JP2010284067A - 車両用電動駆動・伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動駆動装置自体に差動装置の働きを持たせることで、無駄なエネルギー損失を避けると共に小型で軽量な車両用電動駆動・伝達装置を提供。
【解決手段】回転可能に支持されたステータ１０と該ステータに回転可能に支持されたロータ２０とからなるモータと、前記ステータ１０に駆動結合される第１のギア３０と第２のギア３２とからなる第１の回転部材と、前記ロータ２０に駆動結合される第３のギア４０と第４のギア４２とからなる第２の回転部材と、前記第１の回転部材又は前記第２の回転部材のいずれか一方に配置され、前記第１の回転部材又は前記第２の回転部材の出力軸の回転方向を反転させる第５のギア３０″からなる第３の回転部材と、前記第２のギア３２の回転軸３３にユニバーサルジョイント６１を介して連設される一方の懸架軸６０と、前記第４のギア４２の回転軸４３にユニバーサルジョイント７１を介して連設される他方の懸架軸７０とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動駆動・伝達装置、特に、自動車や電車などの車両に搭載するのに好適な車両用電動駆動・伝達装置に関する。

従来、車両には、車体の転向をスムーズに行わせるために、転向時に生じる内側の車輪と外側の車輪の速度差を吸収しつつ、１個の駆動装置からトルクを振り分けて伝えることのできる差動装置が搭載されている。

そのような差動装置として、例えば、特許文献１に示されるものがあるので、以下、これについて説明する。

特許文献１に記載された車両用左右駆動力配分装置は、エンジンからの駆動力を入力される入力部と、該入力部を介して伝達された駆動力を車両の左右の各車輪へ出力する左右一対の出力軸と、前記入力部と前記出力軸との間に設けられて各出力軸の差動を許容すると共に前記駆動力を前記左右一対の各出力軸に伝達する差動機構と、該差動機構の外周を構成するデフケースと、前記入力部と前記各出力軸との間にそれぞれ介設されて前記駆動力の伝達状態を制御して左右の駆動力配分を調整する駆動力伝達制御機構と、を備えた車両用左右駆動力配分装置において、前記駆動力伝達制御機構は、前記各出力軸に付設されて該出力軸の回転速度を変速する変速機構と、該変速機構によって変速されて対応出力軸と異なる速度で回動しうるように各変速機構に接続された駆動力伝達補助部材と、前記各駆動力伝達補助部材と前記入力部との間にそれぞれ介装され係合時に当該駆動力伝達補助部材と当該入力部との間で駆動力の伝達を行なって左右の駆動力配分を調整しうる流体圧式の多板クラッチ機構と、を具備し、前記多板クラッチ機構は、クラッチ部と、該クラッチ部を流体圧駆動するピストン部とから構成され、前記クラッチ部は、前記ケース内に配設され、前記ピストン部は、前記ケース外に配設されていることを特徴とするものである。

また、従来、電動駆動装置を車両用駆動装置として用いるものがある。

そのような電動駆動装置として、例えば、特許文献２に示されるものがあるので、以下、これについて説明する。

特許文献２に示されるステータ回転可能型回転電機は、ケースに回転可能に支持されたステータと、該ステータを前記ケースに固定する第１のブレーキ装置とを具えたステータ回転可能型回転電機において、遊星ギア機構からなる差動装置と、前記遊星ギア機構のリングギアを前記ケースに固定する第２のブレーキ装置とを設け、前記遊星ギア機構のサンギアは、当該回転電機のロータと駆動結合され、前記遊星ギア機構のリングギアは、前記ステータと駆動結合されることを特徴とするものである。
特開平５−７７６５３号公報 特開２００７−１７４７５７号公報

特許文献１に示される車両用左右駆動力配分装置によれば、通常用いられているキャリア等の部品の共用化が可能となり、自由自在な駆動力配分を行なえる機構を製造コストの上昇を招かないで装備することが可能になるだけでなく、多板クラッチ機構におけるクラッチ部の作動が差動機構のデフケース外に配設されたピストン部を駆動することによって生じるデフケース内に配設されたクラッチ部への流体加圧により行なわれるので、ピストンがその有効加圧面積をデフケースの形状に依存することなく設定でき、これによって、十分な有効加圧面積を確保することが可能になるが、デフケースの両外側に、各出力軸の回転速度を変速する変速機構と、この変速機構によって変速されて対応する出力軸と異なる速度で回転しうるように各変速機構に接続される駆動力伝達補助部材とを配置しているので、左右輪方向の寸法が長大化してしまうといった問題がある。

そして、左右輪方向の寸法が長大化することから、等速ジョイントを両側にもつ車輪のドライブ軸の全長が短縮され、車体レイアウトから決まる車軸と出力軸の位置の違い、サスペンションストロークに応じた上下ストローク、車種の変化に応じた上下方向のズレ、車両のリバウンド等の動的な変化などによりドライブ軸のジョイント角度が大きくなり、ドライブ軸の強度低下、伝達効率の低下、ジョイント部からの振動・騒音問題の原因になる可能性があるだけでなく、通常用いられるキャリア等の部品の共用化が可能になるとしても、結局のところ、デフケースの両側に複数の部品からなる駆動力伝達補助部材と変速機構とを配置することから、装置全体が大型化し、また、構造が複雑化すると共に、更に、構成部品点数の増加など製造コストや質量増加を招くという問題もある。また、いわゆる“デフ（differential gear）”なので、ここで、エンジン動力の力が数拾％程度消費されてしまうという固有の問題もある。

特許文献２に示されるステータ回転可能型回転電機によれば、ステータとロータとを差動装置で駆動結合し、ロータの高回転時には、第１のブレーキ装置を解放してステータを回転自在とし、この差動装置を制御することによってステータ及びロータ間の相対回転数を決定することが可能になり、出力軸の絶対回転数が高回転数であっても相対回転数を低回転にすることができるので、弱め界磁制御をすることなく誘起電圧を抑制することが可能になる他、出力軸回転数を高回転領域にしたまま運転することが可能になるだけでなく、このことから、誘起電圧の抑制と回転電機の駆動及び回生運転とを同時に実行することができ、更に、降坂路を走行中や減速走行中であっても誘起電圧を抑制しつつエネルギーを回生することが可能になると共に、バッテリの充電が可能になるが、差動装置として用いられる遊星ギア機構（planetary gear mechanism）は、サンギア（sun gear）とプラネタリギア（planetary gear）とリングギア（ring gear）以外に、プラネタリギアの公転運動を拾うプラネタリ・キャリア（planetary carrier）とからなると共に、第１及び第２のブレーキ装置も用いられることから、回転電機本体の部品点数が増加して、製造コストや重量増加を招くという問題があるだけでなく、回転電機本体自体で、動力源としての力に減耗が生じるという問題もある。

これに加えて、出力軸が回転電機のロータの回転軸のみ、つまり、動力源が一軸なので、この動力源の力を車両の左右の車輪に駆動分配するために、いわゆる“デフ（differential gear）”の類を用いざるを得ず、特許文献１に示される車両用左右駆動力配分装置と同様に、ここで、駆動源としての回転電機の力が数拾％程度消費されてしまうという固有の問題もある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、電動駆動装置自体に差動装置の働きを持たせることで、無駄なエネルギー損失を避けると共に小型で軽量な車両用電動駆動・伝達装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、以下の発明を開示する。

第１の発明は、回転可能に支持されたステータと該ステータに回転可能に支持されたロータとからなるモータと、前記ステータに駆動結合される第１の回転部材と、前記ロータに駆動結合される第２の回転部材と、前記第１の回転部材又は前記第２の回転部材のいずれか一方に配置され、前記第１の回転部材又は前記第２の回転部材の出力軸の回転方向を反転させる第３の回転部材と、を備えたことを特徴とする車両用電動駆動・伝達装置である。

第２の発明は、前記第１の回転部材は、前記ステータの回転軸に直接連結される第１のギアと該第１のギアに駆動結合される第２のギアとからなり、前記第２の回転部材は、前記ロータの回転軸に直接連結される第３のギアと該第３のギアに駆動結合される第４のギアとからなり、前記第３の回転部材は、前記第１のギアと前記第２のギアとの間又は前記第３のギアと前記第４のギアとの間に配置され、前記第１のギアの回転を前記第２のギアに又は前記第３のギアの回転を前記第４のギアに誘導する第５のギアからなると共に、前記第１のギアと前記第３のギアの歯数及び前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を、それぞれ、同じものとし、前記第５のギアの歯数を前記第１のギアと前記第３のギアの歯数と同じか又は前記第２のギアと前記第４のギアの歯数と同じものとし、且つ、前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を前記第１のギアと前記第３のギアの歯数よりも多いものとすることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動・駆動装置である。

第３の発明は、前記第１の回転部材は、第１のギアと該第１のギアに駆動結合される第２のギアとからなり、前記第２の回転部材は、第３のギアと該第３のギアに駆動結合される第４のギアとからなり、前記第３の回転部材は、前記ステータの回転軸又は前記ロータの回転軸に直接連結される第６のギアと該第６のギアに直交駆動結合される第７のギアと該第７のギアに直交駆動結合され、前記第１のギア又は前記第３のギアと直接連結される第８のギアとからなると共に、前記第１のギアと前記第３のギアの歯数及び前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を、それぞれ、同じものとし、且つ、前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を前記第１のギアと前記第３のギアの歯数よりも多いものとすることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動・駆動装置である。

第４の発明は、前記第１の回転部材の前記第２のギアの回転軸が車両の左右の車輪の内の一方の車輪の回転軸に連設され、前記第２の回転部材の前記第４の回転軸が車両の左右の車輪の内の他方の車輪の回転軸に連設されることを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載の車両用電動駆動・伝達装置である。

第５の発明は、前記連設がユニバーサルジョイントを介して行われることを特徴とする請求項４に記載の車両用電動駆動・伝達装置である。

第６の発明は、前記モータが直流モータ又は交流モータのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用電動駆動・伝達装置である。

第１の発明によれば、小型で軽量なだけでなく、エネルギー損失の少ない車両用電動駆動・伝達装置を提供することができる。

第２及び第３の発明によれば、第１の発明の車両用電動駆動・伝達装置に減速機構を持たせることができ、第４の発明によれば、第１の発明の車両用電動駆動・伝達装置を車両に搭載するのに好適なものとすることができ、第５の発明によれば、第１の発明の車両用電動駆動・伝達装置を車両に搭載する際の配置位置の自由度を増すものとすることができ、第６の発明によれば、第１の発明の車両用電動駆動・伝達装置を製造する際の設計の自由度を増すものとすることができる。

以下、図を用いて本発明の一実施形態について説明するが、以下に説明する実施形態はあくまでも説明のためのものであって、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、以下に説明する実施形態の適宜な要素を均等なものに置き換えた実施形態を採用することができるが、そのような実施形態も本発明の範囲に含まれる。

以下では、直流電動モータを駆動源とする例について説明する。

図１は、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の全体構成を側面から見た一部断面図であり、図２は、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の全体構成を上面から見た一部断面図であり、図３は、本発明の直流電動モータの詳細構造を示す一部断面図であり、図４は、図１のＡ−Ａ″から見た本発明の直流電動モータの断面図であり、図５は、本発明の直流電動モータの回転動作を示す動作図であり、図６は、本発明の直流電動モータを駆動するための電気信号の波形図であり、図７は、図１のＢ−Ｂ″から見たギアの断面図であり、図８は、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の回転方向反転機構の第１の実施形態を示すものであって、図１のＣ−Ｃ″から見たギアの断面図であり、図９は、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の回転方向反転機構の第２の実施形態を示す一部断面図であり、図１０は、“デフ（differential gear）”の差動原理を示す一部断面図であり、図１１は、本発明の車両用電動駆動・伝達装置と車両の左右の車輪との連設の一例を側面から見た一部断面図であり、図１２は、本発明の車両用電動駆動・伝達装置と車両の左右の車輪との連設の一例を上面から見た一部断面図である。

（全体構造）
先ず、図１及び図２を用いて、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の全体構造について説明する。

本発明の車両用電動駆動・伝達装置は、動力源となる駆動部と、駆動部の動力を外部に伝達する伝達部とを備え、駆動部となる直流電動モータは、第１の回転体と、第１の回転体と回転中心が同じ第２の回転体とからなり、駆動部の動力を外部に伝達する伝達部は、第１の回転部材と、第２の回転部材と、第３の回転部材とからなる。

第１の回転体は、回転体本体となるステータ１０と、ステータ１０の内周面に間隔を置いて複数配置されたコイル磁気発生器１１と、不図示の外部制御回路に接続され、スリップリングを介してコイル磁気発生器１１と後述するエンコーダ１４に動作電力を供給するための二組のブラシ１２と、ステータ１０の回転中心軸となる回転軸１３とからなり、第２の回転体は、回転体本体となるロータ２０と、ロータ２０の外周面に間隔を置いて取り付けられた複数の珪素鋼板２１と、ロータ２０の回転中心軸となる回転軸２３とからなる。通常、モータのステータは固定されるが、本発明では、これも回転可能となっている。

第１の回転部材は、ステータ１０の回転軸１３と同じ回転中心を持つ回転軸３１を有する第１のギア３０と、第１のギア３１に駆動結合される第２のギア３２とからなり、第２の回転部材は、ロータ２０の回転軸２３と同じ回転中心を持つ回転軸４１を有する第３のギア４０と、第３のギア４０に駆動結合される第４のギア４２とからなり、第３の回転部材は、第１のギア３０と第２のギア３２との間に配置され、第１のギア３０の回転を第２のギア３２に誘導する第５のギア３０″からなる。

第１のギア３０の回転軸３１は、ステータ１０の回転軸１３に連結され、第２のギア３２は、車両用電動駆動・伝達装置の一方の出力軸となる回転軸３３を有し、第３のギア４０の回転軸４１は、ロータ２０の回転軸２３に連結さ、第４のギア４２は、車両用電動駆動・伝達装置の他方の出力軸となる回転軸４３を有する。

本発明の車両用電動駆動・伝達装置は、更に、固定金具５０を備え、固定金具５０には、立設された支持盤５１〜５４がボルト締めされ、支持盤５１〜５４の所定箇所には、それぞれ、ベアリング５５が埋設される。

支持盤５１に埋設されたベアリング５５は、第１のギア３０の回転軸３１を回転可能に支持し、支持盤４２に埋設されたベアリング５５は、ステータ１０の回転軸１３を回転可能に支持し、支持盤５３に埋設されたベアリング５５は、ロータ２０の回転軸２３を回転可能に支持し、支持盤５４に埋設されたベアリング５５は、第３のギア４０の回転軸４１を回転可能に支持する。

ベアリング５５は、ステータ１０にも埋設され、ステータ１０に埋設されたベアリング５５は、ロータ２０の回転軸２３を回転可能に支持する。ステータ１０の側面をボルト締めするカバー盤１０″で構成した場合、ベアリング５５は、カバー盤１０″に埋設される。

なお、図中６０及び７０は、車両の左右の車輪との懸架軸を示すが、この懸架軸６０及び７０を用いての本発明の車両用電動駆動・伝達装置と車両の左右の車輪との連設については、後で説明するので、ここでは触れない。

（減速機構）
第１のギア３０と第３のギア４０の歯数及び第２のギア３２と第４のギア４２の歯数を、それぞれ、同じものとすると共に、第２のギア３２と第４のギア４２の歯数を第１のギア３０と第３のギア４０の歯数より多くすることにより、第１の回転部材と第２の回転部材を同じ減速比を持つ減速機構とすることができる。第５のギア３０″の歯数は、第１のギア３０又は第２のギア３２のいずれか一方の歯数と同じものとする。

第２のギア３２と第４のギア４２の歯数及び第１のギア３０と第３のギア４０の歯数との比は任意に設定することができるので、これにより、所望の減速比を持つ減速機構を実現することができる。

（モータの構成）
次ぎに、図３〜図４を用いて、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の直流電動モータの構造について説明する。

第１の回転体は、先に説明したステータ１０と、コイル磁気発生器１１と、二組のブラシ１２と、ステータ１０の回転軸１３と、ロータ２０に対するステータ１０の位置を把握するためのエンコーダ１４と、エンコーダ１４に配置された読み取りセンサ１５と、エンコーダ１４に配置された無接点リレー１６と、ブラシ１２の一組と無接点リレー１６の入力端と接続され、コイル磁気発生器１１を励磁する動作電流を供給するための線１７と、コイル磁気発生器１１と無接点リレー１６の出力端との間に接続された複数の線１８と、ブラシ１２の他の組とエンコーダ１５との間に接続され、エンコーダ１５に動作電圧を供給するための線１９とからなり、第２の回転体は、先に説明したロータ２０と、珪素鋼板２１と、回転軸２３と、ロータ２０と共に回転するスリット式文字板２４とからなる。

エンコーダ１４は、読み取りセンサ１５によって読み取られたスリット式文字板２４の文字から、ステータ１０とロータ２０との位置関係を把握し、無接点リレー１６を切り替える。これにより、線１７と複数の線１８との接続関係が切り替えられる。また、エンコーダ１４は、無接点リレー１６の接・断タイミングについても制御する。

図４に示すように、コイル磁気発生器１１は、ステータ１０の内周面に等間隔を置いて複数配置され、珪素鋼板２１は、コイル磁気発生器１１と１対１で対応するようにロータ２０に取り付けられる。珪素鋼板２１は、軸の反対側に取り付けられた珪素鋼板２１とつながっている。

（モータの駆動方法）
次ぎに、図５〜図６を用いて、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の直流電動モータの駆動方法について説明する。なお、これらの図は、説明の便宜のため、簡素化してある。

図５（ａ）は、初期状態を示す。初期状態では、図６に示すように、コイル磁気発生器１１のＭ１のコイルのみに、Ｍ１の先端が“Ｎ極”となるような動作電流が供給されており、対応する珪素鋼板Ｋ１は、“Ｓ状態”に磁化されている。

この初期状態からロータ２０を右回り方向に回転させるには、図６に示すように、コイル磁気発生器１１のＭ１のコイルに供給していた動作電流の方向を反転させると共に、コイル磁気発生器１１のＭ２のコイルに、Ｍ２の先端が“Ｎ極”となるような動作電流を供給する。これにより、コイル磁気発生器１１のＭ１の先端が“Ｓ極”となって、珪素鋼板Ｋ１とコイル磁気発生器１１のＭ１との間には反発する力が働くと共に、珪素鋼板Ｋ１とコイル磁気発生器１１のＭ２との間には引き合う力が働くので、図５（ｂ）に示すように、珪素鋼板Ｋ１は、コイル磁気発生器１１のＭ１の位置からコイル磁気発生器１１のＭ２の位置に向けて移動を始める。動作電流の切り替えは、無接点リレー１６を制御することにより行うが、この制御とタイミングについては、後で説明するので、ここでは触れない。

図５（ｃ）に示すように、珪素鋼板Ｋ１がコイル磁気発生器１１のＭ２の位置に達したとき、コイル磁気発生器１１のＭ１のコイルに供給していた動作電流を遮断すると共に、コイル磁気発生器１１のＭ２のコイルに供給していた動作電流を反転させる。その後、コイル磁気発生器１１のＭ３のコイルに、Ｍ３の先端が“Ｎ極”となるように動作電流を供給する。これにより、コイル磁気発生器１１のＭ２の先端が“Ｓ極”となって、珪素鋼板Ｋ１とコイル磁気発生器１１のＭ２との間には反発する力が働くと共に、珪素鋼板Ｋ１とコイル磁気発生器１１のＭ３との間には引き合う力が働くので、図５（ｄ）に示すように、珪素鋼板Ｋ１は、コイル磁気発生器１１のＭ３に向けて更に移動する。以下同様にして、コイル磁気発生器１１に流す動作電流を順次制御することにより、ロータ２０は右回り方向に回転し続ける。

先に、珪素鋼板２１は、軸の反対側に取り付けられた珪素鋼板２１とつながっていると説明したが、上で説明した珪素鋼板Ｋ１とつながっている珪素鋼板をＫｉとすると、珪素鋼板Ｋｉは、珪素鋼板Ｋ１が“Ｓ状態”に磁化されていることから、“Ｎ状態”に磁化されている。

この“Ｎ状態”に磁化されている珪素鋼板Ｋｉに対応するコイル磁気発生器１１のコイルに流す動作電流の接・断及び切り替えを、上の制御とタイミングを合わせて行えば、珪素鋼板Ｋｉに右回り方向の回転力を与えることができる。この回転方向は、先に説明した珪素鋼板Ｋ１の回転方向と同じなので、これにより、右回り方向のトルクを強くすることができる。

先に説明したことから理解できるように、エンコーダ１４は、読み取りセンサ１５によって読み取られたスリット式文字板２４の文字から、ステータ１０とロータ２０との位置関係を把握して、動作電流の接・断及び切り替えタイミングの制御を行なう。なお、図６中、ｔ０〜ｔ３は、動作電流の接・断及び切り替えタイミングを示す。ｔ０は、コイル磁気発生器１１のＭ１のコイルに供給していた動作電流を反転させると共に、コイル磁気発生器１１のＭ２のコイルにＭ２の先端が“Ｎ極”となるような動作電流を供給するタイミングを示し、ｔ１は、コイル磁気発生器１１のＭ１のコイルに供給していた動作電流を遮断すると共に、コイル磁気発生器１１のＭ２のコイルに供給していた動作電流を反転させるタイミングを示し、ｔ２は、コイル磁気発生器１１のＭ３のコイルに先端が“Ｎ極”となるような動作電流を供給するタイミングを示し、ｔ３は、コイル磁気発生器１１のＭ２のコイルに供給していた動作電流を遮断すると共に、コイル磁気発生器１１のＭ３のコイルに供給していた動作電流を反転させるタイミングを示す。ｔ１とｔ２の間隔を短くすればするほど、ロータ２０の回転速度は速くなる。これは、ロータ２０の回転速度が、供給される電流の周波数により制御されることを意味する。

このようにして、ロータ２０は右回り方向に回転すると共に、その反作用で、ステータ１０は、左回り方向に回転する。

ロータ２０を左回り方向に回転させるには、ｔ０のタイミングで、コイル磁気発生器１１のＭ２のコイルではなく、コイル磁気発生器１１のＭ１の反対側に配置されたコイル磁気発生器１１のＭｎのコイルに先端が“Ｎ極”となるような動作電流を供給し、以下、順次、Ｍｎ−１のコイル、Ｍｎ−２のコイルに対して、先の制御と同様に制御すればよい。この場合、その反作用で、ステータ１０は、右回り方向に回転する。

このようにして、ステータ１０とロータ２０とは互いに相反方向に回転し、その結果、ステータ１０の回転軸１３とロータ２０の回転軸２３から、等しいトルクで回転方向の異なる２軸出力を得ることができる。

（回転方向反転機構）
次ぎに、図７及び図８を用いて、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の回転方向反転機構の第１の実施形態について説明する。

今、図１又は図２の右側から見て、ロータ２０が左回り方向に回転すると仮定すると、ステータ１０は、右回り方向に回転し、その結果、ロータ２０の回転軸２３に連結された第３のギア４０の回転軸４１は、左回り方向に回転し、ステータ１０の回転軸１３に連結された第１のギア３０は、右回り方向に回転する。

第４のギア４２は、第３のギア４０に直接駆動結合されると、第３のギア４０が左回り方向に回転するので、右回り方向に回転することになるが、これに対して、第２のギア３２を第１のギア３０に直接駆動結合されるようにすると、第１のギア３０が右回り方向に回転するので、左回り方向に回転することになる。

しかしながら、第２のギア３２の回転軸３３と第４のギア４２の回転軸４３とは、共に、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の出力軸なので、このままでは、自動車等の車両に搭載することはできない。

そこで、本発明では、第３の回転部材として、第１のギア３０と第２のギア３２との間に回転を誘導する第５のギア３０″を採用した。こうすることにより、第５のギア３０″は、第１のギア３０が右回り方向に回転するので、左回り方向に回転し、第２のギア３２は、第５のギア３０″に駆動結合されて、右回り方向に回転する。これで、第２のギア３２の回転軸３３と第４のギア４２の回転軸４３は、いずれも、右回り方向に回転することになる。

反対に、ロータ２０が左回り方向に回転すると仮定すると、上と同様にして、第２のギア３２の回転軸３３と第４のギア４２の回転軸４３は、いずれも、左回り方向に回転することになる。

このようにして、第２のギア３２の回転軸３３と第４のギア４２の回転軸４３は、共に、等しいトルクで同一方向に回転することになる。

次ぎに、図９を用いて、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の回転方向反転機構の第２の実施形態について説明する。図９は、本発明の車両用電動駆動・伝達装置を上面から見た図である。

第２の実施形態の場合、第３の回転部材は、ステータ１０の回転軸１３と同じ回転中心を持つ第６のギア３５と、第６のギア３５と直交駆動結合される第７のギア３６と、第７のギア３６と直交駆動結合される第８のギア３７とからなる。いずれのギアも、いわゆる“ベベルギア（bevel gear）”、つまり、傘型のギアで構成される。

今、図９の右側から見て、ロータ２０が左回り方向に回転すると仮定すると、ステータ１０は、右回り方向に回転し、その結果、ロータ２０の回転軸２３に連結された第３のギア４０の回転軸４１は、左回り方向に回転し、ステータ１０の回転軸１３に連結された第６のギア３５は、右回り方向に回転する。

第７のギア３６は、先に説明したように、第６のギア３５に直交駆動結合されているので、図９の下側から見て、右回り方向に回転し、これにより、第７のギア３６に直交駆動結合された第８のギア３７は、左回り方向に回転する。第１のギア３０の回転軸３１は、第７のギア３７の回転軸３８に連結されているので、左回り方向に回転する。

このようにして、第１のギア３０の回転軸３１と第３のギア４０の回転軸４１は、いずれも、左回り方向に回転することになる。

反対に、ロータ２０が右回り方向に回転すると仮定すると、上と同様にして、第１のギア３０の回転軸３１と第３のギア４０の回転軸４１は、共に右回り方向に回転することになる。

第２のギア３２は、第１のギア３０に駆動結合され、第４のギア４２は、第３のギア４０に駆動結合されているので、第２のギア３２の出力軸としての回転軸３３と第４のギア４２の出力軸としての回転軸４３は、共に、等しいトルクで同一方向に回転することになる。

（差動機能）
次ぎに、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の差動機能について説明するが、その前に、図１０を用いて、いわゆる“デフ（differential gear）”の原理について説明する。

動力は、ドライブシャフトDSとドライブピニオンDPを介してリングギアRGに伝えられ、このリングギアRGに固定されたデフケースDCを回転させる。デフケースDCの対向する部分には、上ディファレンシャルピニオンUDPと下ディファレンシャルピニオンLDPのディファレンシャルピニオンシャフトDPSがデフケースDCの回転方向と直交する方向に回転可能に支持されており、上ディファレンシャルピニオンUDPと下ディファレンシャルピニオンLDPの間には、これらのギアと直交駆動結合する左サイドギアLSGと右サイドギアRSGが配置されているので、デフケースDCが回転すると、左サイドギアLSGと右サイドギアRSGが回転する。左サイドギアLSGには、左アクセルシャフトLASが連結され、右サイドギアRSGには右アクセルシャフトRASが連結されている。通常状態では、左アクセルシャフトLASと右アクセルシャフトRASは、同一速度で同一方向に回転するので、上ディファレンシャルピニオンUDPと下ディファレンシャルピニオンLDPは、ディファレンシャルピニオンシャフトDPSを回転中心軸とした回転はしない。

ここで、先に説明した“デフ（differential gear）”を搭載した車両が左側にカーブを切る場合について考えると、この場合は、左アクセルシャフトLASに連設された左側の車輪に回転速度を落とそうとする力が加わり、この結果、左アクセルシャフトLASの回転数を落とそうとする力が加わる。

左サイドギアLSGは、左アクセルシャフトLASに連結されているので、結局、左側の車輪に回転速度を落とそうとする力が加わると、左サイドギアLSGの回転数が落ちることになる。その一方で、右サイドギアRSGの回転数は変わらないので、この結果、左サイドギアLSGの回転数と右サイドギアRSGの回転数とに差が出てくることになる。

このような状態になると、その差を埋めるように、上ディファレンシャルピニオンUDPと下ディファレンシャルピニオンLDPがディファレンシャルピニオンシャフトDPSを回転中心軸として回転するが、これにより、右サイドギアRSGは、それまでの回転数に左サイドギアLSGの回転数が落ちた分の回転数を加えた回転数で回転することになる。

右サイドギアRSGは、右アクセルシャフトRASに連結され、右アクセルシャフトRASは、右側の車輪に連設されているので、結局、右サイドギアRSGの回転数が上がると、右側の車輪の回転速度が上がることになる。

このように、“デフ（differential gear）”を搭載した車両が左側にカーブを切る際には、右側の車輪の回転速度が左側の車輪の回転速度を上回るので、車体をスムーズに左側に転向させることができる。

その後、左側へのカーブを曲がり終えるにつれ、車両が直進走行状態に戻ろうとするときは、左側の車輪に加わっていた回転速度を落とそうとする力が弱まると共に、右側の車輪の回転速度が未だ左側の車輪の回転速度より上回っているため、今度は、右側の車輪に回転速度を落とそうとする力が加わり、この結果、右側の車輪に連結されている右アクセルシャフトRASに回転数を落とそうとする力が加わる。

右アクセルシャフトRASは、右サイドギアRSGに連結されているので、結局、外側の車輪に回転速度を落とそうとする力が加わると、右サイドギアRSGの回転数が落ちることになる。

右サイドギアRSGの回転数が落ちた場合、その分だけ、上ディファレンシャルピニオンUDPと下ディファレンシャルピニオンLDPの回転数も落ちてくるので、左サイドギアLSGの回転数が上がることになるが、これにより、両者の回転数は、互いに等しい状態に近づいて行く。この作用は、両者の回転数が等しくなるまで繰り返される。

このように、左側へのカーブを曲がりきって、車両が直進走行状態に戻ったときは、右側の車輪の回転速度が左側の車輪の回転速度と等しくなっているので、安定した直進走行状態となる。

以下、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の差動機能について説明するが、回転方向反転機構として、第１の実施形態のものを用いた場合について説明する。

車両が直進走行状態にあるときは、車両の左右の車輪は、同じ回転速度で回転しているが、カーブを曲がるなどの車体の転向時には、車両の左右の車輪の回転速度に差が生じる。

仮に、第２のギア３２の回転軸３３に連設されている回転軸が内側の車輪のものであり、第４のギア４２の回転軸４３に連設されている回転軸が外側の車輪のものであるとすると、この場合は、内側の車輪に回転速度を落とそうとする力が加わり、この結果、内側の車輪の回転軸に連結されている第２のギア３２の回転軸３３に回転数を落とそうとする力が加わる。

第２のギア３２は、第１のギア３０に駆動連結され、第１のギア３０の回転軸３１は、ステータ１０の回転軸１３に連結されているので、結局、内側の車輪に回転速度を落とそうとする力が加わると、ステータ１０の絶対回転数が落ちることになる。なお、絶対回転数とは、モータの外部から見た回転数、つまり、出力軸の回転数のことである。

ところが、ステータ１０の絶対回転数が落ちた場合は、ステータ１０とロータ２０との相対回転数が変わらないことから、ステータ１０の絶対回転数が落ちた分だけロータ２０の絶対回転数が上がることになる。なお、相対回転数とは、ステータ１０から見たロータ２０の回転数又はロータ２０から見たステータ１０の回転数のことである。例えば、ステータ１０の絶対回転数を“Ｒｓ”とし、ロータ２０の絶対回転数を“Ｒｒ”とすると、ステータ１０とロータ２０とは互いに相反方向に回転するので、相対回転数は、“Ｒｓ＋Ｒｒ”となる。言うまでもないが、車両が直進走行状態にあるときは、“Ｒｓ＝Ｒｒ”である。

ロータ２０の回転軸２３は、第３のギア４０の回転軸４１に連結され、第３のギア４０は、第４のギア４２に駆動結合され、外側の車輪の回転軸は、第４のギア４２の回転軸４３に連結されているので、結局、ロータ２０の絶対回転数が上がると、外側の車輪の回転速度が上がることになる。

このように、カーブを曲がるなどの車体の転向時には、ステータ１０とロータ２０の相対作用により、外側の車輪の回転速度が内側の車輪の回転速度を上回るので、車体をスムーズに転向させることができる。

その後、カーブを曲がり終えるにつれ、車両が直進走行状態に戻ろうとするときは、内側の車輪に加わっていた回転速度を落とそうとする力が弱まると共に、外側の車輪の回転速度が未だ内側の車輪の回転速度より上回っているため、今度は、外側の車輪に回転速度を落とそうとする力が加わり、この結果、外側の車輪の回転軸に連結されている第４のギア４２の回転軸４３に回転数を落とそうとする力が加わる。

第４のギア４２は、第３のギア４０に駆動連結され、第３のギア４０の回転軸４１は、ロータ２０の回転軸２３に連結されているので、結局、外側の車輪に回転速度を落とそうとする力が加わると、ロータ２０の絶対回転数が落ちることになる。

ロータの２０の絶対回転数が落ちた場合、その分だけステータ１０の絶対回転数が上がることになるのは、先の説明から明らかであるが、これにより、両者の絶対回転数は、互いに等しい状態に近づいて行く。この作用は、両者の絶対回転数が等しくなるまで繰り返される。なお、ロータ２０の絶対回転数が落ちたとき、外側の車輪の回転速度が落ち、ステータ１０の絶対回転数が上がったとき、内側の車輪の回転速度が上がる機構については、先に説明したことから明らかなので、説明を省略する。

このように、カーブを曲がりきって、車両が直進走行状態に戻ったときは、ステータ１０とロータ２０の相対作用により、外側の車輪の回転速度が内側の車輪の回転速度と等しくなっているので、安定した直進走行状態となる。

回転方向反転機構として、第２の実施形態のものを用いた場合についても同様に考えることができる。

以上説明したことから、本発明の車両用電動駆動・伝達装置がこれ自体で差動機能を持つものであることは明らかである。

（車両の左右の車輪との連設例）
次ぎに、図１１及び図１２を用いて、本発明の車両用電動駆動・伝達装置と車両の左右の車輪との連設例について説明する。

本発明の車両用電動駆動・伝達装置の一方の出力軸となる第２のギア３２の回転軸３３が持つトルクは、この回転軸３３に連結されたユニバーサルジョイント６１と、ユニバーサルジョイント６１にその一端が連結された懸架軸６０と、懸架軸６０の他端に連結されたユニバーサルジョイント６２を介して、車輪６４の回転軸６５に伝達され、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の他方の出力軸となる第４のギア４２の回転軸４３が持つトルクは、この回転軸４３に連結されたユニバーサルジョイント７１と、ユニバーサルジョイント７１に一端が連結された懸架軸７０と、懸架軸７０の他端に連結されたユニバーサルジョイント７２を介して、車輪７４の回転軸７５に伝達される。車輪６４の回転軸６５は、回転支軸６３によって支持され、車輪７４の回転軸７５は、回転支軸７３によって支持される。

（変形例・好ましい実施形態）
最後に、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の種々の変形例や好ましい実施形態について概説する。

上では、モータとして、直流電動モータを電流制御する例について説明したが、電圧制御するものとしてもよい。また、本発明の原理に従って動作するモータであれば、異なるタイプの直流電動モータであってもよく、更に、交流電動モータであってもよい。

また、上では、固定金具５０上に立設され、ボルト締めされた複数の支持盤５１〜５４によって、車両用電動駆動・伝達装置の各部品を支持する例について説明したが、本発明の原理に従って支持するものであれば、このような構造のものでなくてもよい。

また、上では、ステータ１０側の回転方向を反転する例について説明したが、ロータ２０側の回転方向を反転するようにしてもよい。

また、上では、回転方向反転機構として、第１のギア３０の回転を第２のギア３２に誘導する第５のギア３０″を設けた構造と３個のベベルギアを用いた構造とについて説明したが、このような構造のものでなくてもよい。例えば、先に説明した遊星ギア機構（planetary gear mechanism）を用いてもよい。なお、回転方向反転機構として、遊星ギア機構を用いる場合には、遊星ギア機構自体が減速機能を有しているので、第１の回転部材の第２のギア３２の歯数は、第２の回転部材の第４のギア４２の歯数より少なくしなければならない。

また、上では、車両の左右の車輪との連設例として、懸架軸６０と７０とを交差させる例を説明したが、これは、回転方向反転機構として、第１の実施形態を採用した場合には適用可能であるが、回転方向反転機構として、第２の実施形態を採用した場合には適用不可である。何故ならば、回転方向反転機構として、第１の実施形態を採用した場合には、第２のギア３２の回転軸３３の回転中心と第４のギア４２の回転軸４３の回転中心とが一致せず、その一方で、回転方向反転機構として、第２の実施形態を採用した場合には、第２のギア３２の回転軸３３の回転中心と第４のギア４２の回転軸４３の回転中心とが一致するからである。

更に、モータ周りについては、全体にカバーをして、水が入りにくくすると共に、通気性が確保できる構造とするのが好ましく、ギア周りについては、回転部材単位でギアボックスに入れ、それぞれ、潤滑油を入れる構造とするのが好ましい。

本発明によれば、小型で軽量なだけでなく、エネルギー損失の少ない車両用電動駆動・伝達装置を提供することができることに加えて、車両に搭載する際の配置位置の自由度や製造する際の設計の自由度を増すことができる。また、本発明の車両用電動駆動・伝達装置は、自動車だけでなく、電車に搭載することもできる。

本発明の車両用電動駆動・伝達装置の全体構成を側面から見た一部断面図である。 本発明の車両用電動駆動・伝達装置の全体構成を上面から見た一部断面図である。 本発明の直流電動モータの詳細構造を示す一部断面図である。 図１のＡ−Ａ″から見た本発明の直流電動モータの断面図である。 本発明の直流電動モータの回転動作を示す動作図である。 本発明の直流電動モータを駆動するための電気信号の波形図である。 図１のＢ−Ｂ″から見た本発明のギアの断面図である。 図１のＣ−Ｃ″から見た本発明のギアの断面図であって、本発明の車両用電動駆動・伝達装置の回転方向反転機構の第１の実施形態を示す図である。 本発明の車両用電動駆動・伝達装置の回転方向反転機構の第２の実施形態を示す一部断面図である。 “デフ（differential gear）”の差動原理を示す一部断面図である。 本発明の車両用電動駆動・伝達装置と車両の左右の車輪との連設の一例を側面から見た一部断面図である。 本発明の車両用電動駆動・伝達装置と車両の左右の車輪との連設の一例を上面から見た一部断面図である。

［第１の回転体］
１０ ステータ
１１ コイル磁気発生器
１２ ブラシ
１３ ステータの回転軸
１０″ カバー盤
［第１の回転部材（一方の減速機構）］
３０ 第１のギア
３１ 第１のギアの回転軸
３２ 第２のギア
３３ 第２のギアの回転軸（一方の出力軸）
［第２の回転体］
２０ ロータ
２１ 珪素鋼板
２３ ロータの回転軸
［第２の回転部材（他方の減速機構）］
４０ 第３のギア
４１ 第３のギアの回転軸
４２ 第４のギア
４３ 第４のギアの回転軸（他方の出力軸）
［第３の回転部材］
３０″ 第５のギア
３５ 第６のギア
３６ 第７のギア
３７ 第８のギア
３８ 第８のギアの回転軸
［固定支持機構］
５０ 固定金具
５１〜５４ 支持盤
［一方の連設機構］
６０ 一方の懸架軸
６１ 一方の出力軸側のユニバーサルジョイント
６２ 一方の車輪側のユニバーサルジョイント
［他方の連設機構］
７０ 他方の懸架軸
７１ 他方の出力軸側のユニバーサルジョイント
７２ 他方の車輪側のユニバーサルジョイント
［車輪］
６３ 一方の車輪の回転支軸
６４ 一方の車輪
６５ 一方の車輪の回転軸
７３ 他方の車輪の回転支軸
７４ 他方の車輪
７５ 他方の車輪の回転軸
［デフ“differential gear”］
DS ドライブシャフト
DP ドライブピニオン
RG リングギア
DC デフケース
DPS ディファレンシャルピニオンシャフト
UDP 上ディファレンシャルピニオン
LDP 下ディファレンシャルピニオン
LSG 左サイドギア
RSG 右サイドギア
LAS 左アクセルシャフト
RAS 右アクセルシャフト

第１の発明は、回転可能に支持されたステータと該ステータに回転可能に支持されたロータとからなるモータと、前記ステータに駆動結合される第１の回転部材と、前記ロータに駆動結合される第２の回転部材と、前記第１の回転部材又は前記第２の回転部材のいずれか一方に配置され、前記第１の回転部材又は前記第２の回転部材の出力軸の回転方向を反転させる第３の回転部材と、を備えた車両用電動駆動・伝達装置であって、
前記第１の回転部材は、前記ステータの回転軸に直接連結される第１のギアと該第１のギアに駆動結合される第２のギアとからなり、
前記第２の回転部材は、前記ロータの回転軸に直接連結される第３のギアと該第３のギアに駆動結合される第４のギアとからなり、
前記第３の回転部材は、前記第１のギアと前記第２のギアとの間又は前記第３のギアと前記第４のギアとの間に配置され、前記第１のギアの回転を前記第２のギアに又は前記第３のギアの回転を前記第４のギアに誘導する第５のギアとからなると共に、
前記第１のギアと前記第３のギアの歯数及び前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を、それぞれ、同じものとし、前記第５のギアの歯数を前記第１のギアと前記第３のギアの歯数と同じか又は前記第２のギアと前記第４のギアの歯数と同じものとし、且つ、前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を前記第１のギアと前記第３のギアの歯数よりも多いものとし、
更に、前記第２のギアの回転軸は、車両の左右の車輪の内の一方の車輪の回転軸に第１の懸架軸を介して交差連設され、前記第４の回転軸は、前記車両の左右の車輪の内の他方の車輪の回転軸に第２の懸架軸を介して交差連設されることを特徴とする車両用電動・駆動装置である。

第２の発明は、前記連設がユニバーサルジョイントを介して行われることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動駆動・伝達装置である。

第３の発明は、前記モータが直流モータ又は交流モータのいずれかであることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の車両用電動駆動・伝達装置である。

第１の発明によれば、小型で軽量なだけでなく、エネルギー損失の少ない車両用電動駆動・伝達装置を提供することができるに留まらず、車両用電動駆動・伝達装置に減速機構を持たせることができ、更に、車両用電動駆動・伝達装置を車両に搭載するのに好適なものとすることができ、第２の発明によれば、第１の発明の車両用電動駆動・伝達装置を車両に搭載する際の配置位置の自由度を増すものとすることができ、第３の発明によれば、第１の発明の車両用電動駆動・伝達装置を製造する際の設計の自由度を増すものとすることができる。

第１のギア３０の回転軸３１は、ステータ１０の回転軸１３に連結され、第２のギア３２は、車両用電動駆動・伝達装置の一方の出力軸となる回転軸３３を有し、第３のギア４０の回転軸４１は、ロータ２０の回転軸２３に連結され、第４のギア４２は、車両用電動駆動・伝達装置の他方の出力軸となる回転軸４３を有する。

第１の発明は、回転可能に支持されたステータと該ステータに回転可能に支持されたロータとからなるモータと、前記ステータに駆動結合される第１の回転部材と、前記ロータに駆動結合される第２の回転部材と、前記第１の回転部材又は前記第２の回転部材のいずれか一方に配置され、前記第１の回転部材又は前記第２の回転部材の出力軸の回転方向を反転させる第３の回転部材と、を備えた車両用電動駆動・伝達装置であって、
前記第１の回転部材は、前記ステータの回転軸に直接連結される第１のギアと該第１のギアに駆動結合される第２のギアとからなり、
前記第２の回転部材は、前記ロータの回転軸に直接連結される第３のギアと該第３のギアに駆動結合される第４のギアとからなり、
前記第３の回転部材は、前記第１のギアと前記第２のギアとの間又は前記第３のギアと前記第４のギアとの間に配置され、前記第１のギアの回転を前記第２のギアに又は前記第３のギアの回転を前記第４のギアに誘導する第５のギアとからなると共に、
前記第１のギアと前記第３のギアの歯数及び前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を、それぞれ、同じものとし、前記第５のギアの歯数を前記第１のギアと前記第３のギアの歯数と同じか又は前記第２のギアと前記第４のギアの歯数と同じものとし、且つ、前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を前記第１のギアと前記第３のギアの歯数よりも多いものとし、
更に、前記第２のギアの回転軸は、車両の左右の車輪の内の一方の車輪の回転軸に第１の懸架軸を介して交差連設され、前記第４のギアの回転軸は、前記車両の左右の車輪の内の他方の車輪の回転軸に第２の懸架軸を介して交差連設されることを特徴とする車両用電動・駆動装置である。

Claims (6)

1. 回転可能に支持されたステータと該ステータに回転可能に支持されたロータとからなるモータと、
   前記ステータに駆動結合される第１の回転部材と、
   前記ロータに駆動結合される第２の回転部材と、
   前記第１の回転部材又は前記第２の回転部材のいずれか一方に配置され、前記第１の回転部材又は前記第２の回転部材の出力軸の回転方向を反転させる第３の回転部材と、
   を備えたことを特徴とする車両用電動駆動・伝達装置。
2. 前記第１の回転部材は、前記ステータの回転軸に直接連結される第１のギアと該第１のギアに駆動結合される第２のギアとからなり、前記第２の回転部材は、前記ロータの回転軸に直接連結される第３のギアと該第３のギアに駆動結合される第４のギアとからなり、前記第３の回転部材は、前記第１のギアと前記第２のギアとの間又は前記第３のギアと前記第４のギアとの間に配置され、前記第１のギアの回転を前記第２のギアに又は前記第３のギアの回転を前記第４のギアに誘導する第５のギアからなると共に、前記第１のギアと前記第３のギアの歯数及び前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を、それぞれ、同じものとし、前記第５のギアの歯数を前記第１のギアと前記第３のギアの歯数と同じか又は前記第２のギアと前記第４のギアの歯数と同じものとし、且つ、前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を前記第１のギアと前記第３のギアの歯数よりも多いものとすることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動・駆動装置。
3. 前記第１の回転部材は、第１のギアと該第１のギアに駆動結合される第２のギアとからなり、前記第２の回転部材は、第３のギアと該第３のギアに駆動結合される第４のギアとからなり、前記第３の回転部材は、前記ステータの回転軸又は前記ロータの回転軸に直接連結される第６のギアと該第６のギアに直交駆動結合される第７のギアと該第７のギアに直交駆動結合され、前記第１のギア又は前記第３のギアと直接連結される第８のギアとからなると共に、前記第１のギアと前記第３のギアの歯数及び前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を、それぞれ、同じものとし、且つ、前記第２のギアと前記第４のギアの歯数を前記第１のギアと前記第３のギアの歯数よりも多いものとすることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動・駆動装置。
4. 前記第１の回転部材の前記第２のギアの回転軸は、車両の左右の車輪の内の一方の車輪の回転軸に連設され、前記第２の回転部材の前記第４の回転軸は、車両の左右の車輪の内の他方の車輪の回転軸に連設されることを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載の車両用電動駆動・伝達装置。
5. 前記連設は、ユニバーサルジョイントを介して行われることを特徴とする請求項４に記載の車両用電動駆動・伝達装置。
6. 前記モータは、直流電動モータ又は交流電動モータのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用電動駆動・伝達装置。

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