２、トランスミッション１３、減速ギヤ列１４、および、フロントディファレンシャル１５等を備えている。主駆動装置１０においては、エンジン１１の駆動力は、トランスミッション１３、減速ギヤ列１４を経てフロントディファレンシャル１５に伝達される。伝達された駆動力は、フロントディファレンシャル１５にて各ドライブシャフト１６に分配されて、各ドライブシャフト１６にて前輪１７が駆動される。この間、エンジン１１は、第１ジェネレータ１２を駆動して低電圧の電力を発電させる。発電された電力は、低電圧バッテリー１８に蓄電される。低電圧バッテリー１８は、車両に搭載されている補機部品を駆動させるためのバッテリーであって、例えば１２Ｖ用バッテリーである。
【００１９】
補助駆動装置２０は、電動モータ２０ａ、減速ギヤ列２０ｂ、電磁クラッチ２０ｃ、リヤディファレンシャル２０ｄ、および、第２ジェネレータ２０ｅを備えている。補助駆動装置２０においては、電動モータ２０ａが本発明における駆動手段に該当し、減速ギヤ列２０ｂが本発明における減速歯車機構に該当し、かつ、電磁クラッチ２０ｃが本発明におけるクラッチに該当する。電磁クラッチ２０ｃは、セルフロック式の電磁クラッチであって、減速ギヤ列２０ｂにおける入力側と出力側間に配設されていて、減速ギヤ列２０ｂにおける入力側と出力側間の駆動力伝達可能な連結を断続すべく機能する。
【００２０】
第２ジェネレータ２０ｅは、エンジン１１にて駆動されて高電圧の電力を発電する発電電圧可変の発電機であって、発電された電力（例えば３６Ｖ）を、電動モータ２０ａに供給して電動モータ２０ａを駆動する。電動モータ２０ａの駆動力は、減速ギヤ列２０ｂに入力され、電磁クラッチ２０ｃを通して減速ギヤ列２０ｂ出力されて、リヤディファレンシャル２０ｄに伝達される。伝達された駆動力は、リヤディファレンシャル２０ｄにて各ドライブシャフト２１ａに分配されて、各ドライブシャフト２１ａにて後輪２１ｂが駆動される。
【００２１】
制御装置３０は、スロットル開度センサＳ1、車輪速センサＳ2、４ＤＷスイッチの状態を検出するスイッチセンサＳ3等に接続されているもので、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）および駆動回路を備えている。ＭＰＵは、ＣＰＵ、および、電磁クラッチ２０ｃ、第２ジェネレータ２０ｅ等を制御する制御用プログラムやデータを保持するメモリを有するもので、各センサＳ1〜Ｓ3から出力される検出信号を、インタフェースを介して取り込む。ＭＰＵは、取り込んだ各検出信号に基づいて、電磁クラッチ２０ｃの動作すべき状態を判定するとともに、第２ジェネレータ２０ｅの発電電力の電圧を設定し、これらの判定結果を電磁クラッチ２０ｃ、第２ジェネレータ２０ｅの動作すべき指令信号として、インタフェースを介して駆動回路に出力する。
【００２２】
駆動回路は、ＭＰＵからの指令信号に基づいて、電磁クラッチ２０ｃのＯＮ（結合）−ＯＦＦ（遮断）を制御するとともに、第２ジェネレータ２０ｅの発電電力の電圧を設定し、設定された電圧の電力を電動モータ２０ａに供給して、電動モータ２０ａの駆動を制御する。制御装置３０は、４ＷＤスイッチがＯＮしている場合、電動モータ２０ａの作動状態を選択する制御を行う。
【００２３】
制御装置３０は、スロットル開度センサＳ1、車輪速センサＳ2、４ＤＷスイッチの状態を検出するスイッチセンサＳ3からの検出信号に基づいて、電動モータ２０ａが作動すべき状態を判定する。判定結果は、指令信号として駆動回路に出力される。駆動回路は、当該指令信号に基づいて電磁クラッチ２０ｃ、第２ジェネレータ２０ｅの作動を制御して、第２ジェネレータ２０ｅの駆動および電磁クラッチ２０ｃの駆動を制御する。これにより、補助駆動装置２０は、後輪２１ｂ側を駆動させて、車両を前後輪駆動状態に形成する。
【００２４】
しかして、本発明に係る駆動装置である補助駆動装置２０は、駆動手段である電動モータ２０ａと被駆動手段である後輪２１ｂ側とを駆動力伝達可能に連結する駆動力伝達手段として、図１〜図３に示すように、減速ギヤ列２０ｂ、電磁クラッチ２０ｃおよびリヤディファレンシャル２０ｄを備えている。当該駆動力伝達手段においては、減速ギヤ列２０ｂが入力側と出力側に分割されていて、入力側と出力側間に電磁クラッチ２０ｃが配置されている。また、リヤディファレンシャル２０ｄは、減速ギヤ列２０ｂの出力側から駆動力が伝達されるように配置されている。
【００２５】
減速ギヤ列２０ｂを構成する入力側は、ミッションケース内にて回転可能に支持されている入力軸２２ａと、入力軸２２ａ上に一体回転可能に組付けられている第１ギヤ２２ｂ、入力軸２２ａ上に一体に形成されている第２ギヤ２２ｃ、出力側を構成する出力軸２３ａ上に回転可能に組付けられている第３ギヤ２２ｄにて構成されている。第１ギヤ２２ｂは、電動モータ２０ａの出力軸に一体に形成されている出力ギヤ２２ｅに噛合している。
【００２６】
減速ギヤ列２０ｂを構成する出力側は、図２に示すように、ミッションケース内にて回転可能に支持されている出力軸２３ａと、出力軸２３ａ上に一体に形成されている第４ギヤ２３ｂにて構成されている。出力軸２３ａは、入力軸２２ａに並列的に支持されていて、第４ギヤ２３ｂはリヤディファレンシャル２０ｄの入力手段であるリングギヤ２４に噛合し、かつ、出力軸２３ａ上に回転可能に組付けられている入力側の第３ギヤ２２ｄが入力側の第２ギヤ２２ｃに噛合している。
【００２７】
リヤディファレンシャル２０ｄは、それ自体公知のもので、ミッションケース内にて回転可能に支持されているディファレンシャルケース２５ａと、同ケース２５ａ内に収容されている一対のピニオン２５ｂと、両ピニオン２５ｂに噛合する一対のサイドギヤ２５ｃを備えている。当該リヤディファレンシャル２０ｄにおいては、リングギヤ２４を介して駆動力が伝達され、入力された駆動力を各サイドギヤ２５ｃに連結する各ドライブシャフト２１ａ側へ分配する。これにより、両後輪２１ｂが駆動して、車両が前後輪駆動状態に形成される。
【００２８】
減速ギヤ列２０ｂの入力側と出力側間に配置されている電磁クラッチ２０ｃは、減速歯車機構２０ｂを構成する出力軸２３ａ上に組付けられている。電磁クラッチ２０ｃは、図３に示すように、出力軸２３ａの外周上に一体的に組付けられている円盤状の回転部材２６ａと、回転部材２６ａの環状凹所にヨークに支持されて嵌合して組付けられている電磁コイル２６ｂと、出力軸２３ａの外周上に回転可能に組付けられて回転部材２６ａの外側面側に位置するアーマチャ２６ｃと、回転部材２６ａとアーマチャ２６ｃ間に介装されているリターンスプリング２６ｄを備えるとともに、アーマチャ２６ｃと減速ギヤ列２０ｂの入力側の第３ギヤ２２ｄ間に配置されているカム機構Ｃを備えている。
【００２９】
当該電磁クラッチ２０ｃを構成するアーマチャ２６ｃは、電磁コイル２６ｂへの電流の印加によって生じる磁力の作用で、リターンスプリング２６ｄに抗して回転部材２６ａの外側面側に吸引されて回転部材２６ａの外側面に摩擦係合するものである。
【００３０】
カム機構Ｃは、減速歯車機構２０ｂを構成する入力側の第３ギヤ２２ｄを第１カム部材とし、これに対向するアーマチャ２６ｃを第２カム部材とするもので、第１カム部材である第３ギヤ２２ｄと第２カム部材であるアーマチャ２６ｃの互いの対向面に形成されている互いに対向するカム溝にカムフォロア２６ｅを嵌合させることにより構成されている。
【００３１】
かかる構成の電磁クラッチ２０ｃにおいては、電磁コイル２６ｂへ電流を印加することにより生じる磁力に作用にて、アーマチャ２６ｃがリターンスプリング２６ｄに抗して回転部材２６ａの外側面側に吸引され、アーマチャ２６ｃは回転部材２６ａの外側面に摩擦係合して、減速ギヤ列２０ｂの入力側である第３ギヤ２２ｄと出力側である出力軸２３ａを駆動力伝達可能に連結する。この際、カム機構Ｃが作動して、アーマチャ２６ｃの回転部材２６ａの外側面に対する摩擦係合力を倍力して、アーマチャ２６ｃと回転部材２６ａを互いに結合させる。
【００３２】
カム機構Ｃは、第３ギヤ２２ｄとアーマチャ２６ｃ間の相対回転によって作動し、作動時には、カムフォロア２６ｅがカム溝に乗り上げてアーマチャ２６ｃを回転部材２６ａの外側面側へ押圧するが、当該カム機構Ｃにあっては、そのカム角が的確に設定されていて、アーマチャ２６ｃの回転部材２６ａの外側面間の摩擦係合力に起因する摩擦トルクで発生する軸方向の力が、第３ギヤ２３ｄの回転力に起因して摩擦トルクに還元されて、摩擦トルクを増大させる。当該カム機構Ｃにおいては、この摩擦トルクを増大させる作用を、循環して繰り返し行う。このため、電磁クラッチ２０ｃは、電磁コイル２６ｂに電流を印加してアーマチャ２６ｃを回転部材２６ａの外側面に摩擦係合させると、第３ギヤ２２ｄの回転力によって自縛的に瞬時にロック状態を形成する。換言すれば、電磁クラッチ２０ｃは、第３ギヤ２２ｄの回転力によってセルフロックする。図４には、当該電磁クラッチ２０ｃがセルフロック機能を有するための、カム機構Ｃの構成条件を示している。
【００３３】
当該電磁クラッチ２０ｃにおいては、セルフロックした状態において、電磁コイル２６ｂへの電流の印加を停止した場合には、アーマチャ２６ｃに対する吸引作用が解除され、リターンスプリング２６ｄの作用によって、セルフロック状態が解除される。換言すれば、当該電磁クラッチ２０ｃは、セルフロック機能を有するとともに、セルフロック解除機能を有している。
【００３４】
図４は、当該カム機構Ｃを模式的に示すもので、当該カム機構Ｃは、入力側の第３ギヤ２２ｄである第１カム部材Ｃ1と、アーマチャ２６ｃである第２カム部材Ｃ2と、カムフォロア２６ｅであるカムフォロアＣ3からなるもので、カム半径Ｒ1、第２カム部材Ｃ2における摩擦面の有効半径Ｒ2、各カム部材Ｃ1，Ｃ2におけるカム溝のカム角をθ、カム作用力をＦとした場合、セルフロックするためには、Ｆ・ｓｉｎθ・Ｒ1＜Ｆ・ｃｏｓθ・μ・Ｒ2の関係を成立させる必要があり、従って、セルフロック条件は、θ＜ｔａｎ^-1（μ・Ｒ2／Ｒ1）である。当該電磁クラッチ２０ｃにおいては、カム機構Ｃを当該構成条件に設定して、セルフロック機能を付与している。
【００３５】
かかる構成の当該補助駆動装置２０においては、基本的には、駆動力伝達手段を構成する電磁クラッチ２０ｃを、電動モータ２０ａとリヤディファレンシャル２０ｄを駆動力伝達可能に連結する減速ギヤ列２０ｂにおける入力側と出力側間に配置している。当該配置によれば、隣接しているリヤディファレンシャル２０ｄとは別体に構成し得て、電磁クラッチ２０ｃのクラッチ構造を単純化できるとともに、リヤディファレンシャル２０ｄ等他の機構として標準構成の機構を採用することができて、装置の大型化および大重量化を抑制して、補助駆動装置２０を廉価に構成することができる。
【００３６】
また、当該補助駆動装置２０においては、電磁クラッチ２０ｃを、減速ギヤ列２０ｂにおける入力側と出力側の相対回転により作動してクラッチの摩擦係合力を増強するカム機構Ｃを備える構成としているので、電磁クラッチ２０ｃの係合力をカム機構Ｃの作用にて倍力することができ、小型で軽量なクラッチの使用を可能としている。しかも、当該カム機構Ｃを、電磁クラッチ２０ｃの必須不可欠の構成部材であるアーマチャ２６ｃと、減速ギヤ列２０ｂの必須不可欠の構成部材である第３ギヤ２２ｄとを共用して構成していることから、カム機構Ｃを有する電磁クラッチ２０ｃそれ自体を小型で軽量に構成することができる。
【００３７】
また、電磁クラッチ２０ｃとして、セルフロック式の電磁クラッチを採用している。セルフロック機能を有するクラッチは、伝達トルクを判断基準とすれば、通常のクラッチに比較して小型、軽量かつ廉価に構成することができる。このため、当該補助駆動装置２０においては、上記した基本的な配置関係に加えて、小型で軽量なクラッチを採用することにより、装置の大型化および大重量化を一層抑制して、補助駆動装置２０を一層廉価に構成することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、本発明に係る駆動装置を前後輪駆動車用の補助駆動装置２０に構成した例について示しているが、本発明に係る駆動装置は、前後輪駆動車用の主駆動装置としても採用し得るとともに、二輪駆動車用の駆動装置にも採用することができ、さらには、車両に搭載される補機部品を駆動するための駆動装置や産業機械を駆動するための駆動装置にも、任意変更して採用し得るものである。
【００３９】
また、本実施形態では、減速ギヤ列２０ｂ（減速歯車機構）の入力側と出力側間の駆動力伝達可能な連結を断続する手段として、セルフロック式の電磁クラッチ２０ｃを採用した例について示しているが、本発明に係る駆動装置においては、セルフロック式の電磁クラッチに限らず、単なる電磁式のクラッチや非電磁式のクラッチをも採用し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る駆動装置を補助駆動装置として搭載して構成した前後輪駆動車の概略的構成図である。
【図２】同補助駆動装置を構成する駆動力伝達手段の全体を示す横断平面図である。
【図３】同駆動力伝達手段を構成する減速ギヤ列における電磁クラッチ配設部位を拡大して示す横断平面図である。
【図４】同電磁クラッチを構成するカム機構を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０…主駆動装置、１１…エンジン、１２…第１ジェネレータ、１３…トランスミッション、１４トランスミッション、１４…減速ギヤ列、１５…フロントディファレンシャル、１６…ドライブシャフト、１７…前輪、１８…低電圧バッテリー、２０…補助駆動装置、２０ａ…電動モータ、２０ｂ…減速ギヤ列、２０ｃ…電磁クラッチ、２０ｄ…リヤディファレンシャル、２０ｅ…第２ジェネレータ、２１ａ…ドライブシャフト、２１ｂ…後輪、２２ａ…入力軸、２２ｂ…第１ギヤ、２２ｃ…第２ギヤ、２２ｄ…第３ギヤ、２３ａ…出力軸、２３ｂ…第４ギヤ、２４…リングギヤ、２５ａ…ディファレンシャルケース、２５ｂ…ピニオン、２５ｃ…サイドギヤ、２６ａ…回転部材、２６ｂ…電磁コイル、２６ｃ…アーマチャ、２６ｄ…リターンスプリング、２６ｅ…カムフォロア、３０…制御装置。

Claims

駆動手段と被駆動手段を駆動力伝達手段で連結してなり、前記駆動手段から出力する駆動力を前記駆動力伝達手段を介して前記被駆動手段に伝達する駆動装置であって、前記駆動力伝達手段は、前記駆動手段側と前記被駆動手段側を駆動力伝達可能に連結する減速歯車機構と、同減速歯車機構における入力側と出力側間に配置されてこれら両側間の駆動力伝達可能な連結を断続するクラッチを備える駆動装置であり、前記クラッチは、前記減速歯車機構を構成する出力側の出力軸上に一体回転可能に組付けた回転部材と、同回転部材の一側に配置した電磁コイルと、前記回転部材の他側に位置し前記電磁コイルへの通電時に前記回転部材の他側に吸引されて同回転部材の他側面に摩擦係合するアーマチャと、同アーマチャを前記回転部材の他側面から引き離す方向に付勢する付勢部材と、前記アーマチャと前記減速歯車機構の入力側間に位置するカム機構を備え、同カム機構は、前記減速歯車機構を構成する出力軸上に回転可能に組付けられている入力側の歯車を第１カム部材とし、かつ、前記アーマチャを第２カム部材とし、これら両カム部材の互いの対向面に設けた互いに対向するカム溝にカムフォロアを介装して構成されていることを特徴とする駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置であり、当該駆動装置を構成する駆動力伝達手段は、前記減速歯車機構から出力する駆動力を左右の車輪側へ分配するディファレンシャルを備えていて、車両用駆動装置に構成されていることを特徴とする駆動装置。
請求項２に記載の駆動装置であり、当該駆動装置は、駆動手段として電動モータが採用されていて、前後輪駆動車の補助駆動輪を駆動させる駆動装置に構成されていることを特徴とする駆動装置。