(57)【要約】【課題】  トルク等の正確な制御を可能とすると共に音や振動の発生を抑制し、且つ構造を簡素化する。【解決手段】入出力用の内外回転部材５，７と、外回転部材７内に設けられ外部制御可能なモータ２９と、前記内外回転部材５，７間に設けられ前記モータ２９に制御可能に連動連結された減速機構３１とを備え、前記モータ２９を制御することにより前記減速機構３１を介して前記内外回転部材５，７間の相対回転を調整可能とし、トルクや回転数をモータによって直接制御する。  【選択図】  図１
2008190541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力用の内外回転部材と、
外回転部材内に設けられ外部制御可能なモータと、
前記内外回転部材間に設けられ前記モータに制御可能に連動連結された減速機構とを備え、
前記モータを制御することにより前記減速機構を介して前記内外回転部材間の相対回転を調整可能とする
ことを特徴とするカップリング。
【請求項２】
請求項１記載のカップリングであって、
前記内外回転部材、モータ、及び減速機構を同軸状に配置した
ことを特徴とするカップリング。
【請求項３】
請求項１又は２記載のカップリングであって、
前記モータは、前記外回転部材に取り付けられたステータと、前記減速機構に連動連結され前記本体に対して相対回転可能なロータとを備えた、
ことを特徴とするカップリング。
【請求項４】
請求項３記載のカップリングであって、
前記減速機構は、前記内外回転部材に設けられた入出力用のインターナルギアと、前記両インターナルギアに噛み合い連結され遊星キャリアに支持された遊星ギアとを備え、前記各インターナルギアの前記遊星ギアに対するギア比が異なるように設定され、
前記モータのロータは、前記遊星キャリアに連動連結された
ことを特徴とするカップリング。
【請求項５】
請求項３記載のカップリングであって、
前記減速機構は、前記内外回転部材に設けられた入出力用のインターナルギアと、前記両インターナルギアに噛み合い連結され遊星キャリアに支持された遊星ギアと、前記遊星ギアと噛み合い連結されるサンギアとを備え、前記各インターナルギアの前記遊星ギアに対するギア比が異なるように設定され、
前記モータのロータは、前記サンギアに連動連結された
ことを特徴とするカップリング。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のカップリングを備えた差動装置であって、
前記外回転部材は、デフケースであると共に前記内回転部材は、一対の車軸であり、
前記カップリングは、前記デフケースと前記車軸の一方又は双方との間に設けられた、
ことを特徴とする差動装置。
【請求項７】
請求項６記載の差動装置であって、
前記カップリングは、前記デフケースと各車軸との間に設けられ対称に配置された
ことを特徴とする差動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に用いられるカップリング及び差動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両には、その運動性能向上等のため、車輪のトルクや回転数等を制御可能な差動装置が用いられている。
【０００３】
かかる差動装置は、例えば電磁力により摩擦多板クラッチを締結制御することにより、固体摩擦を利用して間接的に車輪のトルクや回転数を制御する。
【０００４】
このため、従来の構造では、摩擦多板クラッチの摩擦係数の変動等により、トルク等の正確な制御が困難なであった。また、固体摩擦特有の音や振動が発生する等の問題もあった。さらには、構造も複雑なものとなっていた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６６４８５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、トルク等の正確な制御が困難であると共に、音や振動が発生し、且つ構造が複雑となる点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、トルク等の正確な制御を可能とすると共に音や振動の発生を抑制し、且つ構造を簡素化するために、入出力用の内外回転部材と、外回転部材内に設けられ外部制御可能なモータと、前記内外回転部材間に設けられ前記モータに制御可能に連動連結された減速機構とを備え、前記モータを制御することにより前記減速機構を介して前記内外回転部材間の相対回転を調整可能とすることを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、モータの出力を制御することにより、減速機構を介して内外回転部材間の相対回転を調整することができる。
【０００９】
従って、トルクや回転数をモータによって直接制御することができ、正確且つ円滑な制御を行わせることができると共に、異音や振動の発生を抑制し、且つ構造を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
トルク等の正確な制御を可能とすると共に音や振動の発生を抑制し、且つ構造を簡素化するという目的を、モータ及び減速機構によって実現した。
【実施例１】
【００１１】
［カップリング装置］
図１は、本発明の実施例１に係るカップリング装置を示す断面図である。
【００１２】
本実施例のカップリング装置１は、例えば左右の後輪車軸間に配置され、フロントエンジン、フロントドライブベース（ＦＦベース）の４輪駆動車のリヤ車軸間に結合され、センターデファレンシャル装置及びリアデファンレンシャル装置として機能するものである。ただし、左右の前輪車軸間に結合配置してセンターデファレンシャル装置及びフロントデファレンシャル装置として機能させることも可能である。また、二輪駆動車の左右前輪間又は後輪間に設け、フロントデファレンシャル装置又はリアデファレンシャル装置としても機能させることができる。前記カップリング装置１は、キャリア内に回転自在に支持され、ドライブピニオンシャフト３を介してエンジンからの回転入力が行われるようになっている。
【００１３】
前記カップリング装置１は、図１のように、左右対称構造のカップリング２，４が結合されたものである。このカップリング装置１は、外回転部材であるカップリングケース７を備えている。カップリングケース７は、内回転部材である左右のアクスルシャフト５，５（車軸）間にわたって設けられ、キャリアに回転自在に支持されている。前記カップリングケース７は、ほぼ円筒形状を有し、回転軸心方向の中間部で分割形成された左右ケース８，１０からなり、対向部分に設けられた結合フランジ９，１２がボルト１４によって結合されている。結合フランジ９，１２には、リングギア１３がボルト１４によって共締めされている。リングギア１３には、ドライブピニオンシャフト３のドライブピニオンギア１１が噛み合っている。ドライブピニオンギア１１及びリングギア１３は、ヘリカルギアからなるが、図２のように、ハイポイドギアとすることも可能である。
【００１４】
前記カップリングケース７の回転軸心方向の両端には、端壁部１７を介してボス部１９が設けられている。ボス部１９には、アクスルシャフト５が回転自在に支持されている。
【００１５】
前記アクスルシャフト５は、一端がカップリングケース７内に収容され、他端が左右の後輪側にそれぞれ連動連結されている。前記アクスルシャフト５の一端には、前記カップリングケース７の端壁部１７に沿って拡径する拡径部２１が一体に設けられている。拡径部２１の外周縁には、環状の延設部２３が周方向に沿って設けられている。
【００１６】
前記カップリング２，４は、相互に対称となっているため、一方についてのみ説明し、他方については対応する構成部分に同符号を付して詳細な説明を省略する。
【００１７】
前記カップリング２は、前記カップリングケース７及びアクスルシャフト５と、カップリングケース７内に設けられたモータ２９と、カップリングケース７とアクスルシャフト５との間に設けられた減速機構３１とが同軸上に配置されて形成されている。
【００１８】
前記モータ２９は、電動モータからなり、本体としてのステータ３３及び回転体としてのロータ３５を備えている。なお、モータとしては、油圧モータを用いることも可能である。
【００１９】
前記ステータ３３は、前記カップリングケース７の内周面に固定されており、カップリングケース７と共に回転するようになっている。ステータ３３は、コイルからなりカップリングケース７に接続されたブラシ３７を介して通電制御される。
【００２０】
前記ロータ３５は、永久磁石からなり、軸心部に出力軸３９が一体的に設けられている。出力軸３９の先端は、前記アクスルシャフト５の端部に設けられた凹部４１内に収容されており、該凹部４１に対して軸受を介して回転自在に支持されている。前記出力軸３９の先端側外周にはサンギア４３が設けられている。なお、ロータ３５及びステータ３３は、コイルと永久磁石とを任意に選択することができ、例えば、上記以外にロータ３５をコイルとしてステータ３３をコイル又は永久磁石とすることも可能である。
【００２１】
前記減速機構３１は、前記カップリングケース７及びアクスルシャフト５間を回転出力可能に連結している。この減速機構３１は、カップリングケース７に設けられた入力ギア１５及びアクスルシャフト５に設けれた出力ギア２５と、入出力ギア１５，２５に噛み合う遊星ギア４５とからなる。
【００２２】
前記入力ギア１５は、前記カップリングケース７の内周面に設けられたインターナルギアからなり、回転軸心方向の両側に配置されている。
【００２３】
前記出力ギア２５は、アクスルシャフト５の延設部２３の内周面に設けられれたインターナルギアからなる。出力ギア２５は、前記カップリングケース７の入力ギア１５に隣接配置されている。出力ギア２５の歯数は、前記入力ギア１５の歯数に対して異なるように設定されている。
【００２４】
前記遊星ギア４５は、モータ２９の出力軸３９のサンギア４３とカップリングケース７及びアクスルシャフト５の入出力ギア１５，２５との間に配置され、周方向に複数設けられている。遊星ギア４５は、遊星キャリア４７に対して軸回りに回転自在に支持されている。前記カップリングケース７の周方向内側では、モータ２９の出力軸３９のサンギア４３に噛み合い、出力軸３９に対して連動連結されている。従って、減速機構３１は、モータ２９に制御によって動作するように連動連結されている。前記周方向外側では、カップリングケース７及びアクスルシャフト５の入出力ギア１５，２５に噛み合い、入出力ギア１５，２５に対して連動連結されている。遊星ギア４５と入出力ギア１５，２５との各ギア比は、入出力ギア１５，２５の歯数の相異によって異なるように設定されている。
【００２５】
前記減速機構３１は、モータ２９の制御に応じて、カップリングケース７の回転入力に対して減速又は増速し回転出力を行わせることができる。
［カップリング装置の作用］
モータ２９が通電制御されていないときは、カップリング２，４が駆動力遮断状態となる。すなわち、エンジン側からの出力が、ドライブピニオンシャフト３、ドライブピニオンギア１１、リングギア１３を介してカップリング装置１のカップリングケース７に対して入力される。カップリングケース７からは、カップリング２７の減速機構３１の入力ギア１５から遊星ギア４５へ出力される。
【００２６】
入力ギア１５から出力ギア２５へトルクを伝達するためには、遊星ギア４５及び遊星キャリア４７で反力を受け持つ必要がある。この反力トルクはモータ２９が発生するが、モータ２９は通電制御されていないとき駆動トルクもブレーキトルクも発生しない。
【００２７】
従って、カップリング２，４は、トルクを伝達せず、切り離された状態となる。このため、カップリングケース７の回転に関係なく、左右後輪は自由に回転する。つまり、二輪駆動状態となる。
【００２８】
一方、モータ２９が通電制御されると、ロータ３５を介して出力軸３９のサンギア４３を回転駆動する。サンギア４３は、遊星ギア４５と噛み合っているため、遊星ギア４５及び遊星キャリア４７を回転させる。遊星ギア４５は、相互に歯数の異なる入出力ギア１５，２５に噛み合っているため、入出力ギア１５，２５間に非常に低い相対回転を惹起する。そして、相対回転する入出力ギア１５，２５は、それぞれカップリングケース７及びアクスルシャフト５に一体に設けられているため、カップリングケース７とアクスルシャフト５との間に相対回転を生じさせる。
【００２９】
すなわち、カップリング２，４は、減速比である遊星ギア４５と入出力ギア１５，２５との各ギア比の相異に応じて両モータ２９の出力を減速又は増速し、カップリングケース７に対してアクスルシャフト５を相対回転駆動することができる。従って、カップリング装置１では、モータ２９を制御することにより減速機構３１を介してアクスルシャフト５相互間の必要な差動回転を調整可能となり、リヤデファレンシャル装置として機能させることができる。
【００３０】
このとき、エンジンからの出力は、カップリングケース７から減速機構３１の入力ギア１５、遊星ギア４５を介して出力ギア２５に出力され、左右のアクスルシャフトを駆動することができる。
【００３１】
従って、モータ２９と減速機構３１の簡単な構成によって、両アクスルシャフト５の差動回転を自由に制御可能なアクティブヨーコントロールデフとして機能させ、ヨーコントロール等を行うことができる。
【００３２】
例えば、右左折時や右カーブ左カーブ時には、外側の車輪の回転数を増加させることによって、左右の後輪間に差動回転を積極的に発生させ、強制的且つ迅速に旋回モーメントを発生させることができる。このため、旋回性能の向上を図ることができる。
【００３３】
また、オーバーステアに対しては、内側車輪の回転を増加させ直進モーメントを発生させてスピンを防止することができる。
【００３４】
同時に、モータ２９の制御により、前輪に対する後輪の差動回転も調整することができ、センターデファレンシャル装置として機能させることができる。
【００３５】
なお、モータ２９は、上記のようにトルクを発生するように制御するだけでなく、摩擦板のようにトルク吸収させるように制御することもできる。この場合、ジェネレータとして機能し、電気エネルギを発生させることができる。
［実施例の効果］
本実施例では、カップリングケース７と左右アクスルシャフト５，５との各間を、モータ２９を制御することにより減速機構３１を介して相対回転を調整可能とするカップリング２７によって連結したため、減速機構３１を介してカップリングケース７及びアクスルシャフト５間で減速又は増速して回転出力し、カップリングケース７に対するアクスルシャフト５を相対回転を調整することができる。
従って、車輪のトルクや回転数をモータ２９によって直接制御することができ、正確且つ円滑な制御を行わせることができると共に、異音や振動の発生を抑制し、且つ構造を簡素化することができる。
【００３６】
しかも、本実施例では、モータ２９の制御によって前輪に対する後輪の駆動力の断続を行わせることができ、センターデファレンシャル装置及び両アクスルシャフト５のトルクを自由に制御可能なリアデファレンシャル装置（ＬＳＤ（Limited Slip Differential））を共用させることができる。
【００３７】
また、カップリング２７の駆動力伝達状態では、主にエンジンからの出力によって左右の後輪を駆動し、左右後輪間の差動のための差動エネルギのみをモータ２９によって負担させることができる。従って、車輪のトルクや回転数を制御することができながら、モータ２９の負荷を低減することができる。
【００３８】
さらに、モータ２９のステータ３３がカップリングケース７と共に回転し、ロータ３５がアクスルシャフト５と共に回転するため、モータ２９の負荷を著しく低減し、全体としてコンパクトな構成することができる。このため、周辺部材との関係等によって配置スペースが狭い場合であっても、容易且つ確実に組み付けることができる。
【００３９】
本実施例では、前記カップリングケース７とアクスルシャフト５と減速機構３１とが同軸状に配置されているため、全体としてよりコンパクトな構成とすることができる。
【００４０】
また、本実施例では、減速機構３１が、カップリングケース７の出力ギア２５及びアクスルシャフト５の入力ギア１５と、入出力ギア１５，２５に噛み合う遊星ギア４５とからなるため、構造をより簡素化することができる。
【００４１】
また、左右車輪間の最大差動回転数が３０ＲＰＭ（revolutions  per  minute）程度であるため、カップリングケース７と各アクスルシャフト５，５間の差動回転数が前記最大差動回転数の半分である１５ＲＰＭ程度とすることができる。従って、減速機構３１には極めて大きな減速比を使用することができる。
【００４２】
このため、モータートルクの大幅増幅が可能であり、前記したように小さなモーターで十分な実用性を発揮することができる。
【００４３】
また、本実施例では、モータ２９を利用して差動を発生させるため、電源が豊富なハイブリッド電気自動車や燃料電池自動車への適用が容易である。
【実施例２】
【００４４】
図３は本発明の実施例２に係るカップリング装置を示す断面図である。なお、基本構成は、上記実施例１と同様であるため、対応する構成部分に同符号又は同符号にＡを付して説明する。
【００４５】
実施例２は、図３のように、実施例１のサンギア４３に代えて、遊星ギア４５を支持する遊星キャリア４７Ａをモータ２９Ａの出力軸３９Ａに一体に設けたものである。
【００４６】
前記遊星キャリア４７Ａは、モータ２９Ａの出力軸３９Ａの先端外周に一体形成された一対の支持壁部４９，４９間に、キャリアピン５１が固定されている。そして、遊星キャリア４７Ａは、キャリアピン５１によって遊星ギア４５を支持壁部４９，４９間に回転自在に支持している。
【００４７】
本実施例では、モータ２９Ａの通電制御によって出力軸３９Ａが回転駆動されると、遊星キャリア４７Ａが出力軸３９Ａと共に回転駆動される。従って、遊星ギア４５が入出力ギア１５，２５との噛み合いによって自転する。かかる自転によって、アクスルシャフト５に減速比に応じた回転出力を行わせることができる。
【００４８】
従って、本実施例においても、上記実施例１と同様の作用効果を奏することができる。また、遊星キャリア４７Ａがモータ２９Ａの出力軸３９Ａに一体に設けられているため、構造を簡素化することができる。
【実施例３】
【００４９】
図４は本発明の実施例３に係るカップリング装置を示す断面図である。なお、上記実施例２と対応する構成部分には同符号又は同符号にＢを付して説明する。
【００５０】
実施例３は、図４のように、アクスルシャフト５Ｂ，５Ｂ間を差動機構としてのデファレンシャルギア５３によって連結すると共に、カップリングケース７Ｂと一方のアクスルシャフト５Ｂとの間にのみカップリング２７Ｂを設けたものである。
【００５１】
すなわち、カップリングケース７Ｂは、左右ケース８Ｂ，１０Ｂの一方側（１０Ｂ）にデファレンシャルギア５３を収容する収容部５５が形成されている。前記デファレンシャルギア５３は、ベベルギア式のものであり、アクスルシャフト５Ｂ，５Ｂの端部に設けられたサイドギア５７，５７間に、ピニオンシャフト５９に回転自在に支持されたピニオンギア６１，６１が噛み合うことで構成されている。
【００５２】
前記カップリングケース７Ｂの他方側は、上記実施例１及び２とほぼ同様な構成となっている。カップリングケース７Ｂの回転軸心部には、アクスルシャフト５Ｂが挿通されている。アクスルシャフト５Ｂの外周には、前記カップリングケース７Ｂの端壁部１７Ｂに沿って拡径する拡径部２１Ｂが一体に設けられている。拡径部２１Ｂの外周縁には、出力ギア２５Ｂが設けられている。
【００５３】
前記アクスルシャフト５Ｂの基部側外周には、モータ２９Ｂの中空状出力軸３９Ｂが相対回転自在に係合している。モータ２９Ｂの出力軸３９Ｂには、遊星ギア４５Ｂを支持する遊星キャリア４７Ｂが一体に設けられている。遊星ギア４５Ｂは、カップリングケース７Ｂの入力ギア１５Ｂに噛み合っている。遊星ギア４５Ｂと出力ギア２５Ｂとの間には、入力ギア１５Ｂに隣接して、環状の連結部材６３が設けられている。前記連結部材６３の内周面には、歯数の異なるインターナルギアで形成された入出力ギア６５，６７が設けられている。一方の入出力ギア６５は遊星ギア４５Ｂに噛み合っており、他方の入出力ギア６７はアクスルシャフト５Ｂの出力ギア２５Ｂに噛み合っている。
【００５４】
本実施例では、モータ２９Ｂが通電制御されていないとき、カップリング２Ｂが駆動力遮断状態となると共に、カップリングケース７Ｂからデファレンシャルギア５３を介し、アクスルシャフト５Ｂ，５Ｂに回転出力が行われる。
【００５５】
そして、モータ２９Ｂが通電制御されると、上記実施例同様、遊星ギア４５Ｂの自転によって、入出力ギア１５Ｂ，２５Ｂ間に非常に低い相対回転を惹起し、カップリングケース７Ｂとアクスルシャフト５Ｂとの間に相対回転を生じさせる。
【００５６】
従って、本実施例においても、モータ２９Ｂを制御することにより減速機構３１Ｂを介してアクスルシャフト５Ｂ，５Ｂ相互間の必要な差動回転を調整可能となり、上記実施例と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例４】
【００５７】
図５は本発明の実施例４に係るカップリング装置を示す断面図である。なお、上記実施例と対応する構成部分に同符号又は同符号にＣを付して説明する。
【００５８】
実施例４は、図５のように、例えば、トランスファ等のカップリング２７Ｃとして設けられている。
【００５９】
前記カップリング２７Ｃは、外回転部材としてのカップリングケース６７を備えている。カップリングケース６７は、ほぼ円筒形状を有し、一端が入力軸６９に一体に連結されている。カップリングケース６７の他端は、端壁部１７Ｃを介してボス部１９Ｃが設けられている。ボス部１９Ｃには、内回転部材としての出力軸７１が軸受を介して回転自在に支持されている。出力軸７１は、一端がカップリングケース６７内に収容され、他端が例えばプロペラシャフト等に連動連結されている。
【００６０】
カップリングケース６７内には、モータ２９Ｃ及び減速機構３１Ｃが設けられている。前記モータ２９Ｃは、ステータ３３がカップリングケース６７に固定されている。ステータ３３Ｃは、カップリングケース６７外に設けられた送電用コイルによって通電制御されるようになっている。なお、ステータ３３は、図６のように、ブラシ３７Ｃによって通電制御することも可能である。前記モータ２９Ｃのロータ３５は、出力軸７２の両端が入出力軸６９，７１の端部に設けられた凹部４１Ｃ内に収容され、該凹部４１Ｃに軸受７３，７５を介して回転自在に支持されている。
【００６１】
本実施例では、モータ２９Ｃのステータ３３Ｃが通電制御されていないとき、減速機構３１Ｃの遊星ギア４５が空転し、出力軸７１への駆動力伝達が遮断状態となる。
【００６２】
そして、モータ２９Ｃのステータ３３Ｃが通電制御されると、遊星ギア４５の自転によって入出力ギア１５，２５間に非常に低い相対回転を惹起し、カップリングケース７Ｃと出力軸７１との間に相対回転を生じさせる。
【００６３】
エンジンからの出力は、カップリングケース７Ｃから減速機構３１Ｃの入力ギア１５、遊星ギア４５を介して出力ギア２５に出力され、後輪側へ伝達することができる。
【００６４】
従って、本実施例においても、モータ２９Ｃを制御することにより減速機構３１Ｃを介して入出力軸６９，７１相互間の必要な差動回転を調整可能となり、前輪に対する後輪のトルクや回転数を増減制御することができる。
【００６５】
本実施例では、上記実施例と同様、前輪に対する後輪のトルクや回転数をモータ２９Ｃによって直接制御することができ、正確且つ円滑な制御を行わせることができると共に、異音や振動の発生を抑制し、且つ構造を簡素化することができる。
【００６６】
以上説明したように、通常のＬＳＤ（Limited Slip Differential）では、差動が起こっているか起ころうとしなければ効果が得られず、且つ差動制限によって相対的に遅く回転する方の車輪のトルクが大きくなる。
【００６７】
これに対し、本発明では、差動が発生しなくても、両アクスルシャフト５のトルクを自由に制御可能となる。このため、例えば、相対的に早く回転する方のアクスルシャフト５のトルクを大きくするような制御も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】カップリング装置を示す断面図である（実施例１）。
【図２】変形例を示す断面図である（実施例１）。
【図３】カップリング装置を示す断面図である（実施例２）。
【図４】カップリング装置を示す断面図である（実施例３）。
【図５】カップリング装置を示す断面図である（実施例４）。
【図６】変形例を示す断面図である（実施例４）。
【符号の説明】
【００６９】
１  カップリング装置
２，４  カップリング
５  中間軸
７，６７  カップリングケース  
２９  モータ
３１  減速機構  
６９  入力軸
７１  出力軸
【図１】
2008190541.tif 000003
【図２】
2008190541.tif 000004
【図３】
2008190541.tif 000005
【図４】
2008190541.tif 000006
【図５】
2008190541.tif 000007
【図６】
2008190541.tif 000008