WO2017086429A1

WO2017086429A1 - 車両用動力伝達装置

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Publication number: WO2017086429A1
Application number: PCT/JP2016/084225
Authority: WO
Inventors: 雅生栗田; 大場　浩量; 泰介井木
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2017-05-26
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: US20180326833A1; EP3378689B1; EP3378689A1; US10369880B2; JP2017094844A; EP3378689A4

Abstract

車輪の回転駆動力から、効率良く回生エネルギーを回収することを課題とする。車輪（２）とともに軸周りに回転する入力軸（１３）と同軸に設けられ、この入力軸（１３）と一体に軸周りに回転する駆動歯車（１５）と、駆動歯車（１５）と噛み合って、回生エネルギー変換手段と接続された出力軸（１８）に回転力を伝達する従動歯車（１６）と、入力軸（１３）を、従動歯車（１６）に対して軸周りに相対回転自在に支持する車輪用軸受（１７）と、を備えた車両用動力伝達装置を構成する。

Description

車両用動力伝達装置

　この発明は、車輪を支承しつつ、駆動源の駆動力をこの車輪に伝達する車両用動力伝達装置に関し、特に、駆動源からの駆動力及び車輪の制動力の一部を、回生エネルギーに変換するための動力分割機構を備えたものに関する。

　近年、低燃費化や排気清浄化等の目的で、走行駆動源として、エンジンと電動機を併用したハイブリッド車や、プラグインハイブリッド車が注目されている。例えば、下記特許文献１には、車輪に内燃機関等の駆動力源と、力行と回生が可能な電動機（モータ・ジェネレータ等）の補助動力源とを備えた車両用動力伝達装置が示されている。力行時には、補助動力源を車輪の駆動源として機能させる一方で、回生時には、補助動力源によって回生エネルギーを生じさせて、この回生エネルギーをバッテリ等のエネルギー蓄積手段に蓄積する。

　また、下記特許文献２には、内燃機関の駆動力を駆動輪と発電機に分割して伝達する動力伝達機構を備えた車両の駆動システムが示されている。この動力伝達機構は、モータジェネレータのロータが連結されたサンギアと同心円上に出力要素となるリングギアが配置され、このサンギアとリングギアが、エンジン出力軸に連結されたキャリアによって、公転かつ自転できるようになっている。リングギアには、永久磁石モータが連結され、駆動トルクをアシスト可能としている。この構成によると、発電機によりエネルギーの回生を行うとともに、内燃機関及びモータの回転数をそれぞれ変化させて無段階変速を行うことができる。

特開２０１０－３０３６２号公報特開２００８－３０２８９２号公報

　特許文献１及び２の構成においては、等速自在継手からの駆動力が軸受装置を介して車輪に伝達されるのみであって、この軸受装置は、車輪の制動装置とは全く別機構となっている。このため、車輪の制動に伴う回生エネルギーをこの軸受装置を介して回収することはできない。車両内部のパワートレーンを介して、回生エネルギーを回収することも考えられるが、内部損失が大きく、効率良く回収することができないという問題がある。

　そこで、この発明は、車輪の回転駆動力から、効率良く回生エネルギーを回収することを課題とする。

　この課題を解決するために、この発明においては、車輪とともに軸周りに回転する入力軸と同軸に設けられ、この入力軸と一体に軸周りに回転する駆動歯車と、前記駆動歯車と噛み合って、回生エネルギー変換手段と接続された出力軸に回転力を伝達する従動歯車と、前記入力軸を、前記従動歯車に対して軸周りに相対回転自在に支持する車輪用軸受と、を備えた車両用動力伝達装置を構成した。

　このように、車輪の入力軸と同軸に駆動歯車を設け、この駆動歯車を介して回転駆動力を分割することによって、駆動源から車輪への駆動力の伝達時、及び、車輪の制動時のいずれにおいても、効率的に回生エネルギーを回収することができる。しかも、この車両用動力伝達装置は、既存のパワートレーンを変更することなく、従来の車両軸受装置を置き換えるだけでよいので、高い汎用性を確保することができる。

　前記構成においては、前記従動歯車を軸周りに回転自在に保持するナックルブラケットをさらに備え、前記車輪用軸受が、前記入力軸側に嵌合される内方部材と、前記ナックルブラケット側に嵌合される外方部材と、前記内方部材と前記外方部材との間に介在して設けられる転動体とを有する構成とすることができる。このように構成することにより、駆動歯車に対して、従動歯車をより安定的に回転させることができ、効率良く回生エネルギーを回収することができる。

　前記内方部材を備えた構成においては、前記入力軸が、外径が一定の一定径部と、前記一定径部から連続的に外径が拡径する拡径部とを有し、前記内方部材が、ハブ輪と、内輪とを有し、このハブ輪と内輪のそれぞれに軌道面が形成されており、前記ハブ輪が前記一定径部に、前記内輪が前記拡径部にそれぞれ嵌合されている構成とすることができる。このように、内方部材をハブ輪と内輪で構成することにより、車輪用軸受のアセンブリを一層容易に行うことができる。

　前記ナックルブラケットを備えた構成においては、このナックルブラケットと、前記外方部材が一体成形された構成とすることができる。このように、ナックルブラケットと外方部材を一体成形することにより、部品点数を削減することができ、アセンブリを一層容易に行うことができる。

　前記各構成においては、前記入力軸が、駆動源からの駆動力によって、軸周りに回転力を伝達する等速自在継手に連結されている構成とすることができる。このように、入力軸を等速自在継手に連結することにより、入力軸から車輪に入力される駆動力の一部をエネルギー変換手段に直接伝達して、効率良く回生エネルギーを回収することができる。

　この発明においては、車輪とともに軸周りに回転する入力軸と同軸に設けられ、この入力軸と一体に軸周りに回転する駆動歯車と、前記駆動歯車と噛み合って、回生エネルギー変換手段と接続された出力軸に回転力を伝達する従動歯車と、前記入力軸を、前記従動歯車に対して軸周りに相対回転自在に支持する車輪用軸受と、を備えた車両用動力伝達装置を構成した。このように、車輪の入力軸と同軸に駆動歯車を設けて、この駆動歯車を介して回転駆動力を分割することによって、駆動源から車輪への駆動力の伝達時、及び、車輪の制動時のいずれにおいても、効率的に回生エネルギーを回収することができる。しかも、この車両用動力伝達装置は、既存のパワートレーンを変更することなく、従来の車両軸受装置を置き換えるだけでよいので、高い汎用性を確保することができる。

この発明に係る車両用動力伝達装置の第一実施形態（駆動輪側）を示す車両の正面側から見た縦断面図図１に示す車両用動力伝達装置を示す側面図図１に示す車両用動力伝達装置を示す、図２A中のｂ－ｂ線に沿う縦断面図（タイヤ、ブレーキディスク等を取り外した状態）図２Bに示す車両用動力伝達装置から、入力軸、等速自在継手等を取り外した状態の縦断面図図１に示す車両用動力伝達装置を搭載した車両を示す平面図図１に示す車両用動力伝達装置に採用される入力軸の他例を示す縦断面図図５に示す入力軸を採用した軸受装置外方部材とナックルブラケットを一体構造とした車両用動力伝達装置を示す、車両の正面側から見た縦断面図この発明に係る車両用動力伝達装置の第二実施形態（従動輪側）を示す車両の正面側から見た縦断面図

　この発明に係る車両用動力伝達装置１０の第一実施形態を図１から図３に示す。図１は車両１（図４参照）の正面側から見た縦断面図、図２Aは側面図、図２Bは縦断面図（タイヤ１１、ブレーキディスク１２等を取り外した状態）、図３は縦断面図（図２Bに示す状態から、さらに入力軸１３、等速自在継手１４等を取り外した状態）である。第一実施形態に係る車両用動力伝達装置１０は、駆動歯車１５、従動歯車１６、車輪用軸受１７を主要な構成要素とし、車両１の駆動輪側に設けられる。

　図４に示す車両１においては、この発明に係る車両用動力伝達装置１０が四輪の全てに設けられている。このようにすれば、回生エネルギーを効率的に回収できるので好ましいが、前輪２ａ又は後輪２ｂのいずれか一方の車輪２のみに、この車両用動力伝達装置１０を設けた構成とすることもできる。なお、本図においては、左側が車両１のフロントである。この車両用動力伝達装置１０は、小型車輪及び大型車輪のいずれにも適用することができる。

　駆動歯車１５は、車輪２とともに軸周りに回転する入力軸１３と同軸に、かつ、この入力軸１３と一体に軸周りに回転するように設けられている。入力軸１３には、等速自在継手１４が同軸に連結されている。この等速自在継手１４のシャフト１４ａは、エンジン等の駆動源（図示せず）に連結されている。この駆動源を駆動することによって、入力軸１３がその軸周りに回転駆動され、その駆動力が車輪２に伝達される。等速自在継手１４には、ブーツ１４ｂが設けられている。このブーツ１４ｂは、ブーツバンド１４ｃで等速自在継手１４の外方部材１４ｄに固定されている。このブーツ１４ｂを設けることにより、等速自在継手１４の内部に塵埃や泥水等が侵入するのを防止することができる。

　従動歯車１６は、駆動歯車１５と噛み合うように配置されている。この従動歯車１６の歯数は、駆動歯車１５の歯数よりも少なく、その歯数比に対応して、回転速度が増速された上で駆動歯車１５から従動歯車１６にトルクが伝達される。この従動歯車１６には出力軸１８が同軸に設けられており、この出力軸１８はエネルギー変換手段（図示せず）に接続されている。

　駆動歯車１５及び従動歯車１６の歯数は、車輪用軸受１７の許容回転速度や、出力軸１８からエネルギー変換手段に伝達するトルクの大きさ等の諸条件を考慮した上で、適宜変更することができる。また、この実施形態では、駆動歯車１５の回転力を直接従動歯車１６に伝達する構成としたが、両歯車１５、１６の間に、他の歯車を介在させた構成としてもよい。また、この実施形態では、平歯車を採用し、入力軸１３と出力軸１８の回転軸が互いに平行となる構成としたが、例えば、はすば歯車を採用し、入力軸１３と出力軸１８が互いに垂直又は所定の相対角度をなす構成とすることもできる。

　このエネルギー変換手段は、出力軸１８によって伝達された軸周りの回転力を電気や圧力等の回生エネルギーに変換するものであって、例えば、電気エネルギーとして回収するときにはモータジェネレータＧを、空気圧等の圧力エネルギーとして回収するときにはコンプレッサを採用することができる。図１においては、出力軸１８にモータジェネレータＧを設けた構成を示している。モータジェネレータＧによって回収された電気エネルギーは、バッテリ（図示せず）に一時的に蓄えられ、車両１（図４参照）の力行時に再利用される。ここに示したモータジェネレータＧ、コンプレッサは、あくまでも例示であって、これ以外のアクチュエータを採用することも可能である。

　車輪用軸受１７は、入力軸１３を、従動歯車１６に対して軸周りに相対回転自在に支持している。この車輪用軸受１７は、内方部材１７ａ、外方部材１７ｂ、内方部材１７ａと外方部材１７ｂとの間に介在して設けられる転動体１７ｃ、及び、この転動体１７ｃをその回転方向に所定の間隔で保持する保持器１７ｄを有している。

　入力軸１３には、ナックルブラケット１９が同軸に設けられている。このナックルブラケット１９の軸心には、入力軸１３を通す貫通孔が形成されるとともに、その内部には凹部が形成されている。この凹部内に、駆動歯車１５と従動歯車１６が収納されている。従動歯車１６とナックルブラケット１９の内面との間には、軸受２０が介在して設けられている。この軸受２０によって、従動歯車１６が、ナックルブラケット１９に対し軸周りに回転自在に保持されている。ナックルブラケット１９の凹部は、カバー２１によって閉塞されている。

　ナックルブラケット１９（カバー２１）と入力軸１３（等速自在継手１４）との間には、グリースシール２２が設けられている。このグリースシール２２によって、ナックルブラケット１９内に充填した潤滑グリースが外部に漏洩するのを防止するとともに、ナックルブラケット１９内に塵埃や泥水等が侵入するのを防止している。このナックルブラケット１９の上端部にはアッパーアーム２３が、下端部にはロアアーム２４が、それぞれ連結されている。

　入力軸１３の車輪２側の端部は、外径が一定の一定径部１３ａと、この一定径部１３ａから連続的に外径が拡径する拡径部１３ｂとから構成されている。この一定径部１３ａに、内方部材１７ａを構成するハブ輪１７ａ_１が嵌め込まれるとともに、拡径部１３ｂに、同じく内方部材１７ａを構成する内輪１７ａ_２が嵌め込まれる。ハブ輪１７ａ_１と内輪１７ａ_２は互いに嵌合していて、軸周りに相対回転不能となっている。一定径部１３ａの外周面にはその軸方向に沿ってセレーション１３ｃが形成される一方で、ハブ輪１７ａ_１の内周面には、このセレーション１３ｃが嵌合する溝部１７ｅが形成されている。この溝部１７ｅにセレーション１３ｃを嵌合させることで、入力軸１３とハブ輪１７ａ_１が軸周りに一体に回転するようになっている。入力軸１３の端部にはセンターナット２５が設けられており、このセンターナット２５の入力軸１３へのねじ込み量を調節することにより、等速自在継手１４の予圧量を調節することができる。

　外方部材１７ｂは、ナックルブラケット１９に形成した貫通孔の内周縁部に嵌合されている。このように、外方部材１７ｂとナックルブラケット１９を別部材で構成する場合、強度が要求される外方部材１７ｂの素材を鋼とする一方で、それほど強度が要求されないナックルブラケット１９をアルミニウム合金等の軽量材料とする等、構成部材ごとに適切な素材を選択することができる。このようにすることで、必要な強度を維持しつつ、装置全体としての軽量化を図ることができる。

　この外方部材１７ｂの内周面側には、複列の内側軌道面が形成されている。また、ハブ輪１７ａ_１及び内輪１７ａ_２から構成される内方部材１７ａの外周面側には、内側軌道面と対向する外側軌道面が形成されている。この内側軌道面と外側軌道面の間には、転動体１７ｃとしてのボールが介在して設けられ、複列アンギュラ玉軸受が構成されている。この実施形態では、複列アンギュラ玉軸受を例示したが、円錐ころを用いた複列円錐ころ軸受を採用することもできる。

　外方部材１７ｂの端部とハブ輪１７ａ_１との間には、グリースシール２６が設けられている。このグリースシール２６によって、内方部材１７ａと外方部材１７ｂの両転走面間に封入された潤滑グリースが外部に漏洩するのを防止するとともに、両転走面間に塵埃や泥水等が侵入するのを防止している。

　ブレーキディスク１２は、ハブ輪１７ａ_１に固定されている。このブレーキディスク１２は、入力軸１３（車輪２）の回転とともに軸周りに回転する。ナックルブラケット１９には、ブレーキキャリパ２７が設けられている。このブレーキキャリパ２７を作動させてブレーキディスク１２を軸方向両側から挟み込むことによって、車輪２の回転を機械的に制動することができる。

　車両１の力行時においては、エンジン等の駆動源から伝達された駆動力によって入力軸１３が軸周りに回転し、この回転力が、駆動歯車１５及び従動歯車１６を介して出力軸１８に伝達される。そして、この出力軸１８の回転力によってエネルギー変換手段が駆動され、回生エネルギーが回収される。その一方で、車両１の制動時においては、車輪２の回転が入力軸１３に逆入力されて、この入力軸１３の回転力が駆動歯車１５及び従動歯車１６を介して出力軸１８に伝達される。そして、この出力軸１８の回転力によってエネルギー変換手段が駆動され、回生エネルギーが回収される。

　図５及び図６に、図１に示す車両用動力伝達装置１０の他例を示す。図５は入力軸１３を車両１の正面側から見た縦断面図、図６は図５に示す入力軸１３を採用した車両用動力伝達装置１０の車両１の正面側から見た縦断面図を示す。なお、図６においては、モータジェネレータＧの記載を省略している。図１及び図２A,、図２Bに示す車両用動力伝達装置１０においては、入力軸１３と駆動歯車１５を、及び、外方部材１７ｂとナックルブラケット１９を、それぞれ別部材で構成した上で両者を一体にアセンブリしているが、図５及び図６に示す車両用動力伝達装置１０においては、入力軸１３と駆動歯車１５を、及び、外方部材１７ｂとナックルブラケット１９を、それぞれ一体形成した構成としている。

　このように一体形成することにより、設計上の自由度が高まるため、設計段階においてコンパクト化できる場合がある。さらに、部品点数が減るとともに、アセンブリに要する時間を短くすることができるため、低コスト化を図ることもできる。

　この発明に係る車両用動力伝達装置１０の第二実施形態を図７に示す。本図は、車両１の正面側から見た縦断面図である。この車両用動力伝達装置１０は、駆動歯車１５、従動歯車１６、車輪用軸受１７を主要な構成要素としている点で第一実施形態に係る車両用動力伝達装置１０と同じであるが、入力軸１３に等速自在継手１４が連結されておらず、車両１の駆動輪２ａ側ではなく従動輪２ｂ側に設けられる点で相違する（図４参照）。この実施形態に係る車両用動力伝達装置１０によると、車輪２からの逆入力のみが駆動歯車１５及び従動歯車１６を介して、モータジェネレータ等のエネルギー変換手段（図示せず）に伝達されて、回生エネルギーが回収される。

　上記の各実施形態に示す車両動力伝達装置１０は、車両１への適用が最も適しているが、駆動源の駆動力を分割して複数の装置に伝達する機構を備えた、車両１以外の装置にも広く適用することができる。

　上記各実施形態に係る車両用動力伝達装置１０はあくまでも一例であって、車輪２の回転駆動力から、効率良く回生エネルギーを回収する、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、各構成部材の形状、配置、個数等は、上記各実施形態に限定されることなく適宜変更することができる。

１　車両
２　車輪
２ａ　前輪
２ｂ　後輪
１０　車両用動力伝達装置
１１　タイヤ
１２　ブレーキディスク
１３　入力軸
１３ａ　一定径部
１３ｂ　拡径部
１３ｃ　セレーション
１４　等速自在継手
１４ａ　シャフト
１４ｂ　ブーツ
１４ｃ　ブーツバンド
１４ｄ　外方部材
１５　駆動歯車
１６　従動歯車
１７　車輪用軸受
１７ａ　内方部材
１７ａ_１　ハブ輪
１７ａ_２　内輪
１７ｂ　外方部材
１７ｃ　転動体
１７ｄ　保持器
１７ｅ　溝部
１８　出力軸
１９　ナックルブラケット
２０　軸受
２１　カバー
２２　グリースシール
２３　アッパーアーム
２４　ロアアーム
２５　センターナット
２６　グリースシール
２７　ブレーキキャリパ
Ｇ　モータジェネレータ

Claims

　車輪（２）とともに軸周りに回転する入力軸（１３）と同軸に設けられ、この入力軸（１３）と一体に軸周りに回転する駆動歯車（１５）と、
　前記駆動歯車（１５）と噛み合って、回生エネルギー変換手段と接続された出力軸（１８）に回転力を伝達する従動歯車（１６）と、
　前記入力軸（１３）を、前記従動歯車（１６）に対して軸周りに相対回転自在に支持する車輪用軸受（１７）と、
を備えた車両用動力伝達装置。
　前記従動歯車（１６）を軸周りに回転自在に保持するナックルブラケット（１９）をさらに備え、
　前記車輪用軸受（１７）が、前記入力軸（１３）側に嵌合される内方部材（１７ａ）と、前記ナックルブラケット（１９）側に嵌合される外方部材（１７ｂ）と、前記内方部材（１７ａ）と前記外方部材（１７ｂ）との間に介在して設けられる転動体（１７c）とを
有する請求項１に記載の車両用動力伝達装置。
　前記入力軸（１３）が、外径が一定の一定径部（１３ａ）と、前記一定径部（１３ａ）から連続的に外径が拡径する拡径部（１３ｂ）とを有し、
　前記内方部材（１７ａ）が、ハブ輪（１７ａ_１）と、内輪（１７ａ_２）とを有し、このハブ輪（１７ａ_１）と内輪（１７ａ_２）のそれぞれに軌道面が形成されており、
　前記ハブ輪（１７ａ_１）が前記一定径部（１３ａ）に、前記内輪（１７ａ_２）が前記拡径部（１３ｂ）にそれぞれ嵌合されている請求項２に記載の車両用動力伝達装置。
　前記ナックルブラケット（１９）と、前記外方部材（１７ｂ）が一体成形された請求項２又は３に記載の車両用動力伝達装置。
　前記入力軸（１３）が、駆動源からの駆動力によって、軸周りに回転力を伝達する等速自在継手（１４）に連結されている請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用動力伝達装置。