JP2013060996A

JP2013060996A - 車両用モータ駆動装置および自動車

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Publication number: JP2013060996A
Application number: JP2011199008A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Isobe; 史浩磯部; Tomoaki Makino; 智昭牧野
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-04-04
Also published as: EP2759739A1; WO2013038942A1; US20140209398A1; CN103782061A

Abstract

【課題】減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることがなく、小型のモータでもスムーズな加速と高速走行が可能で、快適な走行が行え、かつ最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行える車両用モータ駆動装置を提供する。

【解決手段】電動式のモータ１０と、固定ギヤ比の切り換え可能な２つのギヤ列２３，２４を有する減速機２０とを備える。モータ１０の出力特性によって定まる、前記各ギヤ列２３，２４における出力回転速度とその出力回転速度で最大に得られる出力トルクとの関係を示す駆動力曲線Ｌ１，Ｌ２が、いずれも、トルク一定曲線部Ｌ１ａ，Ｌ２ａ、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂ、および速度一定曲線部Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃ、を有する。各ギヤ列２３，２４は、両ギヤ列２３，２４の駆動力曲線Ｌ１，Ｌ２が、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有するものとする。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動式のモータを駆動源として備え、そのモータの出力を減速して車輪に伝える車両用モータ駆動装置、およびこの車両用モータ駆動装置を搭載した自動車に関する。

電動式のモータは、回転速度と出力トルクとの関係が、或る範囲で高効率となる特性を持つ。そのため、モータの回転は減速機を介して車輪に伝えるのが一般的である。前記減速機の減速比は、優れた効率が得られる出力トルク・回転速度の関係で使用されるように定められる。しかし、車両では、車庫入れ時等の低速走行から、高速道路での高速走行時など、走行速度の範囲が広範囲となる。そのため、固定した減速比では、モータを高効率に駆動させることができない。これを解消するため、車両用モータ駆動装置において、減速比を２段に切り換え可能な減速機、つまり変速機を用いたものが提案されている（例えば、特許文献１。）

特開２０１１−５８５３４号公報

上記のように、車両用モータ駆動装置において、減速比を２段に切り換え可能とすることが提案されている。しかし、各段の間の減速比の関係をどのような関係に設定するかについては、未解決である。

図１５は、モータの出力特性によって定まる、減速機の各ギヤ列における出力回転速度とその出力回転速度で最大に得られる出力トルクとの関係の例を示す。前記出力回転速度は車速と考えても良い。図１５（ａ）は減速比小（高速重視）の場合、同図（ｂ）は減速比大（低速高トルク重視）の場合を示す。
この関係を示す駆動力曲線Ｌ１，Ｌ２は、一般的に同図のように、出力回転速度が零から或る定まったトルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａまでは、それぞれのギヤ列出力として最大となる最大トルクが続くトルク一定曲線部Ｌ１ａ，Ｌ２ａとなり、前記トルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａから最大回転速度までは出力回転速度が速くなるに従って出力トルクが次第に低下するトルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂとなり、最大回転速度で出力トルクが最低値となって出力回転速度一定となる速度一定曲線部Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃとなる。
この駆動力曲線Ｌ１，Ｌ２よりも内部（原点側：ハッチングを施した範囲）で、種々の走行条件に応じた出力トルク・回転速度の関係でモータ駆動されることになる。各図の黒塗り部分が一般的にモータが高効率となる領域である。

図１５(a)の減速比小の場合は、高速走行が可能であるが、出力トルクは小さいため、高速重視の場合に適する。同図(b)の減速比大の場合は、出力トルクは大きく得られるが、走行速度は遅いため、低速大トルク重視の場合に適する。減速比を２段に切り換え可能とすると、同図(a)と(b)を重ね合わせた同図(c)の駆動力曲線Ｌの範囲で走行可能となり、高速小トルク走行と低速大トルク走行とが可能となる。

しかし、減速比小の場合の減速比と、減速比大の場合の減速比との関係を適切に設定しなければ、同図(c)のように、駆動力曲線Ｌにおける、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂが不連続となって、速度一定曲線部Ｌ１ｃおよびトルク一定曲線部Ｌ２ａに続く領域である不連続領域Ｃ（網点を施した領域）が生じる。この不連続領域Ｃは、減速機出力として得ることのできない回転速度と出力トルクの関係の領域である。
この不連続領域Ｃが生じる減速比の場合、例えば図中の点Ｑ１の条件でモータ駆動されているような場合は、変速操作を行っても支障は生じないが、不連続領域Ｃの付近で、点Ｑ２，点Ｑ点の条件のように、駆動力曲線Ｌ上や駆動力曲線Ｌに沿う位置に近い条件で走行している場合は、そのときに変速操作を行うと急激なトルク変動が生じることになる。そのため、スムーズな変速操作が行えなくて、走行の快適性が損なわれる。特に、高速道路等における料金所通過時等の低速走行から高速走行に至るまで急に加速しようとした場合などは、上記不連続領域Ｃの影響でスムーズな加速が行えない。

この発明の目的は、複数段の変速機能を持ち、減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることがなく、小型のモータでもスムーズな加速と高速走行が可能で、快適な走行が行え、かつ最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行える車両用モータ駆動装置を提供することである。
この発明の他の目的は、モータ出力を減速する複数段の変速機能を持ち、減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることなく、小型のモータでもスムーズな加速と高速走行が可能で、快適な走行が行え、かつ最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行える電気自動車、ハイブリッド自動車を提供することである。

この発明の車両用モータ駆動装置は、電動式のモータ１０と、このモータ１０と車輪１との間のトルク伝達系に介在し、それぞれ固定減速比であって互いに減速比が異なる複数のギヤ列２３，２４を有していてこれら２つのギヤ列２３，２４の間でトルク伝達経路を切り換え可能な減速機２０とを備えた車両用モータ駆動装置Ａであって、
前記モータ１０の出力特性によって定まる、前記各ギヤ列２３，２４における出力回転速度とその出力回転速度で最大に得られる出力トルクとの関係を示す駆動力曲線Ｌ１，Ｌ２が、いずれも、出力回転速度が零から或る定まったトルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａまでは、それぞれのギヤ列出力として最大となる最大トルクが続くトルク一定曲線部Ｌ１ａ，Ｌ２ａとなり、前記トルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａから最大回転速度までは出力回転速度が速くなるに従って出力トルクが次第に低下するトルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂとなり、最大回転速度で出力トルクが最低値となって出力回転速度一定となる速度一定曲線部Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃとなり、
前記各ギヤ列２３，２４は、前記減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、前記トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有する、ことを特徴とする。
なお、ギヤ列が３つ以上の場合、上記の減速比大側のギヤ列および減速比小側のギヤ列は、その３つ以上のギヤ列のうち、減速比が互いに１段異なる各２つのギヤ列間における減速比大側のギヤ列および減速比小側のギヤ列を言う。

この構成によると、減速機２０を複数段に切換え可能としたため、モータ１０が小型でも急加速，高速走行が可能となり、小型軽量な車両用モータ駆動装置Ａとなる。特に、前記減速機２０は、減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｃで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有するものとしたため、減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることなく、モータ１０が小型でも低速域から高速域までスムーズな加速が可能となり、快適な走行が行える。しかも、出力回転速度と出力トルクの関係において、高効率域Ｈが拡大し、最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行える。

この発明において、前記減速機２０の前記複数のギヤ列２３，２４の間でトルク伝達経路を切り換える手段が、クラッチの係合、解除によって切換えを行う変速比切換機構５０であっても良い。クラッチの係合、解除によって切換えを行う形式の場合に、減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有することによる効果が、より効果的となる。
前記クラッチは、例えば、ローラクラッチまたはドグクラッチであっても良い。ローラクラッチやドグクラッチでは、駆動側と被駆動側で回転差があっても切換が可能であるが、このようなクラッチの場合に、上記の重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有することによる効果、さらに効果的となる。

この発明において、前記減速機２０の出力を車両の左右の車輪１，１に分配して伝達するディファレンシャル８０を有するものとしても良い。この場合に、前記車両は走行駆動源として前記モータ１０を１台のみ有するものであっても良い。
この発明の車両用モータ駆動装置Ａは、車輪１を個別に駆動する場合にも適用可能ではあるが、減速比の切換えに対する安定した走行性の確保のため、１台のモータ１０で左右両輪１，１を駆動する場合、特に１台のモータ１０で車両を駆動する場合に、より効果的である。

この発明において、前記モータ１０が、埋め込み磁石形同期モータであっても良い。埋め込み磁石形同期モータは、車両走行用のモータとして各種の優れた性能を有するが、この発明の複数段減速構成とすることで、より効率的に駆動することができる。

この発明の電気自動車ＥＶは、この発明の上記いずれか構成の車両用モータ駆動装置Ａを搭載したものである。
この構成の電気自動車ＥＶによると、この発明の車両用モータ駆動装置Ａの搭載によって、小型のモータ１０でもスムーズな加速と高速走行が可能で、かつ最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行え、また減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることなく、快適な走行が行える。

この発明のハイブリッド自動車ＨＶは、車両の前部に設けられた左右一対の前輪１，１と後部に設けられた左右一対の後輪２，２の一方をエンジンＥで駆動し、他方を、この発明の上記いずれかの構成の車両用モータ駆動装置Ａで駆動する。
この構成のハイブリッド自動車ＨＶによると、この発明の車両用モータ駆動装置Ａの搭載により、モータ走行時に、小型のモータ１０でもスムーズな加速と高速走行が可能で、かつ最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行え、また減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることなく、快適な走行が行える。

この発明の車両用モータ駆動装置は、電動式のモータと、このモータと車輪との間のトルク伝達系に介在し、それぞれ固定減速比であって互いに減速比が異なる複数のギヤ列を有していてこれら複数のギヤ列の間でトルク伝達経路を切り換え可能な減速機とを備えた車両用モータ駆動装置であって、前記モータの出力特性によって定まる、前記各ギヤ列における出力回転速度とその出力回転速度で最大に得られる出力トルクとの関係を示す駆動力曲線が、いずれも、出力回転速度が零から或る定まったトルク低下開始速度までは、それぞれのギヤ列出力として最大となる最大トルクが続くトルク一定曲線部となり、前記トルク低下開始速度から最大回転速度までは出力回転速度が速くなるに従って出力トルクが次第に低下するトルク漸減曲線部となり、最大回転速度で出力トルクが最低値となって出力回転速度一定となる速度一定曲線部となり、前記各ギヤ列は、前記減速比大側のギヤ列の駆動力曲線と、減速比小側のギヤ列の駆動力曲線が、前記トルク漸減曲線部で重なり部分を持って連続する減速比を有するため、減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることがなく、小型のモータでもスムーズな加速と高速走行が可能で、快適な走行が行え、かつ最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行える。

この発明の電気自動車およびハイブリッド自動車は、この発明の車両用モータ駆動装置を搭載しているため、減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることがなく、小型のモータでもスムーズな加速と高速走行が可能で、快適な走行が行え、かつ最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行える。

（Ａ）はこの発明の一実施形態に係る車両用モータ駆動装置を概念構成を示す説明図、（Ｂ）の（ａ）〜（ｃ）は、その各ギヤ列およびこれらギヤ列を組み合わせた出力の回転速度と出力トルクの関係を示す説明図である。同回転速度と出力トルクの関係および高効率域を示す説明図である。減速比固定の車両用モータ駆動装置と実施形態の車両用モータ駆動装置との外形の大きさを比較する説明図である。（イ）は、同車両用モータ駆動装置を採用した電気自動車の概略図、（ロ）は、上記車両用モータ駆動装置を採用したハイブリッド車の概略図同実施形態に係る車両用モータ駆動装置の断面図図５の変速機の要部を拡大して示す断面図図６のVII −VII 線に沿った断面図図６のVIII−VIII 線に沿った断面図変速比切換機構を示す断面図図６のＸ−Ｘ線に沿った断面図図９の一部を拡大して示す断面図変速切換状態を示す断面図２ウェイローラクラッチの内輪、保持器、スイッチばねおよび変速比切換機構の弾性部材、ワッシャ、摩擦板のそれぞれを示す分解斜視図である。同車両用モータ駆動装置におけるモータの一例の断面図である。提案例に係る２段切り換えの減速機における出力回転速度と出力トルクの関係を示す説明図である。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１に示すように、この車両用モータ駆動装置Ａは、電動式のモータ１０と、このモータ１０と車輪１，１との間のトルク伝達系に介在した減速機２０とを備える。減速機２０は、それぞれ固定減速比である減速比小側と減速比大側の２つのギヤ列２３，２４を有し、これら２つのギヤ列２３，２４の間でトルク伝達経路を変速比切換機構５０で切り換え可能とされている。変速比切換機構５０は、後述のクラッチの係合、解除によって切換えを行う形式のものである。減速機２０の出力は、ディファレンシャル８０により車両の左右の車輪１，１に分配して伝達される。モータ１０は、同期形のモータ、例えば埋め込み磁石形同期モータである。

図１（Ｂ）の（ａ），（ｂ）に、前記減速比小側および減速比大側の各ギヤ列２４，２３における出力回転速度とその出力回転速度で最大に得られる出力トルクとの関係を示す駆動力曲線Ｌ２，Ｌ１をそれぞれ示す。この駆動力曲線Ｌ１，Ｌ２は、モータ１０の出力特性と減速比によって定まるが、出力回転速度が零から或る定まったトルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａまでは、それぞれのギヤ列出力として最大となる最大トルクが続くトルク一定曲線部Ｌ１ａ，Ｌ２ａとなり、前記トルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａから最大回転速度までは回転速度が速くなるに従って出力トルクが次第に低下するトルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂとなり、最大回転速度で出力トルクが最低値となって回転速度一定となる速度一定曲線部Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃとなる。

前記２つのギヤ列２３，２４は、図１（Ｂ）の（ｃ）に示すように、前記減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、前記トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有するように、互いの減速比の関係に設定される。すなわち、両駆動力曲線Ｌ１，Ｌ２が重なり部分Ｌｂａを持って連続するように設定される。重なり部分Ｌｂａの長さは、零未満でなければ良く、適宜設計される。

この構成によると、減速機２０を２段切換え可能としたため、小型のモータ１０でも急加速，高速走行が可能となり、小型軽量な車両用モータ駆動装置Ａとなる。例えば、図３に概念的に示すように、同図（Ａ）のように減速比固定の減速機２０Ａを用いた場合に比べ、２段変速の場合は減速機２０が大きくなるが、モータ１０が小型化されて、このモータ小型化の影響の方が、減速機大型化よりも影響が強く、車両用モータ駆動装置Ａの全体としては小型軽量化される。
また、この実施形態では、減速機２０は、減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有するものとしたため、減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることない。そのため、小型のモータ１０でも、低速域から高速域までスムーズな加速が可能となり、快適な走行が行える。

しかも、出力回転速度と出力トルクの関係において、高効率域が拡大し、最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行える。例えば、図２（ａ），（ｂ）に２段の各ギヤ列２３，２４おける高効率域Ｈを斜線部で示すが、両ギヤ列２３，２４を切り換える２段切り換えとした場合、同図（ｃ）に示すように、高効率域Ｈが拡大することになる。
このように、適切な２段切り換えとすることで、高速走行域の拡大、低速域での駆動力（トルク）増が得られると共に、高効率域Ｈが拡大し、それだけ高効率域Ｈで運転される確率も増えて、低電力使用量で走行できる。

また、この実施形態では、２つのギヤ列２３，２４の間でのトルク伝達経路を切り換えを、クラッチの係合、解除によって切換えを行う変速比切換機構５０で行うようにしているが、このようなクラッチ使用の変速比切換機構５０を用いた場合に、前記減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有することによる効果が、より効果的となる。

また、減速機２０の出力はディファレンシャル８０を介して車両の左右の車輪１，１に分配して伝達されるが、減速比の切換えに対する安定した走行性の確保のため、１台のモータで左右両輪を駆動する場合、特に１台のモータで車両を駆動する場合に、この実施形態の２段切り換えの車両用モータ駆動装置Ａが効果的である。

モータ１０は、任意の形式のもので良いが、埋め込み磁石形同期モータが、車両走行用として種々の面で優れている。埋め込み磁石形同期モータを用いた場合に、この実施形態の形式の２段減速構成の車両用モータ駆動装置Ａの上記効果が、より一層効率的に発揮される。

次にこの車両用モータ駆動装置を搭載した自動車の例、および減速機等の具体的な構成例を、図４ないし図１４と共に説明する。
図４（Ａ）は、この実施形態に係る車両用モータ駆動装置Ａによって、左右一対の前輪である車輪１を駆動するようにした電気自動車ＥＶを示す。図４（Ｂ）は、エンジンＥによって左右一対の駆動輪としての前輪である車輪１を駆動し、上記モータ駆動装置Ａによって左右一対の補助駆動輪としての後輪である車輪２を駆動するハイブリッド車ＨＶを示し、上記エンジンＥの回転を、トランスミッションＴ、およびディファレンシャルＤを介して前輪である車輪１に伝達するようにしている。

図５に示すように、車両用モータ駆動装置Ａは、電動式のモータ１０と、そのモータ１０の出力軸１１の回転を変速する減速機２０と、その減速機２０から出力される動力を、図４（Ａ）に示す電気自動車ＥＶの左右一対の前輪１に分配し、または、図４（Ｂ）に示すハイブリッド車ＨＶの左右一対の後輪２に分配するディファレンシャル８０とを有している。

減速機２０は、２段切り換えの変速機であり、第１シャフト２１と第２シャフト２２間に、それぞれ固定減速比の第１減速ギヤ列２３と第２減速ギヤ列２４を設けた常時噛合い式減速機からなる。

第１シャフト２１および第２シャフト２２は、ハウジング２５内に組込まれた対向一対の軸受２６により回転自在に支持されて平行の配置とされ、上記第１シャフト２１がモータ１０の出力軸１１に接続されている。

第１減速ギヤ列２３は、第１シャフト２１に第１入力ギヤ２３ａを設け、その第１入力ギヤ２３ａに噛合する第１出力ギヤ２３ｂを第２シャフト２２を中心にして回転自在としている。

第２減速ギヤ列２４は、第１シャフト２１に第２入力ギヤ２４ａを設け、その第２入力ギヤ２４ａに噛合する第２出力ギヤ２４ｂを第２シャフト２２を中心にして回転自在としており、その第２減速ギヤ列２４の減速比は第１減速ギヤ列２３の減速比より小さくなっている。

図６ないし図８に示すように、第１出力ギヤ２３ｂと第２シャフト２２との間には、その第１出力ギヤ２３ｂと第２シャフト２２とを締結、解除する第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａが組込まれている。また、第２出力ギヤ２４ｂと第２シャフト２２間には、その第２出力ギヤ２４ｂと第２シャフト２２を締結、解除する第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂが組込まれている。

第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａと、第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂは、同一の構成であって左右対称の向きとされているため、第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａを以下に説明し、第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂについては、同一の部品に同一の符号を付して説明を省略する。

第１の２ウェイローラクラッチ３０は、第２シャフト２２に内輪３１を、スプライン３２による嵌合として回り止めし、その内輪３１の外周に第１出力ギヤ２３ｂの内周に形成された円筒面３３との間で周方向の両端が狭小のくさび形空間を形成する複数の平坦なカム面３４を周方向に等間隔に設け、各カム面３４と円筒面３３間にローラ３５を組込み、そのローラ３５を第１出力ギヤ２３ｂと内輪３１間に組込まれた保持器３６で保持している。

内輪３１の軸方向の一端面に円形の凹部３７を形成し、その凹部３７内にスイッチばね３８の円形部３８ａを嵌合し、その円形部３８ａの両端から外向きに設けられた一対の押圧片３８ｂを、凹部３７の外周壁に形成された切欠き３９から保持器３６の一端面に形成された切欠部４０に挿入し、その一対の押圧片３８ｂで切欠き３９および切欠部４０の周方向で対向する端面を相反する方向に押圧して、ローラ３５が円筒面３３およびカム面３４に対して係合解除する中立位置に保持器３６を弾性保持している。

第１出力ギヤ２３ｂの内側に組込まれた内輪３１と第２出力ギヤ２４ｂの内側に組込まれた内輪３１は、その対向部間に組込まれた回転部材としての間座４１と、第２シャフト２２に嵌合された一対のストッパリング４４により両側から挟持されて軸方向に非可動の支持とされている。また、間座４１は対向一対の内輪３１のそれぞれと一体に回転するようになっている。

一対の内輪３１には、ストッパリング４４と対向する外端部に円筒形の軸受嵌合面４２が形成され、その軸受嵌合面４２に嵌合された軸受４３によって、第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂが内輪３１に対して回転自在に支持されている。

第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａと第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂは、図９に示す変速比切換機構５０によって係合、解除が制御される。

変速比切換機構５０は、間座４１の外周に軸方向に移動可能な制御リング５１を嵌合して回転自在に支持し、その制御リング５１の両側に配置された一対の摩擦板５２ａ、５２ｂの一方を第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａの保持器３６に回り止めし、かつ、他方を第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂの保持器３６に回り止めし、上記制御リング５１をシフト機構６０により第１出力ギヤ２３ｂに向けて移動させ、その第１出力ギヤ２３ｂの側面に押し付けられる摩擦板５２ａの摩擦係合により保持器３６を第１出力ギヤ２３ｂに連結して、その保持器３６と内輪３１の相対回転により、ローラ３５を円筒面３３およびカム面３４に係合させるようにしている。

シフト機構６０により制御リング５１を第２出力ギヤ２４ｂに向けて移動させ、その第２出力ギヤ２４ｂの側面に押し付けられる摩擦板５２ｂの摩擦係合により保持器３６を第２出力ギヤ２４ｂに連結して、その保持器３６と内輪３１の相対回転により、ローラ３５を円筒面３３およびカム面３４に係合させるようにしている。

一対の摩擦板５２ａ、５２ｂは環状をなし、その内径面に形成されたＬ形の係合片５３を保持器３６に形成された前記切欠部４０に係合して、摩擦板５２ａ、５２ｂのそれぞれを保持器３６に回り止めしている。また、係合片５３と内輪３１の対向面間にワッシャ５４と弾性部材５５とを組込み、その弾性部材５５によって摩擦板５２ａ、５２ｂのそれぞれを内輪３１から離反する係合解除位置に向けて付勢している。

係合片５３の内端に係合溝５７を形成し、一方、間座４１の外周には、その係合溝５７とで係合手段５６を形成する複数の係合突条５８を設け、上記摩擦板５２ａ、５２ｂが係合解除位置まで移動した際、係合溝５７を係合突条５８の一つに係合させて、間座４１に一体化された内輪３１と保持器３６とが相対的に回転するのを防止し、ローラ３５を中立位置に保持するようにしている。

図９に示すように、シフト機構６０は、第２シャフト２２に平行に配置されたシフトロッド６１をハウジング２５に取り付けられた一対の滑り軸受６２によりスライド自在に支持し、そのシフトロッド６１にシフトフォーク６３を取付け、一方、制御リング５１の外周に嵌合された転がり軸受６４でスリーブ６５を回転自在に支持し、かつ、軸方向に非可動に支持し、そのスリーブ６５の外周に環状溝６６を設け、その環状溝６６にシフトフォーク６３の先端の二股片６３ａを嵌合し、上記シフトロッド６１をアクチュエータ６７により軸方向に移動させて、スリーブ６５と共に制御リング５１を軸方向に移動させるようにしている。

アクチュエータ６７として、シフトロッド６１に接続されるシリンダやソレノイドを採用することができるが、ここでは、モータ６８を採用し、そのモータ６８の出力軸６９の回転を運動変換機構７０によりシフトロッド６１の軸方向への移動に変換するようにしている。

すなわち、モータ６８の出力軸６９に設けられた駆動ギヤ７１にナット部材としての従動ギヤ７２を噛合し、その従動ギヤ７２を対向一対の軸受７３により回転自在に支持し、その従動ギヤ７２の内周に形成された雌ねじ７４をシフトロッド６１の端部外周に形成された雄ねじ７５にねじ係合し、上記従動ギヤ７２の定位置での回転により、シフトロッド６１を軸方向に移動させるようにしている。

図５に示すように、第２シャフト２２の軸端部には、その第２シャフト２２の回転をディファレンシャルギヤ８０に伝達するアウトプットギヤ７６が設けられている。

ディファレンシャル８０は、アウトプットギヤ７６に噛合するリングギヤ８１をハウジング２５によって回転自在に支持されたデフケース８２に取付け、上記デフケース８２により両端部が回転自在に支持されたピニオン軸８３に一対のピニオン８４を取付け、その一対のピニオン８４のそれぞれに一対のサイドギヤ８５を噛合した構成とされ、その一対のサイドギヤ８５のそれぞれにアクスル８６の軸端部が接続されている。

この実施形態で示す車両用モータ駆動装置Ａは上記の構造からなり、図６は、一対の摩擦板５２ａ、５２ｂが第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂから離反する係合解除位置に保持された状態を示し、上記第１出力ギヤ２３ｂの内側に組込まれた第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａおよび第２出力ギヤ２４ｂの内側に組込まれた第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂのそれぞれは、図７に示すように、係合解除状態にある。

このため、モータ１０が駆動されて第１シャフト２１が回転しても、その回転は第１入力ギヤ２３ａからこれに噛合する第１出力ギヤ２３ｂに伝達され、また、第２入力ギヤ２４ａからこれに噛合する第２出力ギヤ２４ｂに伝達されるが、第２シャフト２２に伝達されず、第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂが空転する。

第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂの空転状態において、２ウェイローラクラッチ３０Ａ、３０Ｂの中立状態にあるローラ３５には円筒面３３との接触により、ドラグトルクが作用して、保持器３６を回転させようとする。

このとき、保持器３６に回り止めされた摩擦板５２ａ、５２ｂのそれぞれは、係合溝５７と係合突条５８に係合によって内輪３１に対して回り止めされているため、保持器３６も内輪３１に対して回り止めされる状態にある。このため、ローラ３５に作用するドラグトルクによって、内輪３１と保持器３６とが相対回転するようなことはなく、第１、第２の２ウェイローラクラッチ３０Ａ、３０Ｂが誤係合するという不都合の発生はない。

モータ１０の駆動によって第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂのそれぞれが空転する状態において、図９に示すモータ６８の駆動によりシフトロッド６１を同図の右方向に移動させると、シフトフォーク６３によってスリーブ６５および制御リング５１がシフトロッド６１と同方向に移動され、その制御リング５１により、摩擦板５２ａが第１出力ギヤ２３ｂの側面に押し付けられる。

このとき、摩擦板５２ａの係合溝５７と間座４１の係合突条５８の係合が解除し、また、摩擦板５２ａは、第１出力ギヤ２３ｂの側面に摩擦係合するため、保持器３６は第１出力ギヤ２３ｂに連結される状態になる。

このため、第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａの保持器３６が内輪３１に対して相対回転し、ローラ３５が円筒面３３およびカム面３４に係合し、第１出力ギヤ２３ｂの回転は、第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａを介して第２シャフト２２に直ちに伝達される。また、第２シャフト２２の回転はディファレンシャルギヤ８０を介してアクスル８６に伝達される。

その結果、図４（Ａ）に示す電気自動車ＥＶにおいては、前輪１が回転することになり、その電気自動車ＥＶを走行させることができると共に、図４（Ｂ）に示すハイブリッド車ＨＶにおいては、補助駆動輪としての後輪２が回転し、前輪１の駆動をアシストすることになる。

ここで、内輪３１と保持器３６が相対回転すると、スイッチばね３８が弾性変形する。そのため、モータ６８を上記の逆方向に回転し、シフトロッド６１を上記の逆の方向に移動（図９の左方向）させて、制御リング５１を第１出力ギヤ２３ｂから離反する方向に移動させると、摩擦板５２ａは弾性部材５５の復元弾性により、第１出力ギヤ２３ｂから離反し、同時にスイッチばね３８の復元弾性により、保持器３６が復帰回動され、ローラ３５は中立位置に戻されることになり、第１シャフト２１から第２シャフト２２への回転伝達が直ちに遮断されることになる。

シフトロッド６１を同方向（図９の左方向）にさらに移動させると、制御リング５１の押圧により、摩擦板５２ｂが第２出力ギヤ２４ｂの側面に押し付けられて摩擦係合する。

このため、第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂの保持器３６が内輪３１に対して相対回転し、ローラ３５が円筒面３３およびカム面３４に係合し、第２出力ギヤ２４ｂの回転は、第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂを介して第２シャフト２２に直ちに伝達されることになり、トルク伝達経路が直ちに切換えられることになる。

上記のように、アクチュエータとしてのモータ６８を駆動してシフトロッド６１を軸方向に移動させることにより、第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａまたは第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂが直ちに係合および係合解除するため、変速の切換えを迅速に行なうことができる。

実施の形態で示すように、第１出力ギヤ２３ｂと第２出力ギヤ２４ｂ間に制御リング５１と２枚の摩擦板５２ａ、５２ｂを組込み、一方の摩擦板５２ａを第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａの保持器３６に回り止めし、他方の摩擦板５２ｂを第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂの保持器３６に回り止めし、上記制御リング５１をシフト機構６０で左右方向にシフトできるようにして、１つの変速比切換機構５０によって２組の２ウェイローラクラッチ３０Ａ、３０Ｂの係合、解除を制御し得るように構成すると、モータ駆動装置の小型化を図ることができる。

ここで、図では省略したが、摩擦板５２ａ、５２ｂと制御リング５１の対向面間に転がり軸受を組込んでおくのがよい。その転がり軸受の組込みによって、摩擦板５２ａ、５２ｂと制御リング５１との接触部に作用する摩擦抵抗の低減化を図ることができる。このため、摩擦板５２ａ、５２ｂが第１出力ギヤ２３ｂ、第２出力ギヤ２４ｂに押し付けられて摩擦係合する係合時に、摩擦板５２ａ、５２ｂを制御リング５１に対して円滑に相対回転させることができ、２ウェイローラクラッチ３０Ａ，３０Ｂを確実に係合させることができる。

実施の形態においては、第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂの内周に円筒面３３を形成し、各出力ギヤ２３ｂ、２４ｂの内側に組込まれた内輪３１の外周にカム面３４を設けたが、その逆に、第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂの内周にカム面を形成し、内輪の外周に円筒面を設けるようにしてもよい。この場合、第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂと保持器３６との間にスイッチばねを組込むようにして、ローラが中立状態となるよう保持器を弾性保持する。

図１４において、モータ１０は、円筒状のモータハウジング１７２に固定したモータステータ１７３と、出力軸１１に取り付けたモータロータ１７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータである。出力軸１１は、減速機２０のインボード側のハウジングの筒部に２つの軸受で片持ち支持されている。

モータステータ１７３は、軟質磁性体からなるステータコア部１７７とコイル１７８とでなる。ステータコア部１７７は、その外周面がモータハウジング１７２の内周面に嵌合して、モータハウジング１７２に保持されている。モータロータ１７５は、モータステータ１７３と同心に出力軸１１に外嵌するロータコア部１７９と、このロータコア部１７９に内蔵される複数の永久磁石１８０とでなる。永久磁石１８０はＶ字状に配置されている。

なお、上記実施形態では、減速機２０を２段のギヤ列２３，２４を有する２段切換式のものとしたが、減速機２０は、それぞれ固定減速比であって互いに減速比が異なる３つ以上のギヤ列を有していて、これ３つ以上のギヤ列の間でトルク伝達経路を切り換え可能なものとしても良い。この場合、その３つ以上のギヤ列のうち、減速比が互いに１段異なる各２つのギヤ列間における減速比大側のギヤ列および減速比小側のギヤ列につき、減速比大側のギヤ列の駆動力曲線と、減速比小側のギヤ列の駆動力曲線が、前記トルク漸減曲線部で重なり部分を持って連続する減速比を有するものとする。
また、上記実施形態では、減速機２０の前記複数のギヤ列の間でトルク伝達経路を切り換える手段を、ローラクラッチ３０Ａ、３０Ｂとしたが、この切り換え手段として用いるクラッチは、ドグクラッチ（図示せず）であっても良い。

１，２…車輪
１０…モータ
２０…減速機
２１…第１シャフト
２２…第２シャフト
２３…第１減速ギヤ列
２４…第２減速ギヤ列
３０Ａ…第１の２ウェイローラクラッチ
３０Ｂ…第２の２ウェイローラクラッチ
５０…変速比切換機構
８０ディファレンシャル
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…駆動力曲線
Ｌ１ａ，Ｌ２ａ…トルク一定曲線部
Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂ…トルク漸減曲線部
Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃ…速度一定曲線部
Ｌｂａ…重なり部分
Ｈ…高効率域

Claims

電動式のモータと、このモータと車輪との間のトルク伝達系に介在し、それぞれ固定減速比であって互いに減速比が異なる複数のギヤ列を有していてこれら複数のギヤ列の間でトルク伝達経路を切り換え可能な減速機とを備えた車両用モータ駆動装置であって、
前記モータの出力特性によって定まる、前記各ギヤ列における出力回転速度とその出力回転速度で最大に得られる出力トルクとの関係を示す駆動力曲線が、いずれも、出力回転速度が零から或る定まったトルク低下開始速度までは、それぞれのギヤ列出力として最大となる最大トルクが続くトルク一定曲線部となり、前記トルク低下開始速度から最大回転速度までは出力回転速度が速くなるに従って出力トルクが次第に低下するトルク漸減曲線部となり、最大回転速度で出力トルクが最低値となって出力回転速度一定となる速度一定曲線部となり、
前記各ギヤ列は、前記減速比大側のギヤ列の駆動力曲線と、減速比小側のギヤ列の駆動力曲線が、前記トルク漸減曲線部で重なり部分を持って連続する減速比を有する、
ことを特徴とする車両用モータ駆動装置。
請求項１において、前記減速機の前記複数のギヤ列の間でトルク伝達経路を切り換える手段が、クラッチの係合、解除によって切換えを行う変速比切換機構である車両用モータ駆動装置。
請求項２において、前記クラッチが、ローラクラッチまたはドグクラッチである車両用モータ駆動装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記減速機の出力を車両の左右の車輪に分配して伝達するディファレンシャルを有する車両用モータ駆動装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記モータが、埋め込み磁石形同期モータである車両用モータ駆動装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記車両は走行駆動源として前記モータを１台のみ有する車両用モータ駆動装置。
車両の左右の車輪が、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用モータ駆動装置で駆動される電気自動車。
車両の前部に設けられた左右一対の前輪と後部に設けられた左右一対の後輪のいずれか一方をエンジンで駆動し、他方の請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用モータ駆動装置で駆動するハイブリッド自動車。