JP6580726B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、ケースの内部にて回転する回転体によって動力を伝達する動力伝達装置に関する。

従来より、ギヤによって掻き上げられるオイルによって潤滑を行う装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の装置は、ケースに潤滑油を貯留する貯留部と、ギヤを収容するギヤ収容部と、貯留部とギヤ収容部とを区画する仕切部と、を備える。この装置では、ギヤによって掻き上げられたオイルが貯留部に貯留されるのに伴って、ギヤ収容部の油面が下がることで、ギヤによるオイルの攪拌抵抗が低減される。

特開２０１２−２０２５５２号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、ケースの内部にギヤ収容部と貯留部とが仕切部によって区画されるため、装置の大型化を招くという問題がある。

本発明の一態様は、ケースの内部にて回転する回転体によって動力を伝達する動力伝達装置であり、ケースの底部にオイルを貯留するケース貯留部と、回転体の内部にオイルを貯留する回転体貯留部と、ケース貯留部のオイルを回転体貯留部に導入する導入部と、を備え、回転体は内周歯を有するリングギヤであり、リングギヤに噛み合う小径ギヤと、小径ギヤと同軸上で回転する大径ギヤと、をさらに備え、導入部は大径ギヤから飛散するオイルを回転体貯留部に導入するように構成される。

本発明によれば、回転体貯留部にオイルが貯留されるのに伴ってケース貯留部の油面が下がることでオイルの攪拌抵抗が低減され、かつ回転体の内部空間がオイルを貯留する回転体貯留部として利用されることにより装置の小型化が図れる。

本発明の実施形態に係る動力伝達装置を示す断面図。 図１のII-II線に沿う断面図。 大径ギヤの構成を示す図。 動力伝達装置の損失が車速に応じて変化する様子を示す図。 動力伝達装置のフリクション寄与率を示す図。 動力伝達装置のフリクションが出力軸回転速度に応じて変化する様子を示す図。

以下、図１〜図６を参照して本発明の一実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る動力伝達装置１００は、電動機２を車両の駆動源として用いるものであり、電気自動車やハイブリッド車両などの電動車両に設けられる。

図１は、本発明の実施形態に係る動力伝達装置を示す断面図、図２は、図１のII-II線に沿う断面図である。なお、以下では、便宜上、図示のように上下方向、左右方向および前後方向を定義し、これに従い各部の構成を説明する。まず、動力伝達装置１００の構成について説明する。動力伝達装置１００のケース４１，４２の内部には、電動機２、減速ギヤ列５、および差動機構６が収容される。電動機２の動力は、減速ギヤ列５によって減速して差動機構６に伝達され、差動機構６によって左右の出力軸７１，７２（車軸）に分配される。

電動機２は、ステータ２１、ロータ２２、およびロータ軸２３を備える。ロータ軸２３は、ケース４１およびホルダ４３に軸受２４，２５を介して回転自在に支持される。

減速ギヤ列５は、ロータギヤ２６、複数(３個)のカウンタギヤ３０、およびリングギヤ５２を備える。ロータギヤ２６は、ロータ軸２３の端部に形成され、電動機２によって回転駆動される。ロータ２２およびロータ軸２３によってロータアッシ２０が構成される。カウンタギヤ３０は、ロータギヤ２６に噛み合う大径ギヤ３１と、リングギヤ５２に噛み合う小径ギヤ３２と、を備える。リングギヤ５２は、差動機構６のデフケース６１に連結される。ロータギヤ２６の回転は、カウンタギヤ３０およびリングギヤ５２によって減速してデフケース６１に伝達される。カウンタギヤ３０を複数とすることで、減速ギヤ列５の外径を電動機２の外径と同等に設定することができる。すなわち、電動機２から減速ギヤ列５までの左右方向の高さを均一に構成することが可能となり、ケース４１，４２内の空間を効率的に活用することができる。

差動機構６は、デフケース６１、シャフト６２、ピニオンギヤ６３、およびサイドギヤ６４を備える。デフケース６１およびシャフト６２は、リングギヤ５２と共に回転する。シャフト６２に支持された２つのピニオンギヤ６３が公転することで、ピニオンギヤ６３に噛み合う左右のサイドギヤ６４が回転する。これによりデフケース６１に伝達される動力は、左右のサイドギヤ６４に連結された左右の出力軸７１，７２に分配される。なお、左の出力軸７１は、中空のロータ軸２３の内部を貫通して配置される。

デフケース６１は、中空の収容部６１ａと、収容部６１ａの外周部から円盤状に延びるフランジ部６１ｂと、収容部６１ａの両端から筒状に延びる左右のジャーナル部６１ｃ，６１ｄと、を有する。収容部６１ａの内部には、ピニオンギヤ６３およびサイドギヤ６４が収容される。収容部６１ａは、オイル（液状媒体）を導入する開口部（図示せず）を有する。フランジ部６１ｂの外周端には、リングギヤ５２の連結部５２ｂが例えばスプライン結合により結合される。ジャーナル部６１ｃは、ホルダ５４に軸受６５を介して回転自在に支持される。ジャーナル部６１ｄは、ケース４２に軸受６６を介して回転自在に支持される。

ホルダ４３およびホルダ５４には、カウンタギヤ３０の両端部が軸受５５，５６を介して回転自在に支持される。ホルダ４３は、複数のボルト４８を介してケース４１に締結される。ホルダ４３およびホルダ５４は、複数（３本）のボルト５７を介して互いに締結される。ケース４１，４２の内部空間は、ホルダ４３によって電動機２を収容する空間と、減速ギヤ列５および差動機構６を収容する空間と、に仕切られる。

ケース４１，４２の底部によって形成される内部空間は、オイルを貯留するケース貯留部４４として機能する。動力伝達装置１００の回転作動時には、ケース貯留部４４に貯留されるオイルがカウンタギヤ３０、ロータ２２、およびリングギヤ５２などによって掻き上げられ、ケース４１，４２内の各部を潤滑する。すなわち動力伝達装置１００内の各部は、ポンプなどによらない、いわゆる自然潤滑によって潤滑される。

リングギヤ５２の内部に形成される内部空間は、オイルを貯留する回転体貯留部５９として機能する。動力伝達装置１００の回転作動時には、後述するように、ケース貯留部４４に貯留されたオイルがカウンタギヤ３０などによって掻き上げられて回転体貯留部５９に導入される。

リングギヤ５２およびデフケース６１は、回転体貯留部５９を形成する回転体である。回転体貯留部５９は、外周がリングギヤ５２によって仕切られ、図１において左側がロータギヤ２６、カウンタギヤ３０、およびホルダ４３などによって仕切られ、右側がデフケース６１などによって仕切られる。

リングギヤ５２は、小径ギヤ３２に噛み合う内周歯５２ａと、環状に窪む環状凹部５２ｃと、デフケース６１に連結される筒状の連結部５２ｂと、を有する。リングギヤ５２の内側には、各カウンタギヤ３０の軸受５６を支持するホルダ５４の支持部５４ａが配置される。環状凹部５２ｃは、複数(３個)の支持部５４ａを囲むように形成される。環状凹部５２ｃによって形成される環状の空間は、回転体貯留部５９の一部として機能する。

回転体貯留部５９には、ホルダ５４、小径ギヤ３２、軸受５６、および軸受６５などが配置される。回転体貯留部５９に導入されたオイルは、リングギヤ５２の内周歯５２ａと小径ギヤ３２との噛み合い部、軸受５６、および軸受６５を潤滑する。

図２に示すように、本実施形態の減速ギヤ列５は、３つのカウンタギヤ３０を備える。３つのカウンタギヤ３０は、ロータギヤ２６の回転中心を中心として周方向に等間隔（１２０°間隔）に配置される。図２には参考のためリングギヤ５２を想像線で示す。各カウンタギヤ３０の一部は、リングギヤ５２の外径方向に突出するように構成されるため、ケース貯留部４４のオイルを効果的に掻き上げることができる。

隣り合う大径ギヤ３１の間には、隔壁部４３ａを介してオイルを回転体貯留部５９に導入する導入部５８が設けられる。３つの隔壁部４３ａは、隣り合う大径ギヤ３１の間に配置される。導入部５８は、大間隙５８ａ及び小間隙５８ｂからなる。大間隙５８ａは、回転する大径ギヤ３１においてリングギヤ５２の中心Ｏに近づく部位３１ａと隔壁部４３ａとの間に形成される。小間隙５８ｂは、回転する大径ギヤ３１においてリングギヤ５２の中心Ｏから離れる部位３１ｂと隔壁部４３ａとの間に形成される。大間隙５８ａの開口幅Ｓ１は、小間隙５８ｂの開口幅Ｓ２に比べて大きく形成される。これにより導入部５８では、大径ギヤ３１から飛散して図２に矢印Ｂで示すように回転体貯留部５９に向かうオイル量が、大径ギヤ３１から飛散して図２に矢印Ｃで示すように回転体貯留部５９の外側に向かうオイル量に比べて多くなる。

隔壁部４３ａは、ホルダ４３のボルト５７が挿入される筒状の部位であり、その外周に回転体貯留部５９の方(図１において右方向)に向けて傾斜しながら膨出する略円錐面形状の傾斜部４３ｂを有する。隔壁部４３ａの周りに飛散するオイルは、傾斜部４３ｂによって回転体貯留部５９へと導かれる。

図３は、大径ギヤ３１の構成を示す図である。大径ギヤ３１は、各歯が中心Gに対して傾斜するヘリカルアングル（ねじれ角）を有するヘリカルギヤである。大径ギヤ３１は、各歯面に回転体貯留部５９に対向する傾斜部３１ｃを有する。大径ギヤ３１が中心Gについて図３に矢印Dで示す方向に回転するのに伴って、各歯の傾斜部３１ｃによって飛散するオイルが図3に矢印Ｅで示すように回転体貯留部５９の方(図３において右方向)へと導かれる。

車両の停止時および極低速走行時には、ケース貯留部４４に貯留されるオイルの油面位置Ｌ１が図１、図２に示す位置にあって、ロータ２２、大径ギヤ３１、およびリングギヤ５２の一部が貯留されたオイルに浸る。この作動状態では、リングギヤ５２の一部がケース貯留部４４のオイルに浸ることによって、ケース貯留部４４のオイルが回転体貯留部５９に導入される。また、電動機２に大電流が流れる車両発進時などには、ロータ２２の一部がオイルに浸ることによって、ロータ２２の冷却性が確保される。

動力伝達装置１００の回転作動時に、大径ギヤ３１がケース貯留部４４に貯留されたオイルを図２に矢印Ａで示すように掻き上げる。これにより大径ギヤ３１の周りに飛散するオイルの一部は、図２に矢印Ｂで示すように導入部５８を通じて回転体貯留部５９に導入されて貯留される。車速がある程度上昇した回転作動時には、回転体貯留部５９に貯留されるオイル量が増えることによって、ケース貯留部４４の油面位置Ｌ２が図１、図２に示すように下がる。この作動状態では、リングギヤ５２の外径方向に突出した大径ギヤ３１の一部のみがケース貯留部４４に貯留されたオイルに浸り、ロータ２２およびリングギヤ５２が油面位置Ｌ２の上方で回転することによって、動力伝達装置１００の攪拌抵抗が低減される。さらに、回転体貯留部５９に貯留されたオイルによって、カウンタギヤ３０やリングギヤ５２など回転体貯留部５９の各部が潤滑される。

図４は、動力伝達装置の損失が車速に応じて変化する様子を示す図である。図４には、本実施形態の動力伝達装置１００の損失が車速に応じて変化する様子を実線で示し、比較例としてケース内に回転体貯留部を備えない動力伝達装置の様子を破線で示している。低速から高速までほとんどの速度域では、本実施形態の動力伝達装置１００の方が比較例に比べてケース４１，４２内の油面位置が下がることによって、損失が低く抑えられる。一方、最高速度Ｖｍａｘ（例えば１３０ｋｍ／ｈ程度）付近の最高速度域では、本実施形態の動力伝達装置１００の損失は比較例と同等になる。これは、回転体貯留部５９に貯留されるオイルに働く遠心力が大きくなることによって、回転体貯留部５９に貯留されるオイル量が減少し、ケース４１，４２内の油面位置が上がるためである。この作動状態では、ロータ２２の一部がオイルに浸ることによって、ロータ２２などによる攪拌抵抗が若干大きくなるものの、電動機２の冷却性が確保される。

図５は、動力伝達装置１００のフリクション寄与率を示す図であり、各構成要素のフリクション（攪拌抵抗）が動力伝達装置１００全体のフリクションを分担する寄与率を示している。これに示すように、動力伝達装置１００のフリクションは、ロータアッシ２０（ロータ２２およびロータ軸２３）の寄与率が支配的であり（例えば８０％以上）、カウンタギヤ３０、リングギヤ５２、差動機構６０に比べて大きい。

図６は、動力伝達装置１００のフリクションが出力軸回転速度に応じて変化する様子を示す図であり、各構成要素のフリクションが出力軸７１，７２の回転速度に応じて変化する様子を示している。これに示すように、出力軸７１，７２の回転速度が変化しても、ロータアッシ２０のフリクションは、カウンタギヤ３０、リングギヤ５２、差動機構６０に比べて大きくなっている。

このように動力伝達装置１００に生じるフリクションは、回転速度が相対的に高いロータアッシ２０の攪拌抵抗が支配的である。このため、カウンタギヤ３０やリングギヤ５２による回転体貯留部５９に貯留されたオイルの攪拌抵抗が動力伝達装置１００のフリクションとして与える影響は小さい。

本実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。

（１）本実施形態の動力伝達装置１００は、ケース４１，４２の底部にオイルを貯留するケース貯留部４４と、リングギヤ５２の内部にオイルを貯留する回転体貯留部５９と、ケース貯留部４４のオイルを回転体貯留部５９に導入する導入部５８と、を備える。リングギヤ５２は、ケース４１，４２の内部にて回転する中空の回転体を構成する（図１、図２）。これにより動力伝達装置１００は、回転体貯留部５９にオイルが貯留されるのに伴ってケース貯留部４４の油面が下がることでオイルの攪拌抵抗が低減される。そして、動力伝達装置１００は、リングギヤ５２の内部空間がオイルを貯留する回転体貯留部５９として利用されることにより、ケース４１，４２にケース貯留部４４とは別の貯留部(タンク)を形成するものに比べて、装置の小型化が図れる。

（２）動力伝達装置１００は、リングギヤ５２に噛み合う小径ギヤ３２と、小径ギヤ３２と同軸上で回転する大径ギヤ３１と、を備える。導入部５８は、大径ギヤ３１から飛散するオイルを回転体貯留部５９に導入する（図２）。これにより動力伝達装置１００は、オイルを回転体貯留部５９に導入するためにポンプなどを備える必要がなく、装置の大型化が抑えられる。

（３）大径ギヤ３１は、回転体貯留部５９に対向する傾斜部３１ｃを有する（図３）。これにより大径ギヤ３１の回転に伴って、大径ギヤ３１から飛散するオイルが傾斜部３１ｃによって回転体貯留部５９に導かれる。

（４）動力伝達装置１００は、複数の大径ギヤ３１の間に配置される隔壁部４３ａを備える。導入部５８は、大径ギヤ３１がリングギヤ５２の中心Ｏに近づく部位３１ａと隔壁部４３ａとの間に形成される大間隙５８ａと、大径ギヤ３１がリングギヤ５２の中心Ｏから離れる部位３１ｂと隔壁部４３ａとの間に形成される小間隙５８ｂと、によって形成される。大間隙５８ａの開口幅Ｓ１は、小間隙５８ｂの開口幅Ｓ２に比べて大きく形成される（図２）。これにより導入部５８では、大径ギヤ３１から飛散して回転体貯留部５９に向かうオイル量が、大径ギヤ３１から飛散して回転体貯留部５９の外側に向かうオイル量に比べて多くなり、大径ギヤ３１から飛散するオイルを回転体貯留部５９に導入して貯留することができる。

（５）隔壁部４３ａは、回転体貯留部５９に対向する傾斜部４３ｂを有する（図１）。これにより大径ギヤ３１の回転に伴って、大径ギヤ３１から飛散するオイルが傾斜部４３ｂによって回転体貯留部５９に導かれる。

（６）動力伝達装置１００は、ケース４１，４２の内部にて回転する電動機２と、電動機２の動力を減速して伝達する減速ギヤ列５と、を備える。減速ギヤ列５のリングギヤ５２が回転体貯留部５９を形成する回転体を構成する（図１）。これにより動力伝達装置１００では、リングギヤ５２より高い速度で回転する電動機２がオイルを攪拌するフリクションが支配的になる。このため、動力伝達装置１００では、リングギヤ５２が回転体貯留部５９のオイルを攪拌することによるフリクションの影響は少なくて済む。

（７）動力伝達装置１００は、差動機構６を構成するデフケース６１が回転体貯留部５９を形成する回転体を構成する（図１）。これにより動力伝達装置１００では、回転体貯留部５９に貯留されるオイルによって差動機構６を潤滑することができる。なお、差動機構６は、複数の出力軸７１、７２に回転差を持たせられるように動力を分配するものである。

以上では、導入部５８は、主として大径ギヤ３１から飛散するオイルを回転体貯留部５９に導入する構成としたが、変形例として、ポンプから吐出されるオイルを回転体貯留部５９に導入する構成としてもよい。

ケース貯留部４４は、ケース４１，４２の底部によって形成されるが、変形例として、ケース４１，４２とは別体で設けられる部材によって形成される構成としてもよい。

動力伝達装置１００は車両を駆動する装置に適用する例を示したが、本発明は車両以外に使用される動力伝達装置にも適用できる。

以上の説明はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例どうしを組み合わせることも可能である。

２ 電動機、５ 減速ギヤ列、６ 差動機構、３１ 大径ギヤ、３１ａ リングギヤの中心に近づく部位、３１ｂ リングギヤの中心から離れる部位、３１ｃ 傾斜部、３２ 小径ギヤ、４１，４２ ケース、４３ａ 隔壁部、４３ｂ 傾斜部、４４ ケース貯留部、５２ リングギヤ（回転体）、５８ 導入部、５８ａ 大間隙、５８ｂ 小間隙、５９ 回転体貯留部、６１ デフケース（回転体）、１００ 動力伝達装置

Claims (6)

1. ケースの内部にて回転する回転体によって動力を伝達する動力伝達装置において、
   前記ケースの底部にオイルを貯留するケース貯留部と、
   前記回転体の内部にオイルを貯留する回転体貯留部と、
   前記ケース貯留部のオイルを前記回転体貯留部に導入する導入部と、を備え、
   前記回転体は内周歯を有するリングギヤであり、
   前記リングギヤに噛み合う小径ギヤと、
   前記小径ギヤと同軸上で回転する大径ギヤと、をさらに備え、
   前記導入部は前記大径ギヤから飛散するオイルを前記回転体貯留部に導入するように構成されることを特徴とする動力伝達装置。
2. 請求項１に記載の動力伝達装置において、
   前記大径ギヤは、前記回転体貯留部に対向する傾斜部を有することを特徴とする動力伝達装置。
3. 請求項１または２に記載の動力伝達装置において、
   複数の前記大径ギヤの間に配置される隔壁部をさらに備え、
   前記導入部は、
   前記大径ギヤが前記リングギヤの中心に近づく部位と前記隔壁部との間に形成される大間隙と、
   前記大径ギヤが前記リングギヤの中心から離れる部位と前記隔壁部との間に形成する小間隙と、を有し、
   前記大間隙の開口幅は前記小間隙の開口幅より大きいことを特徴とする動力伝達装置。
4. 請求項３に記載の動力伝達装置において、
   前記隔壁部は、前記回転体貯留部に対向する傾斜部を有することを特徴とする動力伝達装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の動力伝達装置において、
   前記ケースの内部に収容される電動機と、
   前記電動機の動力を減速して伝達する減速ギヤ列と、をさらに備え、
   前記回転体は、前記減速ギヤ列に含まれるギヤであることを特徴とする動力伝達装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の動力伝達装置において、
   前記ケースの内部に収容され、差動機構を構成するデフケースをさらに備え、
   前記回転体は前記デフケースであることを特徴とする動力伝達装置。

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