JP5409748B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに差回転が可能な２つの回転軸の間で互いにトルクを伝達するための動力伝達装置に関する。

従来、この種の動力伝達装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この従来の動力伝達装置は、四輪車両に適用されたものであり、内燃機関のトルクを左右の出力軸に分配する差動装置と、左出力軸の周りに回転自在に設けられたキャリア部材と、キャリア部材に回転自在に支持された３連ピニオンギヤと、油圧式の増速用クラッチおよび減速用クラッチを備えている。左右の出力軸は、左右の駆動輪にそれぞれ連結されている。また、３連ピニオンギヤは、互いに異なるピッチ円を有する第１ピニオンギヤ、第２ピニオンギヤおよび第３ピニオンギヤで構成されており、これらの第１〜第３ピニオンギヤは、一体に形成されている。第１ピニオンギヤは、右出力軸と一体の第１サンギヤと噛み合っており、第２ピニオンギヤは左出力軸と一体の第２サンギヤと噛み合っている。また、第３ピニオンギヤは、回転自在に設けられた第３サンギヤと噛み合っている。さらに、増速用クラッチによって、第３サンギヤと不動のケーシングの間が接続・遮断され、減速用クラッチによって、キャリア部材とケーシングの間が接続・遮断される。

以上の構成の従来の動力伝達装置では、車両の直進時、増速用クラッチの解放により第３サンギヤとケーシングの間が遮断され、減速用クラッチの解放によりキャリア部材とケーシングの間が遮断されるとともに、内燃機関のトルクが、差動装置を介して左右の出力軸に分配される。それに伴い、キャリア部材、第３サンギヤ、増速用および減速用クラッチは、内燃機関のトルクの一部が伝達されることにより空転する。また、車両の左右の旋回時、増速用および減速用クラッチの締結力を制御することによって、左右の出力軸へのトルクの分配が制御される。具体的には、車両の右旋回時には、増速用クラッチの解放により第３サンギヤとケーシングの間を遮断するとともに、減速用クラッチの締結によりキャリア部材とケーシングの間を接続することによって、キャリア部材を減速させる。これにより、右出力軸のトルクの一部が、第１サンギヤ、第１ピニオンギヤ、第２ピニオンギヤおよび第２サンギヤを介して左出力軸に伝達される結果、左出力軸に分配されるトルクが、右出力軸に対して増大する。この場合、減速用クラッチの締結度合を制御することによって、左出力軸に分配されるトルクが制御される。

一方、車両の左旋回時には、減速用クラッチの解放によりキャリア部材とケーシングの間を遮断するとともに、増速用クラッチの締結により第３サンギヤとケーシングの間を接続することによって、キャリア部材を増速させる。これにより、左出力軸のトルクの一部が、第２サンギヤ、第２ピニオンギヤ、第１ピニオンギヤおよび第１サンギヤを介して右出力軸に伝達される結果、右出力軸に分配されるトルクが、左出力軸に対して増大する。この場合、増速用クラッチの締結度合を制御することによって、右出力軸に分配されるトルクが制御される。

特許第３１０４１５７号

上述したように、従来の動力伝達装置では、左右の出力軸へのトルクの分配制御のために、増速用および減速用クラッチが用いられており、これらの増速用および減速用クラッチは、内燃機関のトルクの伝達によって空転する。このため、増速用および減速用クラッチとして、湿式の摩擦クラッチを用いた場合には、その潤滑油の粘性によるせん断抵抗によって、大きな引きずり損失が発生してしまう。また、左右の出力軸へのトルクの分配制御中には特に、第３サンギヤおよびキャリア部材が増速用および減速用クラッチによりケーシングにそれぞれ接続され、それに伴い、内燃機関のトルク（回転エネルギ）の一部が増速用または減速用クラッチに伝達され、無駄に消費される結果、大きな損失が発生してしまう。

さらに、油圧式の増速用および減速用クラッチに油圧を供給するために、内燃機関を動力源とする油圧ポンプを用いた場合には、内燃機関の運転中、左右の出力軸へのトルクの分配制御にかかわらず、常に油圧ポンプが駆動されるため、その分、内燃機関のトルクが無駄に消費されてしまう。さらに、増速用および減速用クラッチを駆動するためのスプール弁や、ソレノイド、ストレーナなどが必要になるため、その分、装置の大型化および搭載性の低下を招いてしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、損失を抑制できるとともに、装置の小型化および搭載性の向上を図ることができる動力伝達装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、互いに差回転が可能な２つの回転軸の間で互いにトルクを伝達するための動力伝達装置Ｔであって、２つの回転軸（実施形態における（以下、本項において同じ）左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲ）のうちの一方の回転軸の周りに回転自在に設けられたキャリア部材１１と、互いに異なるピッチ円直径を有するとともに互いに一体に設けられた第１ピニオンギヤＰ１、第２ピニオンギヤＰ２および第３ピニオンギヤＰ３で構成され、キャリア部材１１に回転自在に支持された３連ピニオンギヤ１２と、回転エネルギを回収可能な第１回収装置（第１モータ１３）と、回転エネルギを回収可能な第２回収装置（第２モータ１４）と、を備え、第１ピニオンギヤＰ１は、２つの回転軸のうちの他方の回転軸に連結され、第２ピニオンギヤＰ２は一方の回転軸に連結され、第３ピニオンギヤＰ３は、第１回収装置に連結されるとともに、キャリア部材１１は、第２回収装置に連結されており、第１回収装置により回転エネルギを回収することによって、キャリア部材１１を一方の回転軸に対して増速させるとともに、第２回収装置により回転エネルギを回収することによって、キャリア部材１１を一方の回転軸に対して減速させ、第１および第２回収装置の各々は、回転エネルギと電気エネルギの間でエネルギを変換可能な回転電機（第１モータ１３、第２モータ１４）を有し、第３ピニオンギヤＰ３は、第１回収装置の回転電機に連結されるとともに、キャリア部材１１は、第２回収装置の回転電機に連結されており、一方および他方の回転軸は、車両の左車輪（左駆動輪ＷＦＬ）および右車輪（右駆動輪ＷＲＬ）にそれぞれ連結されており、車両の旋回時に、第１回収装置の回転電機および第２回収装置の回転電機の一方で発電制御を行うとともに、第１回収装置の回転電機および第２回収装置の回転電機の他方でトルクがほぼ値０になるようにゼロトルク制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、２つの回転軸のうちの一方の回転軸の周りに回転自在に設けられたキャリア部材に、３連ピニオンギヤが回転自在に支持されている。この３連ピニオンギヤは、互いに異なるピッチ円を有するとともに互いに一体に設けられた第１ピニオンギヤ、第２ピニオンギヤおよび第３ピニオンギヤで構成されている。また、これらの第１および第２ピニオンギヤは、２つの回転軸のうちの他方の回転軸および一方の回転軸にそれぞれ連結されるとともに、第３ピニオンギヤおよびキャリア部材は、第１回収装置および第２回収装置にそれぞれ連結されている。

さらに、第１回収装置により回転エネルギを回収することによって、キャリア部材を一方の回転軸に対して増速させるとともに、第２回収装置により回転エネルギを回収することによって、キャリア部材を一方の回転軸に対して減速させる。上述したように一方の回転軸および他方の回転軸が３連ピニオンギヤを介して互いに連結されていることと、３連ピニオンギヤがキャリア部材に回転自在に支持されていること、キャリア部材が一方の回転軸の周りに回転自在に支持されていることから、上記のキャリア部材の増速または減速によって、一方の回転軸から他方の回転軸に、あるいは他方の回転軸から一方の回転軸に、トルクを伝達することができる。また、第１および第２回収装置によりキャリア部材の増速度合および減速度合を制御することによって、一方および他方の回転軸へのトルクの分配を自由に制御することができる。以下、一方および他方の回転軸へのトルクの分配制御を「トルク分配制御」という。

また、トルク分配制御のために、前述した従来の増速用および減速用クラッチに代えて、回転エネルギを回収可能な第１および第２回収装置を用いるので、トルク分配制御中、第１および第２回収装置で回収した回転エネルギを再利用することができ、その分、全体として損失を抑制することができる。特に、増速用および減速用クラッチが湿式の摩擦クラッチの場合と異なり、大きな引きずり損失が発生することがないので、このことによっても損失を抑制することができる。それに加え、増速用および減速用クラッチに油圧を供給する油圧ポンプも不要である。さらに、増速用および減速用クラッチを駆動するためのスプール弁や、ソレノイド、ストレーナなども不要であり、その分、装置の小型化および搭載性の向上を図ることができる。
さらに、前述した構成によれば、第１および第２回収装置が、回転電機を有しており、第３ピニオンギヤが第１回収装置の回転電機に、キャリア部材が第２回収装置の回転電機に、それぞれ連結されている。これにより、前述したトルク分配制御中、回転エネルギを回収するにあたり、回転電機により回転エネルギを電気エネルギに変換することができる。このため、例えば、動力伝達装置を車両に適用した場合には、変換した電気エネルギを車両用の補機に供給することによって、補機の電源を充電するための発電機の作動負荷および作動頻度を低下させることができる。
また、前述した構成によれば、車両の旋回時に、第１回収装置の回転電機および第２回収装置の回転電機の一方で発電制御が行われるとともに、他方でゼロトルク制御が行われる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の動力伝達装置Ｔにおいて、車両の直進時に、第１回収装置の回転電機および第２回収装置の回転電機の双方でトルクがほぼ値０になるようにゼロトルク制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、車両の直進時に、第１回収装置の回転電機および第２回収装置の回転電機の双方でトルクがほぼ値０になるように、ゼロトルク制御が行われる。
前記目的を達成するため、請求項３に係る発明は、互いに差回転が可能な２つの回転軸の間で互いにトルクを伝達するための動力伝達装置Ｔであって、２つの回転軸（実施形態における（以下、本項において同じ）左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲ）のうちの一方の回転軸の周りに回転自在に設けられたキャリア部材１１と、互いに異なるピッチ円直径を有するとともに互いに一体に設けられた第１ピニオンギヤＰ１、第２ピニオンギヤＰ２および第３ピニオンギヤＰ３で構成され、キャリア部材１１に回転自在に支持された３連ピニオンギヤ１２と、回転エネルギを回収可能な第１回収装置（第１モータ１３）と、回転エネルギを回収可能な第２回収装置（第２モータ１４）と、を備え、第１ピニオンギヤＰ１は、２つの回転軸のうちの他方の回転軸に連結され、第２ピニオンギヤＰ２は一方の回転軸に連結され、第３ピニオンギヤＰ３は、第１回収装置に連結されるとともに、キャリア部材１１は、第２回収装置に連結されており、第１回収装置により回転エネルギを回収することによって、キャリア部材１１を一方の回転軸に対して増速させるとともに、第２回収装置により回転エネルギを回収することによって、キャリア部材１１を一方の回転軸に対して減速させ、第１および第２回収装置の各々は、回転エネルギと電気エネルギの間でエネルギを変換可能な回転電機（第１モータ１３、第２モータ１４）を有し、第３ピニオンギヤＰ３は、第１回収装置の回転電機に連結されるとともに、キャリア部材１１は、第２回収装置の回転電機に連結されており、一方および他方の回転軸は、車両の左車輪（左駆動輪ＷＦＬ）および右車輪（右駆動輪ＷＲＬ）にそれぞれ連結されており、車両の減速時に、第１回収装置の回転電機および第２回収装置の回転電機の双方で発電制御を行うことを特徴とする。
この構成によれば、請求項１に係る発明による動力伝達装置と同様に構成された動力伝達装置において、車両の減速時に、第１回収装置の回転電機および第２回収装置の回転電機の双方で発電制御が行われる。

本発明の第１実施形態による動力伝達装置を、これを適用した車両の駆動輪とともに概略的に示す図である。 ＥＣＵなどを示すブロック図である。 動力伝達装置におけるトルクの伝達状況を、車両の直進時について示す図である。 動力伝達装置におけるトルクの伝達状況を、車両の左旋回時について示す図である。 動力伝達装置におけるトルクの伝達状況を、車両の右旋回時について示す図である。 本発明の第２実施形態による動力伝達装置を、これを適用した車両の駆動輪とともに概略的に示す図である。 本発明の第３実施形態による動力伝達装置を、これを適用した車両の駆動輪とともに概略的に示す図である。 本発明による動力伝達装置を適用したＦＲ式の車両を概略的に示す図である。 本発明による動力伝達装置を適用した全輪駆動式の車両を概略的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、ＦＦ（フロントエンジン−フロントドライブ）式の四輪の車両（図示せず）に搭載されている。本発明の第１実施形態による動力伝達装置Ｔは、変速機（以下「Ｔ／Ｍ」という）４を介してエンジン３に連結されており、エンジン３のトルク（以下「エンジントルク」という）を、車両の左前輪ＷＦＬおよび右前輪ＷＦＲに伝達する。

動力伝達装置Ｔは、差動装置Ｄ、キャリア部材１１、３連ピニオンギヤ１２、第１モータ１３および第２モータ１４を備えている。これらの差動装置Ｄ、キャリア部材１１、第１モータ１３および第２モータ１４は、互いに同軸状に配置されている。差動装置Ｄは、いわゆるダブルピニオン式の遊星歯車装置であり、サンギヤＳＤと、サンギヤＳＤの外周に設けられたリングギヤＲＤと、サンギヤＳＤに噛み合う複数の第１ピニオンギヤＰＤ１と、第１ピニオンギヤＰＤ１およびリングギヤＲＤに噛み合う複数の第２ピニオンギヤＰＤ２と、第１および第２ピニオンギヤＰＤ１，ＰＤ２を回転自在に支持するキャリアＣＤを有している。

また、リングギヤＲＤの外周部には、外歯ギヤＧが形成されており、この外歯ギヤＧは、Ｔ／Ｍ４の出力軸４ａに一体に取り付けられたギヤ４ｂに噛み合っている。キャリアＣＤの右端部は、右出力軸ＳＦＲに一体に取り付けられており、この右出力軸ＳＦＲは、右前輪ＷＦＲに連結されている。また、キャリアＣＤの左端部には、中空の回転軸１５が一体に取り付けられており、回転軸１５は、軸受け（図示せず）に回転自在に支持されている。さらに、サンギヤＳＤは、左出力軸ＳＦＬに一体に取り付けられており、この左出力軸ＳＦＬは、回転軸１５の内側に相対的に回転自在に配置されるとともに、左前輪ＷＦＬに連結されている。

以上の構成の差動装置Ｄでは、エンジントルクが、Ｔ／Ｍ４を介してリングギヤＲＤに伝達されると、リングギヤＲＤに伝達されたトルクは、第１および第２ピニオンギヤＰＤ１，ＰＤ２を介して、サンギヤＳＤおよびキャリアＣＤに、１：１のトルク分配比で分配される。サンギヤＳＤに分配されたトルクは、左出力軸ＳＦＬを介して左前輪ＷＦＬに伝達され、キャリアＣＤに分配されたトルクは、右出力軸ＳＦＲを介して右前輪ＷＦＲに伝達される。また、左右の出力軸ＳＦＬ，ＳＦＲは、差動装置Ｄによって互いに差回転が可能である。

前記キャリア部材１１は、ドーナツ板状の基部１１ａと、３連ピニオンギヤ１２を支持するための４つの支軸１１ｂ（２つのみ図示）で構成されている。キャリア部材１１は、軸受け（図示せず）に回転自在に支持されており、左出力軸ＳＦＬおよび回転軸１５の周りに配置されている。各支軸１１ｂは、基部１１ａに一体に取り付けられており、基部１１ａから軸線方向に延びている。また、４つの支軸１１ｂは、基部１１ａの円周方向に等間隔で配置されている。

３連ピニオンギヤ１２は、互いに一体に形成された第１ピニオンギヤＰ１、第２ピニオンギヤＰ２および第３ピニオンギヤＰ３で構成されている。３連ピニオンギヤ１２の数Ｎは、値４であり（２つのみ図示）、各３連ピニオンギヤ１２は、支軸１１ｂに回転自在に支持されている。第１〜第３ピニオンギヤＰ１〜Ｐ３は、キャリア部材１１の軸線と平行な同一軸線上に、右側からこの順で配置されている。なお、３連ピニオンギヤ１２の数Ｎおよび支軸１１ｂの数は値４に限らず、任意である。

第１〜第３ピニオンギヤＰ１〜Ｐ３は、互いに異なるピッチ円直径を有しており、第１ピニオンギヤＰ１の歯数（以下「第１ピニオン歯数」という）ＺＰ１、第２ピニオンギヤＰ２の歯数（以下「第２ピニオン歯数」という）ＺＰ２、および第３ピニオンギヤＰ３の歯数（以下「第３ピニオン歯数」という）ＺＰ３は、それらの最小歯数Ｍに正の整数を乗算した値（Ｍ、２Ｍ、３Ｍ…のいずれか）に、設定されている。具体的には、第１および第２ピニオン歯数ＺＰ１、ＺＰ２は、最小歯数Ｍ＝１７に設定されており、第３ピニオン歯数ＺＰ３は、２Ｍ＝３４に設定されている。これにより、第１〜第３ピニオンギヤＰ１〜Ｐ３の歯の位相を、周方向に互いに揃えることができる。それにより、３連ピニオンギヤ１２の組付時に、第１〜第３ピニオンギヤＰ１、Ｐ２およびＰ３をそれぞれ、後述する第１サンギヤＳ１、第２サンギヤＳ２および第３サンギヤＳ３に噛み合わせる際に、３連ピニオンギヤ１２の周方向（回転方向）の位置決めが不要になり、組付性を向上させることができる。

また、第１〜第３ピニオンギヤＰ１、Ｐ２およびＰ３には、第１サンギヤＳ１、第２サンギヤＳ２および第３サンギヤＳ３がそれぞれ噛み合っている。この第１サンギヤＳ１は回転軸１５に、第２サンギヤＳ２は左出力軸ＳＦＬに、それぞれ一体に取り付けられており、第３サンギヤＳ３は、回転軸１６に一体に取り付けられている。この回転軸１６は、軸受け（図示せず）に回転自在に支持されており、その内側には、左出力軸ＳＦＬが、相対的に回転自在に配置されている。

また、第１サンギヤＳ１の歯数（以下「第１サンギヤ歯数」という）ＺＳ１、第２サンギヤＳ２の歯数（以下「第２サンギヤ歯数」という）ＺＳ２、および第３サンギヤＳ３の歯数（以下「第３サンギヤ歯数」という）ＺＳ３は、３連ピニオンギヤ１２の数Ｎ（本実施形態では値４）に正の整数を乗算した値（Ｎ、２Ｎ、３Ｎ…のいずれか）に、設定されている。具体的には、第１および第３サンギヤ歯数ＺＳ１、ＺＳ３は、８Ｎ＝３２に設定されており、第２サンギヤ歯数ＺＳ２は、７Ｎ＝２８に設定されている。これにより、第１〜第３サンギヤＳ１〜Ｓ３の歯の位相を、４つの３連ピニオンギヤ１２と噛み合う位置において、互いに一致させることができる。それにより、第１〜第３ピニオンギヤＰ１〜Ｐ３の歯の位相を互いに異ならせずに済むので、３連ピニオンギヤ１２の製造コストを削減することができる。

なお、互いに噛み合う第１ピニオンギヤＰ１および第１サンギヤＳ１のモジュールを互いに一致させ、第２ピニオンギヤＰ２および第２サンギヤＳ２のモジュールを互いに一致させるとともに、第３ピニオンギヤＰ３および第３サンギヤＳ３のモジュールを互いに一致させるのであれば、第１〜第３ピニオンギヤＰ１〜Ｐ３および第１〜第３サンギヤＳ１〜Ｓ３のモジュールをすべて一致させる必要はない。

第１モータ１３は、ＡＣモータであり、複数の鉄芯やコイルなどで構成された第１ステータ１３ａと、複数の磁石などで構成された第１ロータ１３ｂを有している。この第１ステータ１３ａは、不動のケースＣＡに固定されている。第１ロータ１３ｂは、第１ステータ１３ａに対向するように配置され、前述した回転軸１６に一体に取り付けられており、回転軸１６および第３サンギヤＳ３とともに回転自在である。第１モータ１３では、第１ステータ１３ａに電力（電気エネルギ）が供給されると、供給された電力は、動力（回転エネルギ）に変換され、第１ロータ１３ｂに出力される。また、第１ロータ１３ｂに動力（回転エネルギ）が入力されると、この動力は、電力（電気エネルギ）に変換され（発電）、第１ステータ１３ａに出力される。

また、第１ステータ１３ａは、第１パワードライブユニット（以下「第１ＰＤＵ」という）２１を介して、充電・放電可能なバッテリ２３に電気的に接続されており、バッテリ２３との間で電気エネルギを授受可能である。この第１ＰＤＵ２１は、インバータなどの電気回路で構成されている。図２に示すように、第１ＰＤＵ２１には、後述するＥＣＵ２が電気的に接続されている。このＥＣＵ２は、第１ＰＤＵ２１を制御することによって、第１ステータ１３ａに供給する電力と、第１ステータ１３ａで発電する電力と、第１ロータ１３ｂの回転数を制御する。

また、第２モータ１４も、第１モータ１３と同様、ＡＣモータであり、第２ステータ１４ａおよび第２ロータ１４ｂを有している。これらの第２ステータ１４ａおよび第２ロータ１４ｂはそれぞれ、第１ステータ１３ａおよび第１ロータ１３ｂと同様に構成されている。また、第２ロータ１４ｂは、前述したキャリア部材１１の基部１１ａに一体に取り付けられており、キャリア部材１１とともに回転自在である。さらに、第２モータ１４は、第１モータ１３と同様、第２ステータ１４ａに供給された電力を動力に変換し、第２ロータ１４ｂに出力可能であり、第２ロータ１４ｂに入力された動力を電力に変換し、第２ステータ１４ａに出力可能である。

また、第２ステータ１４ａは、第２パワードライブユニット（以下「第２ＰＤＵ」という）２２を介して、バッテリ２３に電気的に接続されており、バッテリ２３との間で電気エネルギを授受可能である。この第２ＰＤＵ２２は、第１ＰＤＵ２１と同様、インバータなどの電気回路で構成されており、第２ＰＤＵ２２には、ＥＣＵ２が電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、第２ＰＤＵ２２を制御することによって、第２ステータ１４ａに供給する電力と、第２ステータ１４ａで発電する電力と、第２ロータ１４ｂの回転数を制御する。

以下、第１ロータ１３ｂ（第２ロータ１４ｂ）に入力された動力を用いて第１ステータ１３ａ（第２ステータ１４ａ）で発電するとともに、発電した電力をバッテリ２３に充電することを適宜「回生」という。

以上のように、動力伝達装置Ｔでは、３連ピニオンギヤ１２の第１ピニオンギヤＰ１は、第１サンギヤＳ１、回転軸１５およびキャリアＣＤを介して、右出力軸ＳＦＲに連結されている。第２ピニオンギヤＰ２は、第２サンギヤＳ２を介して、左出力軸ＳＦＬに連結されている。また、第３ピニオンギヤＰ３は、第３サンギヤＳ３および回転軸１６を介して、第１モータ１３に連結されている。キャリア部材１１は、第２モータ１４に連結されている。

また、ＥＣＵ２には、操舵角センサ３１から車両のハンドルの操舵角θを表す検出信号が、車速センサ３２から車速ＶＰを表す検出信号が、入力される。ＥＣＵ２にはさらに、電流電圧センサ３３から、バッテリ２３に入出力される電流・電圧値を表す検出信号が入力される。ＥＣＵ２は、電流電圧センサ３３からの検出信号に基づいて、バッテリ２３の充電状態を算出する。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、上述した各種のセンサ３１〜３３からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、第１および第２モータ１３、１４を制御する。これにより、動力伝達装置Ｔの各種の動作が行われる。以下、車両の直進時および左右の旋回時における動力伝達装置Ｔの動作について説明する。

・直進時
前述したエンジン３や第１・第２モータ１３、１４などの各種の要素の間の連結関係から明らかなように、エンジントルクは、差動装置Ｄや、キャリア部材１１、３連ピニオンギヤ１２を介して第１および第２モータ１３、１４に伝達される。それにより、キャリア部材１１、第１および第２ロータ１３ｂ、１４ｂは空転する。それに伴って第１および第２モータ１３、１４で発電が行われることによる引きずり損失が発生するのを回避するために、両モータ１３、１４のトルクがほぼ値０になるように、ゼロトルク制御が行われる。

車両の直進時、エンジントルクは、差動装置Ｄを介して、左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲに分配され、さらに左右の駆動輪ＷＦＬ、ＷＦＲに伝達される。この場合、図３にハッチング付きの矢印で示すように、エンジン３から左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲへのトルク分配比は、１：１である。また、車両の左右の旋回時とは異なり、キャリア部材１１が左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲと同じ回転数で空転するとともに、３連ピニオンギヤ１２がキャリア部材１１に対して回転しないため、左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲの間で、３連ピニオンギヤ１２を介してトルクが伝達されることはない。

・左旋回時
第１モータ１３で発電制御を行うとともに、第２モータ１４でゼロトルク制御を行う。第１モータ１３での発電制御に伴い、第１モータ１３からの制動力が、第３サンギヤＳ３に作用する。また、第１モータ１３による発電制御によって、第１モータ１３に伝達された回転エネルギが、電気エネルギに変換されるとともに、変換された電気エネルギがバッテリ２３に充電される（回生）。これにより、キャリア部材１１が左出力軸ＳＦＬに対して増速することによって、図４にハッチング付きの矢印で示すように、左出力軸ＳＦＬのトルクの一部が、第２サンギヤＳ２、第２ピニオンギヤＰ２、第１ピニオンギヤＰ１、第１サンギヤＳ１、回転軸１５、およびキャリアＣＤを介して、右出力軸ＳＦＲに伝達される。その結果、右出力軸ＳＦＲの回転数（以下「右出力軸回転数」という）ＮＦＲが、左出力軸ＳＦＬの回転数（以下「左出力軸回転数」という）ＮＦＬに対して増速する。

左旋回時、第１ロータ１３ｂの回転数が値０になるように第１モータ１３を制御した場合には、左右の出力軸回転数ＮＦＬ、ＮＦＲの間の関係は、次式（１）によって表される。
ＮＦＲ／ＮＦＬ＝｛１−（ＺＳ３／ＺＰ３）×（ＺＰ１／ＺＳ１）｝
／｛１−（ＺＳ３／ＺＰ３）×（ＺＰ２／ＺＳ２）｝＝１．１６７
……（１）

また、左旋回時、第１モータ１３での発電電力を介して第１モータ１３の制動力を制御することにより、左出力軸ＳＦＬに対するキャリア部材１１の増速度合を制御することによって、左出力軸ＳＦＬから右出力軸ＳＦＲに伝達されるトルクを自由に制御することができる。

・右旋回時
右旋回時には、上述した左旋回時の場合とは逆に、第２モータ１４で発電制御を行うとともに、第１モータ１３でゼロトルク制御を行う。第２モータ１４での発電制御に伴い、第２モータ１４からの制動力が、キャリア部材１１に作用する。また、第２モータ１４による発電制御によって、第２モータ１４に伝達された回転エネルギが、電気エネルギに変換されるとともに、変換された電気エネルギがバッテリ２３に充電される（回生）。これにより、キャリア部材１１が左出力軸ＳＦＬに対して減速することによって、図５にハッチング付きの矢印で示すように、右出力軸ＳＦＲのトルクの一部が、キャリアＣＤ、回転軸１５、第１サンギヤＳ１、第１ピニオンギヤＰ１、第２ピニオンギヤＰ２、および第２サンギヤＳ２を介して、左出力軸ＳＦＬに伝達される。その結果、左出力軸回転数ＮＦＬが、右出力軸回転数ＮＦＲに対して増速する。

右旋回時、第２ロータ１４ｂの回転数が値０になるように第２モータ１４を制御した場合には、左右の出力軸回転数ＮＦＬ、ＮＦＲの間の関係は、次式（２）によって表される。
ＮＦＬ／ＮＦＲ＝（ＺＰ２／ＺＳ２）×（ＺＳ１／ＺＰ１）＝１．１４３ ……（２）

また、右旋回時、第２モータ１４での発電電力を介して第２モータ１４の制動力を制御することにより、左出力軸ＳＦＬに対するキャリア部材１１の減速度合を制御することによって、右出力軸ＳＦＲから左出力軸ＳＦＬに伝達されるトルクを自由に制御することができる。

また、本実施形態における各種の要素と、本発明における各種の要素との対応関係は、次のとおりである。すなわち、本実施形態における左右の出力軸ＳＦＬおよびＳＦＲが、本発明における２つの回転軸のうちの一方および他方にそれぞれ相当する。また、本実施形態における第１モータ１３が、本発明における第１回収装置に相当するとともに、本実施形態における第２モータ１４が、本発明における第２回収装置に相当する。さらに、本実施形態における第１および第２モータ１３、１４が、本発明における回転電機に相当する。

以上のように、第１実施形態によれば、左出力軸ＳＦＬの周りに回転自在に設けられたキャリア部材１１に、３連ピニオンギヤ１２が回転自在に支持されている。この３連ピニオンギヤ１２は、互いに異なるピッチ円を有するとともに、互いに一体に形成された第１〜第３ピニオンギヤＰ１〜Ｐ３で構成されている。また、第１および第２ピニオンギヤＰ１、Ｐ２は、右出力軸ＳＦＲおよび左出力軸ＳＦＬにそれぞれ連結されるとともに、第３ピニオンギヤＰ３およびキャリア部材１１は、第１および第２モータ１３、１４にそれぞれ連結されている。さらに、第１および第２モータ１３、１４には、バッテリ２３が接続されており、第１および第２モータ１３、１４は、回転エネルギを電気エネルギとして回収し、蓄積可能である。

また、車両の左旋回時、第１モータ１３で発電制御を行うことにより、第１モータ１３に伝達された回転エネルギを回収することによって、キャリア部材１１を左出力軸ＳＦＬに対して増速させる。また、キャリア部材１１の増速度合を制御することによって、左出力軸ＳＦＬから右出力軸ＳＦＲに伝達されるトルクを自由に制御することができる。

さらに、車両の右旋回時、第２モータ１４で発電制御を行うことにより、第２モータ１４に伝達された回転エネルギを回収することによって、キャリア部材１１を左出力軸ＳＦＬに対して減速させる。また、キャリア部材１１の減速度合を制御することによって、右出力軸ＳＦＲから左出力軸ＳＦＬに伝達されるトルクを自由に制御することができる。以上のように、左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲへのトルクの分配を自由に制御することができる。以下、左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲへのトルクの分配制御を「トルク分配制御」という。

また、トルク分配制御のために、前述した従来の増速用および減速用クラッチに代えて、第１および第２モータ１３、１４を用いるので、トルク分配制御中、第１および第２モータ１３、１４に伝達された回転エネルギを回収し、再利用することができ、その分、全体として損失を抑制することができる。特に、増速用および減速用クラッチが湿式の摩擦クラッチの場合と異なり、前述したゼロトルク制御によって、大きな引きずり損失が発生することがないので、このことによっても損失を抑制することができる。それに加え、増速用および減速用クラッチに油圧を供給する油圧ポンプも不要である。さらに、増速用および減速用クラッチを駆動するためのスプール弁や、ソレノイド、ストレーナなども不要であり、その分、動力伝達装置Ｔの小型化および搭載性の向上を図ることができる。

さらに、トルク分配制御中、第１および第２モータ１３、１４に伝達された回転エネルギを回収するにあたり、両モータ１３、１４により回転エネルギを電気エネルギに変換することができる。このため、例えば、変換した電気エネルギを車両用の補機（図示せず）に供給することによって、補機の電源を充電するための発電機（図示せず）の作動負荷および作動頻度を低下させることができる。

また、車両の減速時には、左右の前輪ＷＦＬ、ＷＦＲから、左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲや差動装置Ｄなどを介して第１および第２モータ１３、１４に伝達される動力を用いて、両モータ１３、１４で発電制御を行うことができ、それにより、車両の走行エネルギを回収することができる。

次に、図６を参照しながら、本発明の第２実施形態による動力伝達装置について説明する。この動力伝達装置では、第１実施形態による動力伝達装置Ｔとは異なり、第１および第２モータ１３、１４はそれぞれ、第３サンギヤＳ３およびキャリア部材１１に、直結されておらず、減速装置を介して連結されている。図６において、第１実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

第１ロータ１３ｂは、回転軸１６には取り付けられておらず、第１ロータ１３ｂおよび回転軸１６にはそれぞれ、ギヤ４１およびギヤ４２が一体に取り付けられており、これらのギヤ４１、４２は互いに噛み合っている。第１モータ１３の動力は、両ギヤ４１、４２によって減速された状態で、第３サンギヤＳ３に伝達される。また、第２ロータ１４ｂは、キャリア部材１１には取り付けられておらず、第２ロータ１４ｂおよびキャリア部材１１の基部１１ａにはそれぞれ、ギヤ４３およびギヤ４４が一体に取り付けられており、これらのギヤ４３、４４は互いに噛み合っている。第２モータ１４の動力は、両ギヤ４３、４４によって減速された状態で、キャリア部材１１に伝達される。

以上のように、第２実施形態では、第１モータ１３が、ギヤ４１およびギヤ４２から成る減速装置を介して第３サンギヤＳ３に連結されており、第２モータ１４が、ギヤ４３およびギヤ４４から成る減速装置を介してキャリア部材１１に連結されている。これにより、第１および第２モータ１３、１４のトルク（制動力）を、増大させた状態で第３サンギヤＳ３およびキャリア部材１１にそれぞれ伝達することができるので、第１および第２モータ１３、１４の小型化を図ることができる。その他、第１実施形態による効果を同様に得ることができる。

次に、図７を参照しながら、本発明の第３実施形態による動力伝達装置について説明する。この動力伝達装置では、第２実施形態による動力伝達装置とは異なり、第１および第２モータ１３、１４はそれぞれ、一対のギヤから成る減速装置ではなく、遊星歯車式の第１減速装置ＲＧ１および第２減速装置ＲＧ２を介して、第３サンギヤＳ３およびキャリア部材１１に連結されている。図７において、第１および第２実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下、第１および第２実施形態と異なる点を中心に説明する。

この第１減速装置ＲＧ１は、シングルピニオンタイプの遊星歯車装置であり、第１サンギヤＳＲ１と、第１サンギヤＳＲ１の外周に設けられた第１リングギヤＲＲ１と、両ギヤＳＲ１、ＲＲ１に噛み合う複数の第１ピニオンギヤＰＲ１と、第１ピニオンギヤＰＲ１を回転自在に支持する第１キャリアＣＲ１を有している。

第１サンギヤＳＲ１は、中空の回転軸１７に一体に取り付けられている。この回転軸１７は、軸受け（図示せず）に回転自在に支持されており、その内側には、左出力軸ＳＦＬが、相対的に回転自在に配置されている。また、第１ロータ１３ｂは、前述した回転軸１６ではなく、回転軸１７に一体に取り付けられており、回転軸１７および第１サンギヤＳＲ１とともに回転自在である。また、第１リングギヤＲＲ１は、ケースＣＡに固定されている。第１キャリアＣＲ１は、回転軸１６に一体に取り付けられており、回転軸１６および第３サンギヤＳ３とともに回転自在である。以上の構成の第１減速装置ＲＧ１によって、第１モータ１３の動力は、減速された状態で第３サンギヤＳ３に伝達される。

上記の第２減速装置ＲＧ２は、第１減速装置ＲＧ１と同様、シングルピニオンタイプの遊星歯車装置であり、第２サンギヤＳＲ２と、第２サンギヤＳＲ２の外周に設けられた第２リングギヤＲＲ２と、両ギヤＳＲ２、ＲＲ２に噛み合う第２ピニオンギヤＰＲ２を有している。

第２サンギヤＳＲ２は、中空の回転軸１８に一体に取り付けられている。この回転軸１８は、軸受け（図示せず）に回転自在に支持されており、その内側には、前述した回転軸１５および左出力軸ＳＦＬが、相対的に回転自在に配置されている。また、第２ロータ１４ｂは、キャリア部材１１ではなく、回転軸１８に一体に取り付けられており、回転軸１８および第２サンギヤＳＲ２とともに回転自在である。また、第２リングギヤＲＲ２は、ケースＣＡに固定されている。第２ピニオンギヤＰＲ２は、３連ピニオンギヤ１２と同じ個数（４つ。２つのみ図示）であり、キャリア部材１１の支軸１１ｂに回転自在に支持されている。以上の構成の第２減速装置ＲＧ２によって、第２モータ１４の動力は、減速された状態でキャリア部材１１に伝達される。

以上のように、第３実施形態では、第１モータ１３が、第１減速装置ＲＧ１を介して第３サンギヤＳ３に連結されており、第２モータ１４が、第２減速装置ＲＧ２を介してキャリア部材１１に連結されている。これにより、第２実施形態と同様、第１および第２モータ１３、１４のトルク（制動力）を、増大させた状態で第３サンギヤＳ３およびキャリア部材１１にそれぞれ伝達することができるので、第１および第２モータ１３、１４の小型化を図ることができる。その他、第１実施形態による効果を同様に得ることができる。

また、３連ピニオンギヤ１２および第２ピニオンギヤＰＲ２を支持するキャリア部材１１を共用しているので、その分、動力伝達装置の小型化および搭載性の向上を図ることができる。

また、図８に示すように、本発明による動力伝達装置は、ＦＲ（フロントエンジン−リヤドライブ）式の車両ＶＦＲにも適用可能である。この車両ＶＦＲでは、動力伝達装置ＴＡは、車両ＶＦＲの後部に配置されており、その差動装置Ｄの前述したリングギヤ（図示せず）は、プロペラシャフトＰＳを介してＴ／Ｍ４に連結されている。また、差動装置Ｄのサンギヤおよびキャリア（いずれも図示せず）はそれぞれ、左右の出力軸ＳＲＬ、ＳＲＲを介して、左右の後輪ＷＲＬ、ＷＲＲに連結されている。以上の構成により、エンジントルクは、Ｔ／Ｍ４、プロペラシャフトＰＳ、動力伝達装置ＴＡおよび左右の出力軸ＳＲＬ、ＳＲＲをそれぞれ介して、左右の後輪ＷＲＬ、ＷＲＲに伝達される。この場合にも、第１〜第３実施形態による効果を同様に得ることができる。

さらに、図９に示すように、本発明による動力伝達装置は、全輪駆動式の車両ＶＡＷにも適用可能である。この車両ＶＡＷでは、左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲは、フロントデフＤＦ、センターデフＤＣおよびＴ／Ｍ４を介して、エンジン３に連結されている。また、動力伝達装置ＴＢは、車両ＶＡＷの後部に配置されており、その差動装置Ｄのリングギヤ（図示せず）は、プロペラシャフトＰＳおよびセンターデフＤＣを介してＴ／Ｍ４に連結されている。また、差動装置Ｄのサンギヤおよびキャリア（いずれも図示せず）はそれぞれ、左右の出力軸ＳＲＬ、ＳＲＲを介して、左右の後輪ＷＲＬ、ＷＲＲに連結されている。

以上の構成により、エンジントルクは、Ｔ／Ｍ４を介してセンターデフＤＣに伝達され、フロントデフＤＦおよびプロペラシャフトＰＳに分配される。フロントデフＤＦに分配されたトルクは、左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲをそれぞれ介して、左右の前輪ＷＦＬ、ＷＦＲに伝達される。プロペラシャフトＰＳに分配されたトルクは、動力伝達装置ＴＢおよび左右の出力軸ＳＲＬ、ＳＲＲをそれぞれ介して、左右の後輪ＷＲＬ、ＷＲＲに伝達される。この場合にも、第１〜第３実施形態による効果を同様に得ることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、キャリア部材１１を、左出力軸ＳＦＬ（ＳＲＬ）の周りに回転自在に設けているが、右出力軸ＳＦＲ（ＳＲＲ）の周りに回転自在に設けてもよい。また、実施形態では、第１〜第３ピニオンギヤＰ１〜Ｐ３を、互いに一体に形成しているが、別個に形成した後に、互いに一体に連結してもよい。

さらに、実施形態では、第１および第２モータ１３、１４で発電され、回収された電力を、バッテリ２３に充電（蓄積）しているが、キャパシタ（蓄電装置）のような他の電気エネルギ蓄積装置に蓄積してもよい。あるいは、第１および第２モータ１３、１４とは異なる他のモータと、この他のモータに連結されたフライホイール（運動エネルギ蓄積装置）とを用い、第１および第２モータ１３、１４で発電され、回収された電力を他のモータで動力に変換するとともに、変換された動力を、運動エネルギとしてフライホイールに蓄積してもよい。さらには、上記のような電気・運動エネルギ蓄積装置を設けずに、第１および第２モータ１３、１４で発電され、回収された電力を、電力消費装置（他のモータなど）に直接、供給してもよい。あるいは、第１および第２モータ１３、１４に代えて、回転エネルギを圧力エネルギに変換可能な油圧ポンプを用いるとともに、この油圧ポンプで変換された圧力エネルギをアキュームレータに蓄積してもよい。

また、実施形態では、本発明における回転電機として、ＡＣモータである第１および第２モータ１３、１４を用いているが、回転エネルギと電気エネルギの間でエネルギを変換可能な他の装置、例えばＤＣモータを用いてもよい。さらに、実施形態では、バッテリ２３が第１および第２モータ１３、１４に共用されているが、バッテリを別個に設けてもよい。

また、実施形態では、本発明による動力伝達装置を、左右の出力軸ＳＦＬ、ＳＦＲ（ＳＲＬ、ＳＲＲ）の間で互いにトルクを伝達するように構成しているが、全輪駆動式の車両における前後の駆動輪の間でトルクを伝達するように構成してもよい。あるいは、エンジン３などの動力源によっては直接、駆動されない非駆動輪の間でトルクを伝達するように構成してもよい。さらに、実施形態は、本発明を車両に適用した例であるが、本発明は、これに限らず、例えば船舶や航空機などに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

Ｔ 動力伝達装置
ＳＦＬ 左出力軸（一方の回転軸）
ＳＦＲ 右出力軸（他方の回転軸）
１１ キャリア部材
Ｐ１ 第１ピニオンギヤ
Ｐ２ 第２ピニオンギヤ
Ｐ３ 第３ピニオンギヤ
１２ ３連ピニオンギヤ
１３ 第１モータ（第１回収装置、回転電機）
１４ 第２モータ（第２回収装置、回転電機）

Claims (3)

1. 互いに差回転が可能な２つの回転軸の間で互いにトルクを伝達するための動力伝達装置であって、
   前記２つの回転軸のうちの一方の回転軸の周りに回転自在に設けられたキャリア部材と、
   互いに異なるピッチ円直径を有するとともに互いに一体に設けられた第１ピニオンギヤ、第２ピニオンギヤおよび第３ピニオンギヤで構成され、前記キャリア部材に回転自在に支持された３連ピニオンギヤと、
   回転エネルギを回収可能な第１回収装置と、
   回転エネルギを回収可能な第２回収装置と、を備え、
   前記第１ピニオンギヤは、前記２つの回転軸のうちの他方の回転軸に連結され、前記第２ピニオンギヤは前記一方の回転軸に連結され、前記第３ピニオンギヤは、前記第１回収装置に連結されるとともに、前記キャリア部材は、前記第２回収装置に連結されており、
   前記第１回収装置により回転エネルギを回収することによって、前記キャリア部材を前記一方の回転軸に対して増速させるとともに、前記第２回収装置により回転エネルギを回収することによって、前記キャリア部材を前記一方の回転軸に対して減速させ、
   前記第１および第２回収装置の各々は、回転エネルギと電気エネルギの間でエネルギを変換可能な回転電機を有し、
   前記第３ピニオンギヤは、前記第１回収装置の前記回転電機に連結されるとともに、前記キャリア部材は、前記第２回収装置の前記回転電機に連結され、
   前記一方および他方の回転軸は、車両の左車輪および右車輪にそれぞれ連結されており、 前記車両の旋回時に、前記第１回収装置の前記回転電機および前記第２回収装置の前記回転電機の一方で発電制御を行うとともに、前記第１回収装置の前記回転電機および前記第２回収装置の前記回転電機の他方でトルクがほぼ値０になるようにゼロトルク制御を行うことを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記車両の直進時に、前記第１回収装置の前記回転電機および前記第２回収装置の前記回転電機の双方でトルクがほぼ値０になるようにゼロトルク制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 互いに差回転が可能な２つの回転軸の間で互いにトルクを伝達するための動力伝達装置であって、
   前記２つの回転軸のうちの一方の回転軸の周りに回転自在に設けられたキャリア部材と、
   互いに異なるピッチ円直径を有するとともに互いに一体に設けられた第１ピニオンギヤ、第２ピニオンギヤおよび第３ピニオンギヤで構成され、前記キャリア部材に回転自在に支持された３連ピニオンギヤと、
   回転エネルギを回収可能な第１回収装置と、
   回転エネルギを回収可能な第２回収装置と、を備え、
   前記第１ピニオンギヤは、前記２つの回転軸のうちの他方の回転軸に連結され、前記第２ピニオンギヤは前記一方の回転軸に連結され、前記第３ピニオンギヤは、前記第１回収装置に連結されるとともに、前記キャリア部材は、前記第２回収装置に連結されており、
   前記第１回収装置により回転エネルギを回収することによって、前記キャリア部材を前記一方の回転軸に対して増速させるとともに、前記第２回収装置により回転エネルギを回収することによって、前記キャリア部材を前記一方の回転軸に対して減速させ、
   前記第１および第２回収装置の各々は、回転エネルギと電気エネルギの間でエネルギを変換可能な回転電機を有し、
   前記第３ピニオンギヤは、前記第１回収装置の前記回転電機に連結されるとともに、前記キャリア部材は、前記第２回収装置の前記回転電機に連結されており、
   前記一方および他方の回転軸は、車両の左車輪および右車輪にそれぞれ連結されており、
   前記車両の減速時に、前記第１回収装置の前記回転電機および前記第２回収装置の前記回転電機の双方で発電制御を行うことを特徴とする動力伝達装置。

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