JP2014137093A - 動力伝達構造 - Google Patents

Abstract

【課題】動力伝達系の回転軸に発生する曲げ振動と捩り振動とを効率良く抑制することができるようにする。
【解決手段】ＣＶＴ６のプーリ入力軸６ａと、電動モータ２のロータ軸２１とのを連設する中間接続軸２２が、第１スリーブ軸３１と、この第１スリーブ軸３１にスプライン係合する第２スリーブ軸３２からなり、第１スリーブ軸３１の曲げ剛性にてプーリ入力軸６ａとロータ軸２１との間の動力伝達系の曲げ固有値を調整し、第２スリーブ軸３２の捩り剛性にて動力伝達系の捩り固有値を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、第１回転軸と第２回転軸とを接続軸を介して連設した動力伝達構造に関する。

従来、例えば動力源としてエンジンと電動モータとを有するハイブリッド車両や、電気自動車等の動力伝達系では、変速機の入力側回転軸に対してモータの回転軸がスプライン係合されて、電動モータからの駆動力が変速機側に等速で伝達されるようになっている。

この２つの回転軸が同期回転する際に、共振により連成振動が発生すると、スプライン係合部に撓みが発生し、この撓みにより電動モータの回転軸が強制的に倒されて起振力が発生する。その結果、この起振力によってＮＶＨ（Noise[振動], Vibration[騒音], Harshness[乗り心地]）が悪化してしまうと云う悪循環が発生する。

この対策として、例えば特許文献１（特開２００７−１７４７８３号公報）には、電動モータの回転軸と変速機の入力軸とをダンパを介して連設する技術が開示されている。この公報に開示されている技術によれば、電動モータの回転軸と変速機の入力軸とがダンパを介して連設されているため、連成振動の増加を抑制することができる。

特開２００７−１７４７８３号公報

ところで、回転軸同士を連設する手段として種々の継手が提案されているが、上述した文献に開示されているように、両回転軸間を、ダンピング効果を有する部材（ダンパ）で連設することで、振動の伝達を有効に遮断することができる。しかし、電動モータの回転軸と変速機の入力軸との間に大きく遊びが設けられることは好ましくなく、ある程度の剛性が求められる。

又、両回転軸間には、回転方向の振動（捩り振動）以外に、曲げ方向の振動（曲げ振動）が存在する。従って、例えば捩り振動成分はトーションスプリングにより吸収し、曲げ振動成分は弾性板にて吸収できるようにしたダンパ機構を採用すれば、両振動成分を有効に低減することができる。

しかし、捩り振動成分と曲げ振動成分との双方を低減させるダンパ機構は、構造が大型化してしまい、コンパクトでしかも簡素な構造で実現することは困難であった。

本発明は、上記事情に鑑み、簡単な構造で、形状が大型化せず、捩り振動成分と曲げ振動成分との双方を効率良く低減させることのできる動力伝達構造を提供することを目的とする。

本発明による動力伝達装置は、第１回転軸と、前記第１回転軸に対して同軸上に配設された第２回転軸と、前記第１回転軸と前記第２回転軸とを連設して回転方向の相互動作を規制する接続軸とを有し、前記接続軸が第１接続軸部材と該第１接続軸部材に連設する第２接続軸部材とからなり、前記第１接続軸部材にて前記第１回転軸と前記第２回転軸との間の動力伝達系の曲げ固有値を調整し、前記第２接続軸部材にて前記第１回転軸と前記第２回転軸との間の動力伝達系の捩り固有値を調整する。

本発明によれば、接続軸の第１接続軸部材にて第１回転軸と第２回転軸との間の動力伝達系の曲げ固有値を調整し、第２接続軸部材にて動力伝達系の捩り固有値を調整するようにしたので、この両伝達軸を適正に調整することで、捩り振動成分と曲げ振動成分との双方を効率良く低減させることができる。又、接続軸が第１接続軸部材と第２接続軸部材からなる簡単な構造であるため、形状が大型化せず取扱性がよい。

ハイブリッド車両の動力伝達系の概略構成図 図１のII部要部拡大断面図 中間接続軸の分解斜視図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１に示すように、本実施形態で採用するハイブリッド車両は、駆動源としてエンジン１と電動モータ２とを有するハイブリッド電気自動車 (Hybrid Electric Vehicle)であり、変速機構として無段変速機（ＣＶＴ）６を採用している。尚、符号７はインテグレイテッドスタータジェネレーター（ＩＳＧ）であり、エンジン１の出力軸１ａに動力伝達手段（プーリ・ベルト）７ａを介して連設されている。

エンジン１の出力軸１ａはトルクコンバータ３のポンプインペラ３ａに連設され、このポンプインペラ３ａに対向するタービンランナ３ｂにタービン軸４が連設されている。更に、このタービン軸４が入力クラッチ５を介してＣＶＴ６の第１回転軸としてのプーリ入力軸６ａに連設されている。この入力クラッチ５はクラッチドラム５ａと、このクラッチドラム５ａに摩擦係合されて動力が伝達されるクラッチハブ５ｂとを有し、本実施形態では、クラッチドラム５ａがタービン軸４に連設され、クラッチハブ５ｂがプーリ入力軸６ａに連設されている。

又、ＣＶＴ６のプーリ出力軸６ｂはプーリ入力軸６ａと平行に配設されており、このプーリ出力軸６ｂが減速ギヤ列８、出力クラッチ９を介してドライブ軸１０に連設されている。更に、このドライブ軸１０に一体的に設けられているドライブピニオン１１が終減速部１２に噛合されている。上述した出力クラッチ９はクラッチドラム９ａと、このクラッチドラム９ａに摩擦係合されて動力が伝達されるクラッチハブ９ｂとを有し、本実施形態では、クラッチドラム９ａが減速ギヤ列８に連設され、クラッチハブ９ｂがドライブ軸１０に連設されている。尚、図示しないが、この終減速部１２は、デファレンシャル機構を介して左右のアクスル軸に連設され、この各アクスル軸が駆動輪に連設されている。

一方、ＣＶＴ６を挟んで入力クラッチ５と反対側へ延出するプーリ入力軸６ａに、電動モータ２の第２回転軸としてのロータ軸２１が接続軸としての中間接続軸２２を介して同軸状に連結されている。この電動モータ２はロータ軸２１に軸着されているロータ２ａと、その外周に配設されているステータ２ｂとを有している。この電動モータ２は発電機としての機能を備えるモータジェ・ネレータであり、制動時及び減速時には回生エネルギーを、図示しないバッテリに充電する。

尚、符号２３はオイルポンプであり、回転軸の両側に従動スプロケット２３ａ，２３ｂが軸着されている。又、トルクコンバータ３のポンプインペラ３ａとプーリ入力軸６ａとに、正転方向の駆動力のみを伝達するワンウェイクラッチ２４，２５を介して駆動スプロケット２６ａ，２６ｂが各々連設されており、各駆動スプロケット２６ａ，２６ｂと各従動スプロケット２３ａ，２３ｂとがチェーン２７ａ，２７ｂを介して連設されている。この各ワンウェイクラッチ２４，２５により、何れの走行モード（エンジン駆動によるエンジン走行モード、モータ駆動によるモータ走行モード、エンジンとモートとの双方によるハイブリッド走行モード）であってもオイルポンプ２３を駆動させることができる。

プーリ入力軸６ａとロータ軸２１とは、その両軸端部がベアリング２８，２９を介して変速機ケース（図示せず）に回動自在に支持されている。更に、プーリ入力軸６ａの軸端部外周に、ロータ軸２１の軸端部がオーバラップされている。尚、図２には、プーリ入力軸６ａとロータ軸２１との互いに近接する側の軸端部を支持するベアリング２８，２９のみが示されている。

一方、中間接続軸２２は第１接続軸部材としての第１スリーブ軸３１と第２接続軸部材としての第２スリーブ軸３２とを有し、第１スリーブ軸３１の一端内周にインナスプライン３１ａが形成され、このインナスプライン３１ａに、第２スリーブ軸３２の一端外周に形成された第１アウタスプライン３２ａがスプライン係合されて、回転方向の相互動作が規制されている。更に、この第２スリーブ軸３２の他端に第２アウタスプライン３２ｂが形成されている。

第１スリーブ軸３１は、オーバラップされているプーリ入力軸６ａの軸端部とロータ軸２１の軸端部との間に挿通されており、プーリ入力軸６ａの軸端に形成されているアウタスプライン６ｃが第１スリーブ軸３１に形成されているインナスプライン３１ａにスプライン係合されて、回転方向の相互動作が規制されている。更に、第１スリーブ軸３１の他端部とプーリ入力軸６ａ、及びロータ軸２１との間がシール部材３０ａ，３０ｂを介してそれぞれシールされて、軸内を流通するオイルの流出を防止している。

又、第２スリーブ軸３２に形成されている第２アウタスプライン３２ｂが、ロータ軸２１の内周に形成されているインナスプライン２１ａにスプライン係合されて、回転方向の相互動作が規制されている。

走行モードがエンジン走行モードの場合、エンジン１の駆動力は、出力軸１ａからトルクコンバータ３、入力クラッチ５を経てＣＶＴ６に伝達され、このＣＶＴ６にて所定に変速された後、減速ギヤ列８、出力クラッチ９を経てドライブ軸１０に伝達される。

一方、走行モードがモータ走行モードの場合、入力クラッチ５が開放されてＣＶＴ６とトルクコンバータ３との間の動力伝達が遮断され、電動モータ２からの駆動力がロータ軸２１、中間接続軸２２、プーリ入力軸６ａを経て、ＣＶＴ６に伝達される。

電動モータ２からの駆動力がロータ軸２１、中間接続軸２２、プーリ入力軸６ａに伝達されるに際し、電動モータ２〜ＣＶＴ６間の動力伝達系には、軸（ロータ軸２１−プーリ入力軸６ａ間）を、屈曲させる方向に作用する曲げ振動と、回転方向に作用する捩り振動とが発生する。

一方、中間接続軸２２の曲げ固有値（曲げ固有振動数）は、中間接続軸２２の長さと、その曲げ剛性を示す断面係数で表すことができる。又、中間接続軸２２に発生する捩り固有値（捩り固有振動数）はＣＶＴ６、電動モータ２の慣性モーメント、及び中間接続軸２２の捩り剛性で表すことができる。

従って、この中間接続軸２２の曲げ固有値と捩り固有値とを最適な値にチューニングすることで、電動モータ２〜ＣＶＴ６間の動力伝達系に発生する曲げ振動と捩り振動とを効率良く抑制することができる。

本実施形態では、中間接続軸２２を第１スリーブ軸３１と第２スリーブ軸３２との２部品で構成し、この両スリーブ軸３１，３２をスプライン係合させることで、回転方向の相互作用を規制して動力伝達を可能にすると共に、第１スリーブ軸３１にて、要求する曲げ固有値に対応する曲げ剛性を設定し、第２スリーブ軸３２にて、要求する捩り固有値に対応する捩り剛性を設定するようにしている。

より具体的に説明すると、第１スリーブ軸３１は、曲げ剛性ＥＩと軸長Ｌ１（図２参照）に応じた曲げ固有値（曲げ固有振動数）を有している。この曲げ剛性ＥＩは、縦弾性係数Ｅと断面二次モーメントＩの積ＥＩで求めることができる。この場合、縦弾性係数Ｅは材料に依存するため、曲げ剛性に大きく影響するのは断面二次モーメントＩとなる。

断面二次モーメントＩは、中空軸の外径をＤ、内径をｄとした場合、
Ｉ＝π・（Ｄ４−ｄ４）／６４…（１）
から求めることができる。尚、図２では、第１スリーブ軸３１の外径をＤ１，内径をＤ２で表している。

第１スリーブ軸３１の軸長Ｌ１を短くし、或いは、断面二次モーメントＩを大きくし、或いは軸長Ｌ１を短くすると共に断面二次モーメントＩを大きくすれば、曲げ固有値を高く設定することができる。又、第１スリーブ軸３１の軸長Ｌ１と断面二次モーメントＩとの関係を、上述と逆にすれば、曲げ固有値を下げることができる。

従って、例えば、第１スリーブ軸３１の内径Ｄ２が一定の場合、軸長Ｌ１と外径Ｄ１との少なくとも一方を、可変させることで、所望の曲げ固有値を得ることができる。そして、この第１スリーブ軸３１の曲げ固有値を適正設定することで、常用回転数領域でのロータ軸２１−プーリ入力軸６ａ間に発生する曲げ振動に伴う共振を有効に回避することができる。

一方、第２スリーブ軸３２の捩り固有値（捩り固有振動数）ｆoは、次の（２）式から求めることができる。
ｆo＝（１／２π）・Ｃ・（Ｊ１＋Ｊ２）／（Ｊ１・Ｊ２）…（２）
ここで、Ｃは捩り剛性、Ｊ１はロータ２ａの慣性モーメント、Ｊ２はＣＶＴ６（負荷手段）の慣性モーメントである。

円筒体の捩り剛性Ｃは横弾性係数Ｇと断面二次極極モーメントＩｐとの積ＧＩｐにより表され、この捩り剛性Ｃ（＝ＧＩｐ）は、
Ｃ＝Ｔ／θ…（３）
から求めることができる。ここで、Ｔは捩りモーメント（トルク）[kgf・cm]、θは単位軸長あたりのねじれ角（比ねじれ角）であり、軸長をＬ、捩り角をφとした場合、
θ＝φ／Ｌ…（４）
となる。尚、図２では、第２スリーブ軸３２の軸長をＬ２で表している。

この場合、横弾性係数Ｇは材料に依存するため、捩り剛性に大きく影響するのは断面二次極モーメントＩｐとなる。従って、断面二次極モーメントＩｐを小さくすることで、捩り剛性Ｃを低下させることができる。尚、この断面二次極モーメントＩｐは、中空軸の場合、外径をＤ、内径をｄとすると、
Ｉｐ＝π（Ｄ^４−ｄ^４）／３２…（５）
で求めることができる。尚、図２では、第２スリーブ軸３２の外径をＤ３、内径をＤ４で表している。

第２スリーブ軸３２の捩り固有値は、捩り剛性Ｃを強度が保証できる限界まで小さく設定すれば低下させることができる。この捩り剛性Ｃを低下させる手段としては、第２スリーブ軸３２に作用する捩りモーメントＴ、及び外径Ｄ３を一定とした場合、上述した（３）〜（５）式を参考に判断すると、以下の方法が考えられる。

（１）内径Ｄ４を大きくして、肉厚（Ｄ３−Ｄ４）／２を薄くする。
（２）軸長Ｌ２を長くして捩り角φを増加させる。
（３）肉厚（Ｄ３−Ｄ４）／２を薄くし、且つ軸長Ｌ２を長くして捩り角φを増加させる。

この（１）〜（３）の何れかの方法で、第２スリーブ軸３２の捩り固有値を適正に設定すれば、常用回転数領域でのロータ軸２１〜プーリ入力軸６ａ間に発生する捩り振動に伴う共振を有効に回避することができる。

次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。図２に示すように、電動モータ２１のロータ軸２１に形成されているインナスプライン２１ａに、中間接続軸２２の第２スリーブ軸３２に形成されている第２アウタスプライン３２ｂが係合されており、又、この第２スリーブ軸３２の第１アウタスプライン３２ａに第１スリーブ軸３１に形成されているインナスプライン３１ａが係合されている。更に、このインナスプライン３１ａにＣＶＴ６のプーリ入力軸６ａに形成されているアウタスプライン６ｃが係合されている。

従って、走行モードがモータ走行モードに設定されている場合、電動モータ２の駆動力は、ロータ軸２１のインナスプライン２１ａに係合されている第２アウタスプライン３２ｂを介して中間接続軸２２の第２スリーブ軸３２に伝達され、この第２スリーブ軸３２の第１アウタスプライン３２ａに係合されているインナスプライン３１ａを介して第１スリーブ軸３１に伝達される。

そして、このインナスプライン３１ａに係合されているプーリ入力軸６ａのアウタスプライン６ｃを介して、プーリ入力軸６ａに駆動力が伝達され、この駆動力がＣＶＴ６で所定に変速されて、ドライブ軸１０に伝達され、終減速部１２から駆動輪（図示せず）に伝達されて、車両が力行する。

中間接続軸２２の第１スリーブ軸３１は、要求する曲げ固有値に対応する軸長Ｌ１及び曲げ剛性ＥＩを有しており、一方、第２スリーブ軸３２は要求する捩り固有値に対応する軸長Ｌ２及び捩り剛性Ｃを有している。

従って、ロータ軸２１〜プーリ入力軸６ａ間に、第１スリーブ軸３１と第２スリーブ軸３２とからなる中間接続軸２２を介装することで、この軸間に作用する捩り共振と曲げ共振とが抑制され、良好なＮＶＨ（Noise[振動], Vibration[騒音], Harshness[乗り心地]）特性を得ることができる。この場合、ロータ軸２１〜プーリ入力軸６ａ間に中間接続軸２２を介装しただけであるため、構造が簡単で、形状が大型化せず、狭いスペースにも容易に取付けることができて取扱性が良い。

更に、中間接続軸２２を構成する第１スリーブ軸３１と第２スリーブ軸３１とはスプライン係合されているだけであるため、一方を他方から容易に取り外すことができる。従って、例えば、この中間接続軸２２を取付け後に、曲げ振動、或いは捩り振動に伴う振動、騒音が発生する場合、例えば、第１スリーブ軸３１の軸長Ｌ１或いは外径Ｄ１を変更することで、曲げ固有値を容易に調整することができる。同様に、第２スリーブ軸３２の内径Ｄ４、或いは軸長Ｌ２を変更することで、捩り固有値を容易に調整することができる。

このように、本実施形態では、第１スリーブ軸３１と第２スリーブ軸３２を個別に調整することで、要求する曲げ固有値と捩り固有値とに容易に対応することができる。尚、プーリ入力軸６ａ側が駆動源となって電動モータ２に駆動力を伝達し、この電動モータ２を負荷手段として回生動作させる場合であっても、中間接続軸２２により、曲げ共振と捩り共振とが抑制され、良好なＮＶＨ特性を得ることができる。

又、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば、上述したプーリ入力軸６とロータ軸２１とは、駆動源から延出する第１回転軸と負荷手段から延出する第２回転軸との例示であり、これに限定されるものではない。

２…電動モータ、
２ａ…ロータ、
６…無段変速機（ＣＶＴ）、
６ａ…プーリ入力軸、
６ｃ…アウタスプライン、
２１…ロータ軸、
２１ａ…インナスプライン、
２２…中間接続軸、
３１…第１スリーブ軸、
３１ａ…インナスプライン、
３２…第２スリーブ軸、
３２ａ…第１アウタスプライン、
３２ｂ…第２アウタスプライン

Claims (5)

1. 第１回転軸と、
   前記第１回転軸に対して同軸上に配設された第２回転軸と、
   前記第１回転軸と前記第２回転軸とを連設して回転方向の相互動作を規制する接続軸と
   を有し、
   前記接続軸が第１接続軸部材と該第１接続軸部材に連設する第２接続軸部材とからなり、
   前記第１接続軸部材にて前記第１回転軸と前記第２回転軸との間の動力伝達系の曲げ固有値を調整し、
   前記第２接続軸部材にて前記第１回転軸と前記第２回転軸との間の動力伝達系の捩り固有値を調整する
   ことを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記第１回転軸の前記曲げ固有値は曲げ剛性により設定され、
   前記第２回転軸の前記捩り固有値は捩り剛性により設定される
   ことを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
3. 前記第１回転軸と前記第２回転軸とがスプライン係合により連設されている
   ことを特徴とする請求項１或いは２記載の動力伝達装置。
4. 前記第１回転軸と前記第２回転軸との一方に負荷手段が連設され、他方に駆動源が連設されている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の動力伝達装置。
5. 前記第１回転軸と前記第２回転軸との一方に前記負荷手段が他のスプライン係合により連設され、他方に前記駆動源が別のスプライン係合により連設されている
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の動力伝達装置。

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