JP2013174300A - 車両用モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな車両用モータ駆動装置を提供する。
【解決手段】環状のステータ６とそのステータ６の内側で回転するロータ７とからなる電動モータ３と、その電動モータ３から出力された回転を減速する減速機４と、その減速機４から出力された回転を左右の車輪に分配するディファレンシャルギヤ５とを有する車両用モータ駆動装置Ａにおいて、ロータ７の回転速度を検出する回転センサ２３を、ステータ６の内側にステータ６の軸方向幅内に収まるように設ける。
【選択図】図３

Description

この発明は、電動モータの回転を変速して車輪へ伝達する車両用モータ駆動装置に関する。

電気自動車およびハイブリッド自動車の駆動装置に用いられる車両用モータ駆動装置として、電動モータと、その電動モータから出力された回転を減速する減速機と、その減速機から出力された回転を左右の車輪に分配するディファレンシャルギヤとを有し、前記減速機が、切り換え可能な複数の減速比をもつものが知られている（例えば、特許文献１）。

この車両用モータ駆動装置を使用すると、走行条件に応じて減速機の減速比を切り換えることにより、駆動および回生時において、効率の高い回転数およびトルク領域で電動モータを使用することが可能となる。また、適切な減速機とすることで、高速走行時の減速機の回転部材の回転速度が下がり、減速機の動力損失が低減して車両のエネルギー効率を向上させることができる。

ところで、近年、地球環境やエネルギーの問題が大きく取り上げられるようになり、電気自動車やハイブリッド自動車の開発が活発になっている。このような電気自動車やハイブリッド自動車に用いられる車両用モータ駆動装置の電動モータとして、本願発明の発明者は、図１２に示すような構造の電動モータを試作評価した。

図１２に示す電動モータ９０は、環状のステータ９１と、そのステータ９１の内側に配置されたロータ９２とからなる。ロータ９２は、ステータ９１から回転力を受けて回転する部分であり、軸方向に間隔をおいて配置された一対の軸受９３，９３で支持されるスピンドル９４と、スピンドル９４の外周に装着されたロータコア９５とで構成されている。

スピンドル９４には、スピンドル９４を支持する一対の軸受９３，９３よりも軸方向外方に、ロータ９２の回転速度を検出する回転センサ９６が取り付けられている。この回転センサ９６は、スピンドル９４を一対の軸受９３，９３と共に取り付けた後、そのスピンドル９４の軸端に取り付けたものである。

特開２０１１−５８５３４号公報

近年、電気自動車やハイブリッド自動車に用いられる車両用モータ駆動装置のコンパクト化が重要な課題となってきているが、図１２に示す構造の電動モータを用いたのでは、回転センサ９６が電動モータ９０から軸方向後方に突出しているので、車両用モータ駆動装置の軸方向長さが長くなってしまうという問題があった。そこで、本願発明の発明者は、電動モータのロータの回転速度を検出する回転センサの配置を工夫することにより、更にコンパクトな車両用モータ駆動装置が得られないか検討した。

この発明が解決しようとする課題は、コンパクトな車両用モータ駆動装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、環状のステータとそのステータの内側で回転するロータとからなる電動モータと、その電動モータから出力された回転を減速する減速機と、その減速機から出力された回転を左右の車輪に分配するディファレンシャルギヤとを有する車両用モータ駆動装置において、前記ロータの回転速度を検出する回転センサを、前記ステータの内側にステータの軸方向幅内に収まるように設けた。

このようにすると、電動モータのステータと回転センサとが軸直角方向に重なる配置となるので、その重なる分、車両用モータ駆動装置の軸方向長さを抑えることができる。

前記電動モータのロータとして、減速機側の第１軸受と減速機とは反対側の第２軸受とで回転可能に支持されたスピンドルと、そのスピンドルの外周に装着され、前記ステータから回転力を受けるロータコアとからなるものを採用する場合、前記第１軸受と第２軸受の間に前記回転センサを配置することができる。

また、前記電動モータのステータとして、前記ロータを囲むように周方向に等間隔に配置された複数のティースをもつ環状のステータコアと、そのステータコアの前記各ティースに巻回した電磁コイルと、その各電磁コイルに電流を供給する複数の導線で構成されたコイルエンドとからなるものを採用する場合、前記コイルエンドと半径方向に重なるように前記回転センサを配置することができる。

また、前記コイルエンドは、前記ステータコアの減速機側の軸方向端面に沿って周方向に延びるように配置することができる。

前記減速機は、単一の減速比のみをもつ１段の減速機でもよいが、切り換え可能な複数の減速比をもつ複数段の減速機とすることができる。このようにすると、車両の走行速度に応じて減速機の減速比を切り換えることができるので、エネルギー効率の高い回転域で電動モータを使用することができ、その結果、小型の電動モータを採用して、車両用モータ駆動装置を効果的に小型化することが可能となる。

前記減速機としては、前記電動モータの回転が入力される入力軸と、その入力軸と一体に回転するように入力軸上に設けられた第１入力ギヤおよび第２入力ギヤと、前記入力軸に対して間隔をおいて平行に配置された出力軸と、その出力軸に対して回転可能に出力軸上に設けられ、前記第１入力ギヤおよび第２入力ギヤにそれぞれ噛合する第１出力ギヤおよび第２出力ギヤと、前記第１出力ギヤと出力軸の間に組み込まれた第１クラッチと、前記第２出力ギヤと出力軸の間に組み込まれた第２クラッチと、前記第１クラッチと第２クラッチとを選択的に係合させる変速アクチュエータと、前記出力軸の回転を前記ディファレンシャルギヤに伝達するディファレンシャル駆動ギヤとからなるものを採用することができる。

この構成の減速機を採用した車両用モータ駆動装置は、変速アクチュエータを作動させることにより、第１クラッチと第２クラッチのうち現変速段のクラッチの係合を解除するとともに、次変速段のクラッチを係合させることにより、減速機の減速比を切り換えることができる。

第１クラッチおよび第２クラッチとして２ウェイローラクラッチを使用することができる。すなわち、前記第１クラッチとして、第１出力ギヤの内周と出力軸の外周のうち一方に設けられた円筒面と、他方に設けられたカム面と、そのカム面と前記円筒面の間に組み込まれたローラと、そのローラを保持し、前記カム面と円筒面の間にローラを係合させる係合位置とローラの係合を解除する中立位置との間で出力軸に対して相対回転可能に設けられた第１保持器と、その第１保持器を前記中立位置に弾性保持する第１スイッチばねとからなる２ウェイローラクラッチを使用し、前記第２クラッチとして、第２出力ギヤの内周と出力軸の外周のうち一方に設けられた円筒面と、他方に設けられたカム面と、そのカム面と前記円筒面の間に組み込まれたローラと、そのローラを保持し、前記カム面と円筒面の間にローラを係合させる係合位置とローラの係合を解除する中立位置との間で前記出力軸に対して相対回転可能に設けられた第２保持器と、その第２保持器を前記中立位置に弾性保持する第２スイッチばねとからなる２ウェイローラクラッチを使用することができる。

この場合、前記変速アクチュエータとしては、前記第１保持器に対して回り止めされかつ前記第１出力ギヤの側面に接触する位置と離反する位置との間で軸方向に移動可能に設けられた第１摩擦板と、その第１摩擦板を前記第１出力ギヤの側面から離反する方向に付勢する第１離反ばねと、前記第２保持器に対して回り止めされかつ前記第２出力ギヤの側面に接触する位置と離反する位置との間で軸方向に移動可能に設けられた第２摩擦板と、その第２摩擦板を前記第２出力ギヤの側面から離反する方向に付勢する第２離反ばねと、前記第１摩擦板を押圧して前記第１出力ギヤの側面に接触させる第１シフト位置と前記第２摩擦板を押圧して前記第２出力ギヤの側面に接触させる第２シフト位置との間で軸方向に移動可能に設けられたシフトリングと、そのシフトリングを軸方向に移動させるシフト機構とからなるものを採用することができる。

この構成の変速アクチュエータを採用すると、シフトリングが第１シフト位置にあるときは、第１摩擦板が第１出力ギヤの側面に接触し、その接触面間の摩擦力によって第１摩擦板が出力軸に対して相対回転し、この摩擦板に回り止めされた第１保持器が中立位置から係合位置に移動するので、第１の２ウェイローラクラッチが係合した状態となる。また、このとき、第２摩擦板は第２離反ばねの付勢力によって第２出力ギヤの側面から離反しているので、第２保持器は第２スイッチばねの弾性力により中立位置に保持され、第２の２ウェイローラクラッチは係合が解除された状態となる。

そして、シフト機構の作動により、シフトリングを第１シフト位置から第２シフト位置に向かって軸方向移動させると、第１離反ばねの付勢力によって第１摩擦板が第１出力ギヤの側面から離反する方向に移動し、第１摩擦板と第１出力ギヤの間の摩擦が小さくなるので、第１スイッチばねの弾性力により第１保持器が係合位置から中立位置に移動し、この第１保持器の移動によって第１の２ウェイローラクラッチの係合が解除される。シフトリングが第２シフト位置に到達すると、第２摩擦板が第２出力ギヤの側面に接触し、その接触面間の摩擦力によって第２摩擦板が出力軸に対して相対回転し、この摩擦板に回り止めされた第２保持器が中立位置から係合位置に移動するので、第２の２ウェイローラクラッチが係合した状態となる。

同様にして、シフトリングを第２シフト位置から第１シフト位置に軸方向移動させることにより、第２の２ウェイローラクラッチの係合を解除して、第１の２ウェイローラクラッチを係合させることができる。

また、第１出力ギヤと第２出力ギヤにかえて、第１入力ギヤと第２入力ギヤにクラッチを組み込んだ構成の減速機を採用することも可能である。すなわち、前記減速機として、前記電動モータの回転が入力される入力軸と、その入力軸に対して回転可能に入力軸上に設けられた第１入力ギヤおよび第２入力ギヤと、前記第１入力ギヤと入力軸の間に組み込まれた第１クラッチと、前記第２入力ギヤと入力軸の間に組み込まれた第２クラッチと、前記第１クラッチと第２クラッチとを選択的に係合させる変速アクチュエータと、前記入力軸に対して間隔をおいて平行に配置された出力軸と、その出力軸と一体に回転するように出力軸上に設けられ、前記第１入力ギヤおよび第２入力ギヤにそれぞれ噛合する第１出力ギヤおよび第２出力ギヤと、前記出力軸の回転を前記ディファレンシャルギヤに伝達するディファレンシャル駆動ギヤとからなるものを採用することができる。

さらに、第１クラッチおよび第２クラッチとして２ウェイローラクラッチを使用することができる。すなわち、前記第１クラッチとして、第１入力ギヤの内周と入力軸の外周のうち一方に設けられた円筒面と、他方に設けられたカム面と、そのカム面と前記円筒面の間に組み込まれたローラと、そのローラを保持し、前記カム面と円筒面の間にローラを係合させる係合位置とローラの係合を解除する中立位置との間で入力軸に対して相対回転可能に設けられた第１保持器と、その第１保持器を前記中立位置に弾性保持する第１スイッチばねとからなる２ウェイローラクラッチを使用し、前記第２クラッチとして、第２入力ギヤの内周と入力軸の外周のうち一方に設けられた円筒面と、他方に設けられたカム面と、そのカム面と前記円筒面の間に組み込まれたローラと、そのローラを保持し、前記カム面と円筒面の間にローラを係合させる係合位置とローラの係合を解除する中立位置との間で前記入力軸に対して相対回転可能に設けられた第２保持器と、その第２保持器を前記中立位置に弾性保持する第２スイッチばねとからなる２ウェイローラクラッチを使用することができる。

この場合、前記変速アクチュエータとしては、前記第１保持器に対して回り止めされかつ前記第１入力ギヤの側面に接触する位置と離反する位置との間で軸方向に移動可能に設けられた第１摩擦板と、その第１摩擦板を前記第１入力ギヤの側面から離反する方向に付勢する第１離反ばねと、前記第２保持器に対して回り止めされかつ前記第２入力ギヤの側面に接触する位置と離反する位置との間で軸方向に移動可能に設けられた第２摩擦板と、その第２摩擦板を前記第２入力ギヤの側面から離反する方向に付勢する第２離反ばねと、前記第１摩擦板を押圧して前記第１入力ギヤの側面に接触させる第１シフト位置と前記第２摩擦板を押圧して前記第２入力ギヤの側面に接触させる第２シフト位置との間で軸方向に移動可能に設けられたシフトリングと、そのシフトリングを軸方向に移動させるシフト機構とからなるものを採用することができる。

この発明の車両用モータ駆動装置は、ロータの回転速度を検出する回転センサが、ステータの軸方向幅内に収まるように設けられているので、ステータと回転センサとが軸直角方向に重なる配置となり、その重なる分、車両用モータ駆動装置の軸方向長さを抑えられ、コンパクトである。

この発明に係る車両用モータ駆動装置を採用した電気自動車の概略図 この発明に係る車両用モータ駆動装置を採用したハイブリッド自動車の概略図 この発明に係る車両用モータ駆動装置の断面図 図３の電動モータ近傍の拡大断面図 図４の出力軸近傍の拡大断面図 図５のVI−VI線に沿った断面図 図５のVII−VII線に沿った断面図 図５のVIII−VIII線に沿った断面図 図５に示すシフトリングを軸方向に移動させるシフト機構を示す断面図 図５のシフトリング近傍の拡大断面図 図１０に示すシフトリングを１速シフト位置に移動させた状態を示す拡大断面図 電動モータの参考例を示す断面図

図１は、左右一対の前輪１をこの発明に係る車両用モータ駆動装置Ａで駆動される駆動輪とし、左右一対の後輪２を従動輪とした電気自動車ＥＶを示す。

図２は、左右一対の前輪１をエンジンＥによって駆動される主駆動輪とし、左右一対の後輪２をこの発明に係る車両用モータ駆動装置Ａで駆動される補助駆動輪としたハイブリッド自動車ＨＶを示す。ハイブリッド自動車ＨＶには、エンジンＥの回転を変速するトランスミッションＴと、トランスミッションＴから出力された回転を左右の前輪１に分配するディファレンシャルギヤＤとが設けられている。

この電気自動車ＥＶおよびハイブリッド自動車ＨＶに組み込まれたこの発明に係る車両用モータ駆動装置Ａを、以下、図３から図１０に基づいて説明する。

図３に示すように、車両用モータ駆動装置Ａは、電動モータ３と、電動モータ３から出力された回転を減速する減速機４と、その減速機４から出力された回転を図１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２に示すハイブリッド自動車ＨＶの左右一対の後輪２に分配するディファレンシャルギヤ５とからなる。

図４に示すように、電動モータ３は、環状のステータ６と、そのステータ６の内側に配置されたロータ７とからなる。ステータ６およびロータ７は、モータハウジング８に収容されている。

ステータ６は、ロータ７を囲むように周方向に等間隔に配置された複数のティース９をもつ環状のステータコア１０と、そのステータコア１０の前記各ティース９に巻回した電磁コイル１１と、ステータコア１０の減速機４側（図４の左側）の軸方向端面に沿って周方向に延びるコイルエンド１２とからなる。コイルエンド１２は、ステータコア１０の各ティース９に巻回された電磁コイル１１に電流を供給する複数の導線で構成されている。ステータコア１０としては、例えば、電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）を軸方向に積層して形成したものや、金属磁性粉末の圧粉体で形成したものを使用することができる。

モータハウジング８は、電動モータ３のステータ６を減速機４側から覆うフロントハウジング１３と、電動モータ３のステータ６を減速機４とは反対側から覆うリヤハウジング１４とからなる。リヤハウジング１４は、フロントハウジング１３に着脱可能に固定されている。ステータコア１０は図示しないボルトでリヤハウジング１４に固定されており、リヤハウジング１４をフロントハウジング１３から取り外したときに、そのリヤハウジング１４と一緒にステータコア１０も外れるようになっている。

ロータ７は、軸方向に間隔をおいて配置した第１軸受１５および第２軸受１６で回転可能に支持されるスピンドル１７と、スピンドル１７の外周に装着されたロータコア１８とからなる。第１軸受１５は、スピンドル１７を減速機４側で支持する転がり軸受であり、第２軸受１６は、スピンドル１７を減速機４とは反対側で支持する転がり軸受である。ロータコア１８はステータ６から回転力を受ける部分であり、例えば、環状の電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）を軸方向に積層して形成したものや、磁石挿入孔が形成された電磁鋼板を軸方向に積層し、その電磁鋼板の磁石挿入孔に永久磁石を埋め込んだものを使用することができる。

スピンドル１７は、中空筒状のロータコア装着部１９と、そのロータコア装着部１９の減速機４側の端部を閉塞する端板２０に連結された第１軸部２１とからなり、ロータコア装着部１９の減速機４とは反対側の端部が開口するように形成されている。第１軸受１５は第１軸部２１の外周に装着され、第２軸受１６はロータコア装着部１９の内周に装着されている。リヤハウジング１４には、第２軸受１６の内周に嵌合する第２軸部２２が設けられている。第２軸部２２は、軽量化を図るため中空軸とされている。

ステータ６の内側には、ロータ７の回転速度を検出する回転センサ２３が設けられている。回転センサ２３は、第１軸部２１と一体に回転するように第１軸部２１に取り付けられたレゾルバロータ２３Ａと、レゾルバロータ２３Ａの外周を囲む環状に形成されたレゾルバステータ２３Ｂとからなる。レゾルバステータ２３Ｂは、モータハウジング８に固定されている。ここで、回転センサ２３は、ステータ６の軸方向幅内に収まるように設けられ、ステータ６のコイルエンド１２と半径方向に重なるように配置されている。回転センサ２３は、電動モータ３の電源装置（図示せず）に接続されており、この回転センサ２３の出力信号に基づいて電動モータ３への供給電圧が制御される。

図３に示すように、減速機４は、電動モータ３のロータ７の回転が入力される入力軸３０と、入力軸３０と一体に回転するように入力軸３０上に設けられた１速入力ギヤ３１Ａおよび２速入力ギヤ３１Ｂと、入力軸３０に対して間隔をおいて平行に配置された出力軸３２と、出力軸３２に対して回転可能に出力軸３２上に設けられた１速出力ギヤ３３Ａおよび２速出力ギヤ３３Ｂとを有する。

入力軸３０は、電動モータ３のスピンドル１７と同軸上に直列に並ぶように配置され、軸方向に間隔をおいて配置された一対の転がり軸受３４，３５で回転可能に支持されている。そして、入力軸３０の軸端はスピンドル１７の第１軸部２１の軸端に接続されており、この接続によってスピンドル１７と入力軸３０が一体に回転するようになっている。この軸端同士の接続は、例えばスプライン嵌合によって行なうことができる。

図４に示すように、フロントハウジング１３は、ステータ６の外周を囲むように形成された外殻部３６と、その外殻部３６内をステータ６と減速機４の間で隔てる隔壁部３７と、スピンドル１７の第１軸部２１を囲むよう隔壁部３７に一体に形成された筒状のボス部３８とを有する。

ボス部３８の内周には、スピンドル１７の第１軸部２１を支持する第１軸受１５と、入力軸３０を支持する一対の転がり軸受３４，３５のうちの電動モータ３側の転がり軸受３５とが軸方向に間隔をおいて同軸上に組み付けられている。また、第１軸受１５と転がり軸受３５の間には、スピンドル１７の第１軸部２１の外周に摺接するオイルシール３９が組み付けられている。

隔壁部３７には、電動モータ３側に突出する凸部２４が形成されている。凸部２４は、スピンドル１７の第１軸部２１を囲む環状に形成されており、この凸部２４に回転センサ２３のレゾルバステータ２３Ｂが固定されている。

図３に示すように、出力軸３２は、軸方向に間隔をおいて配置された一対の転がり軸受４０，４１で回転可能に支持されている。出力軸３２を支持する一対の転がり軸受４０，４１のうち、電動モータ３側の転がり軸受４１はモータハウジング８に組み付けられ、電動モータ３とは反対側の転がり軸受４０は、減速機４を収容する減速機ハウジング４２に組み付けられている。入力軸３０を支持する一対の転がり軸受３４，３５のうち、電動モータ３とは反対側の転がり軸受３４も、減速機ハウジング４２に組み付けられている。モータハウジング８と減速機ハウジング４２は、突き合わせた状態で図示しないボルトによって締結されている。

図３に示すように、１速入力ギヤ３１Ａと２速入力ギヤ３１Ｂは軸方向に間隔をおいて配置され、入力軸３０と一体に回転するように入力軸３０に固定されている。１速出力ギヤ３３Ａと２速出力ギヤ３３Ｂも軸方向に間隔をおいて配置されている。

図５に示すように、１速出力ギヤ３３Ａは、出力軸３２が貫通する環状に形成され、転がり軸受４３Ａを介して出力軸３２で支持されており、出力軸３２を中心として出力軸３２に対して回転可能となっている。同様に、２速出力ギヤ３３Ｂも、転がり軸受４３Ｂを介して出力軸３２で回転可能に支持されている。

１速入力ギヤ３１Ａと１速出力ギヤ３３Ａは互いに噛合しており、その噛合によって１速入力ギヤ３１Ａと１速出力ギヤ３３Ａの間で回転が伝達するようになっている。２速入力ギヤ３１Ｂと２速出力ギヤ３３Ｂも噛合しており、その噛合によって２速入力ギヤ３１Ｂと２速出力ギヤ３３Ｂの間で回転が伝達するようになっている。２速入力ギヤ３１Ｂと２速出力ギヤ３３Ｂの減速比は、１速入力ギヤ３１Ａと１速出力ギヤ３３Ａの減速比よりも小さい。

１速出力ギヤ３３Ａと出力軸３２の間には、１速出力ギヤ３３Ａと出力軸３２の間でトルクの伝達と遮断の切換えを行なう１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａが組み込まれている。この１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａは、クラッチが係合した状態では、正逆のいずれの方向にトルクが入力されたときにもそのトルクを伝達し、クラッチの係合を解除した状態では、正逆のいずれの方向にトルクが入力されたときにも空転する。同様に、２速出力ギヤ３３Ｂと出力軸３２の間にも、２速出力ギヤ３３Ｂと出力軸３２の間でトルクの伝達と遮断の切換えを行なう２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂが組み込まれている。

１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａと２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂは、左右対称の同一構成なので、１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａを以下に説明し、２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂについては、１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａに対応する部分に同一の符号または末尾のアルファベットＡをＢに置き換えた符号を付して説明を省略する。

図５〜図７に示すように、１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａは、１速出力ギヤ３３Ａの内周に設けられた円筒面４５と、出力軸３２の外周に回り止めした環状の１速カム部材４６Ａに形成されたカム面４７と、カム面４７と円筒面４５の間に組み込まれたローラ４８と、ローラ４８を保持する１速保持器４９Ａと、１速スイッチばね５０Ａとからなる。カム面４７は、円筒面４５との間で周方向中央から周方向両端に向かって次第に狭くなるくさび形空間を形成するような面であり、例えば、図６に示すように円筒面４５と半径方向に対向する平坦面である。

図６に示すように、１速保持器４９Ａは、周方向に間隔をおいて複数のポケット５１を有する円筒状に形成され、その各ポケット５１にローラ４８が収容されている。また、１速保持器４９Ａは、カム面４７と円筒面４５の間にローラ４８を係合させる係合位置とローラ４８の係合を解除する中立位置との間で出力軸３２に対して相対回転可能となっている。

図７に示すように、１速スイッチばね５０Ａは、鋼線をＣ形に巻いたＣ形環状部５２と、Ｃ形環状部５２の両端からそれぞれ径方向外方に延出する一対の延出部５３，５３とからなる。Ｃ形環状部５２は、１速カム部材４６Ａの軸方向端面に形成された円形のスイッチばね収容凹部５４に嵌め込まれ、一対の延出部５３，５３は、１速カム部材４６Ａの軸方向端面に形成された径方向溝５５に挿入されている。

径方向溝５５は、スイッチばね収容凹部５４の内周縁から径方向外方に延びて１速カム部材４６Ａの外周に至るように形成されている。１速スイッチばね５０Ａの延出部５３は、径方向溝５５の径方向外端から突出しており、その延出部５３の径方向溝５５からの突出部分が、１速保持器４９Ａの軸方向端部に形成された切欠き５６に挿入されている。径方向溝５５と切欠き５６は同じ幅に形成されている。

延出部５３は、径方向溝５５の周方向で対向する内面と、切欠き５６の周方向で対向する内面にそれぞれ接触しており、その接触面に作用する周方向の力によって１速保持器４９Ａを中立位置に弾性保持している。

すなわち、１速保持器４９Ａを出力軸３２に対して相対回転させて、図７に示す中立位置から周方向に移動させると、径方向溝５５の位置と切欠き５６の位置が周方向にずれるので、一対の延出部５３，５３の間隔が狭まる方向にＣ形環状部５２が弾性変形し、その弾性復元力によって１速スイッチばね５０Ａの一対の延出部５３，５３が径方向溝５５の内面と切欠き５６の内面を押圧し、その押圧によって１速保持器４９Ａを中立位置に戻す方向の力が作用するようになっている。

１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａと２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂは、変速アクチュエータ５７により選択的に係合することができるようになっている。

図１０に示すように、変速アクチュエータ５７は、１速出力ギヤ３３Ａと２速出力ギヤ３３Ｂの間に軸方向に移動可能に設けられたシフトリング５８と、１速出力ギヤ３３Ａとシフトリング５８の間に組み込まれた１速摩擦板５９Ａと、２速出力ギヤ３３Ｂとシフトリング５８の間に組み込まれた２速摩擦板５９Ｂとを有する。

ここで、１速摩擦板５９Ａと２速摩擦板５９Ｂは、左右対称の同一構成となっているので、２速摩擦板５９Ｂを以下に説明し、１速摩擦板５９Ａについては、２速摩擦板５９Ｂに対応する部分に同一の符号または末尾のアルファベットＢをＡに置き換えた符号を付して説明を省略する。

２速摩擦板５９Ｂには、２速保持器４９Ｂの切欠き５６に係合する突片６０（図８参照）が設けられ、この突片６０と切欠き５６の係合によって、２速摩擦板５９Ｂが２速保持器４９Ｂに回り止めされている。２速保持器４９Ｂの切欠き５６は、２速摩擦板５９Ｂの突片６０を軸方向にスライド可能に収容しており、このスライドによって、２速摩擦板５９Ｂは、２速保持器４９Ｂに回り止めされた状態のまま、２速出力ギヤ３３Ｂの側面に接触する位置と離反する位置との間で、２速保持器４９Ｂに対して軸方向に移動可能となっている。

２速摩擦板５９Ｂの突片６０の先端に凹部６１が形成されている。一方、出力軸３２の外周に固定された間座６２には、凹部６１に係合する凸部６３が形成されている。そして、凹部６１と凸部６３は、２速摩擦板５９Ｂが２速出力ギヤ３３Ｂの側面から離反した位置にある状態では、凹部６１と凸部６３が係合することで、２速摩擦板５９Ｂを間座６２を介して出力軸３２に回り止めし、このとき、２速摩擦板５９Ｂに回り止めされた２速保持器４９Ｂが中立位置に保持されるようになっている。また、２速摩擦板５９Ｂが２速出力ギヤ３３Ｂの側面に接触する位置にある状態では、凹部６１と凸部６３の係合が解除することで、２速摩擦板５９Ｂの回り止めが解除されるようになっている。

２速摩擦板５９Ｂと２速カム部材４６Ｂの間には、軸方向に圧縮された状態で２速離反ばね６４Ｂが組み込まれており、この２速離反ばね６４Ｂの弾性復元力によって２速摩擦板５９Ｂが２速出力ギヤ３３Ｂの側面から離反する方向に付勢されている。

シフトリング５８は、１速摩擦板５９Ａを押圧して１速出力ギヤ３３Ａの側面に接触させる１速シフト位置と、２速摩擦板５９Ｂを押圧して２速出力ギヤ３３Ｂの側面に接触させる２速シフト位置との間で軸方向に移動可能に支持されている。また、シフトリング５８を１速シフト位置と２速シフト位置の間で軸方向に移動させるシフト機構６５が設けられている。

図８、図９に示すように、シフト機構６５は、シフトリング５８を転がり軸受６６を介して回転可能に支持するシフトスリーブ６７と、そのシフトスリーブ６７の外周に設けられた環状溝６８に係合する二股状のシフトフォーク６９と、シフトフォーク６９が固定されたシフトロッド７０と、シフトモータ７１と、シフトモータ７１の回転をシフトロッド７０の直線運動に変換する運動変換機構７２（送りねじ機構等）とからなる。

図９に示すように、シフトロッド７０は、出力軸３２に対して間隔をおいて平行に配置され、減速機ハウジング４２内に組み込まれた一対の滑り軸受７３で軸方向にスライド可能に支持されている。シフトリング５８とシフトスリーブ６７の間に組み込まれた転がり軸受６６は、シフトリング５８とシフトスリーブ６７のいずれに対しても軸方向に非可動となるように組み付けられている。

このシフト機構６５は、シフトモータ７１の回転が運動変換機構７２により直線運動に変換されてシフトフォーク６９に伝達し、そのシフトフォーク６９の直線運動が転がり軸受６６を介してシフトリング５８に伝達することにより、シフトリング５８を軸方向に移動させる。

図３に示すように、出力軸３２には、出力軸３２の回転をディファレンシャルギヤ５に伝達するディファレンシャル駆動ギヤ７４が固定されている。

ディファレンシャルギヤ５は、軸方向に間隔をおいて配置された一対の軸受７５，７５で回転可能に支持されたデフケース７６と、デフケース７６の回転中心と同軸にデフケース７６に固定され、ディファレンシャル駆動ギヤ７４に噛合するリングギヤ７７と、デフケース７６の回転中心と直角な方向にデフケース７６に固定されたピニオン軸７８と、ピニオン軸７８に回転可能に支持された一対のピニオン７９と、その一対のピニオン７９に噛合する左右一対のサイドギヤ８０とからなる。左側のサイドギヤ８０には、左側の車輪に接続されたアクスル８１の軸端部が接続され、右側のサイドギヤ８０には、右側の車輪に接続されたアクスル８１の軸端部が接続されている。出力軸３２が回転するとき、出力軸３２の回転はディファレンシャル駆動ギヤ７４を介してデフケース７６に伝達され、そのデフケース７６の回転がピニオン７９とサイドギヤ８０を介して左右の車輪に分配される。

以下に、車両用モータ駆動装置Ａの動作例を説明する。

まず、図１０に示すように、１速摩擦板５９Ａが１速出力ギヤ３３Ａの側面から離反し、かつ、２速摩擦板５９Ｂも２速出力ギヤ３３Ｂの側面から離反した状態では、１速保持器４９Ａは１速スイッチばね５０Ａのばね力により中立位置に保持され、２速保持器４９Ｂも２速スイッチばね５０Ｂのばね力により中立位置に保持されるので、１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａはローラ４８の係合が解除された状態となり、２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂもローラ４８の係合が解除された状態となる。

この状態では、図３に示す電動モータ３のモータ軸が回転し、入力軸３０が回転しても、１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａと２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂによって回転の伝達が遮断されるので、１速出力ギヤ３３Ａおよび２速出力ギヤ３３Ｂは空転し、入力軸３０の回転は出力軸３２に伝達されない。

次に、シフト機構６５を作動させて、図１０に示すシフトリング５８を１速出力ギヤ３３Ａに向けて移動させると、図１１に示すように、１速摩擦板５９Ａが１速出力ギヤ３３Ａの側面に接触し、その接触面間の摩擦力によって１速摩擦板５９Ａが出力軸３２に対して相対回転するので、１速摩擦板５９Ａに回り止めされた１速保持器４９Ａが中立位置から係合位置に移動し、１速保持器４９Ａに保持されたローラ４８が円筒面４５とカム面４７の間のくさび形空間の狭小部分に押し込まれ、１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａが係合した状態となる。

この状態では、１速出力ギヤ３３Ａの回転は、１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａを介して出力軸３２に伝達され、出力軸３２の回転が、ディファレンシャルギヤ５を介してアクスル８１に伝達される。その結果、図１に示す電気自動車ＥＶにおいては、駆動輪としての前輪１が回転駆動され、図２に示すハイブリッド自動車ＨＶにおいては補助駆動輪としての後輪２が回転駆動される。

次に、シフト機構６５の作動により、シフトリング５８を１速シフト位置から２速シフト位置に向かって軸方向移動させると、１速摩擦板５９Ａと１速出力ギヤ３３Ａの接触面間の摩擦力が小さくなるので、１速スイッチばね５０Ａのばね力により１速保持器４９Ａが係合位置から中立位置に移動し、この１速保持器４９Ａの移動によって１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａの係合が解除される。

シフトリング５８が２速シフト位置に到達すると、２速摩擦板５９Ｂがシフトリング５８で押圧されて２速出力ギヤ３３Ｂの側面に接触するので、その接触面間の摩擦力によって２速摩擦板５９Ｂが出力軸３２に対して相対回転し、２速摩擦板５９Ｂに回り止めされた２速保持器４９Ｂが中立位置から係合位置に移動し、この２速保持器４９Ｂの移動によって２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂが係合した状態となる。

この状態では、２速出力ギヤ３３Ｂの回転は、２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂを介して出力軸３２に伝達され、出力軸３２の回転がディファレンシャルギヤ５を介してアクスル８１に伝達される。

同様に、シフトリング５８を２速シフト位置から１速シフト位置に軸方向移動させることにより、２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂの係合を解除して、１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａを係合させることができる。

この車両用モータ駆動装置Ａを使用すると、車両の走行速度に応じて減速機４の減速比を切り換えることができるので、エネルギー効率の高い回転域で電動モータ３を使用することができ、その結果、小型の電動モータ３を採用して、車両用モータ駆動装置Ａを効果的に軽量化することが可能となる。

また、この車両用モータ駆動装置Ａは、ロータ７の回転速度を検出する回転センサ２３が、ステータ６の軸方向幅内に収まるように設けられているので、ステータ６と回転センサ２３とが軸直角方向に重なる配置となり、その重なる分、車両用モータ駆動装置Ａの軸方向長さを抑えられ、コンパクトである。

上記実施形態では、１速出力ギヤ３３Ａと２速出力ギヤ３３Ｂに１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａと２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂをそれぞれ組み込んだ減速機４を例に挙げて説明したが、１速出力ギヤと２速出力ギヤにかえて、１速入力ギヤと２速入力ギヤに１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａと２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂをそれぞれ組み込んだ構成の減速機４を採用することも可能である。

すなわち、減速機４として、電動モータ３の回転が入力される入力軸３０と、その入力軸３０に対して回転可能に入力軸３０上に設けられた１速入力ギヤ３１Ａおよび２速入力ギヤ３１Ｂと、１速入力ギヤ３１Ａと入力軸３０の間に組み込まれた１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａと、２速入力ギヤ３１Ｂと入力軸３０の間に組み込まれた２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂと、１速の２ウェイローラクラッチ４４Ａと２速の２ウェイローラクラッチ４４Ｂとを選択的に係合させる変速アクチュエータ５７と、入力軸３０に対して間隔をおいて平行に配置された出力軸３２と、その出力軸３２と一体に回転するように出力軸３２上に設けられ、１速入力ギヤ３１Ａおよび２速入力ギヤ３１Ｂにそれぞれ噛合する１速出力ギヤ３３Ａおよび２速出力ギヤ３３Ｂと、出力軸３２の回転をディファレンシャルギヤ５に伝達するディファレンシャル駆動ギヤ７４とからなるものを採用することができる。

３ 電動モータ
４ 減速機
５ ディファレンシャルギヤ
６ ステータ
７ ロータ
８ モータハウジング
９ ティース
１０ ステータコア
１１ 電磁コイル
１２ コイルエンド
１５ 第１軸受
１６ 第２軸受
１７ スピンドル
１８ ロータコア
２３ 回転センサ
３０ 入力軸
３１Ａ １速入力ギヤ
３１Ｂ ２速入力ギヤ
３２ 出力軸
３３Ａ １速出力ギヤ
３３Ｂ ２速出力ギヤ
４２ 減速機ハウジング
４４Ａ １速の２ウェイローラクラッチ
４４Ｂ ２速の２ウェイローラクラッチ
４５ 円筒面
４７ カム面
４８ ローラ
４９Ａ １速保持器
４９Ｂ ２速保持器
５０Ａ １速スイッチばね
５０Ｂ ２速スイッチばね
５７ 変速アクチュエータ
５８ シフトリング
５９Ａ １速摩擦板
５９Ｂ ２速摩擦板
６４Ａ １速離反ばね
６４Ｂ ２速離反ばね
６５ シフト機構
７４ ディファレンシャル駆動ギヤ
Ａ 車両用モータ駆動装置

Claims (11)

1. 環状のステータ（６）とそのステータ（６）の内側で回転するロータ（７）とからなる電動モータ（３）と、その電動モータ（３）から出力された回転を減速する減速機（４）と、その減速機（４）から出力された回転を左右の車輪に分配するディファレンシャルギヤ（５）とを有する車両用モータ駆動装置において、
   前記ロータ（７）の回転速度を検出する回転センサ（２３）を、前記ステータ（６）の内側にステータ（６）の軸方向幅内に収まるように設けたことを特徴とする車両用モータ駆動装置。
2. 前記電動モータ（３）のロータ（７）が、減速機（４）側の第１軸受（１５）と減速機（４）とは反対側の第２軸受（１６）とで回転可能に支持されたスピンドル（１７）と、そのスピンドル（１７）の外周に装着され、前記ステータ（６）から回転力を受けるロータコア（１８）とからなり、前記第１軸受（１５）と第２軸受（１６）の間に前記回転センサ（２３）が配置されている請求項１に記載の車両用モータ駆動装置。
3. 前記電動モータ（３）のステータ（６）が、前記ロータ（７）を囲むように周方向に等間隔に配置された複数のティース（９）をもつ環状のステータコア（１０）と、そのステータコア（１０）の前記各ティース（９）に巻回した電磁コイル（１１）と、その各電磁コイル（１１）に電流を供給する複数の導線で構成されたコイルエンド（１２）とからなり、そのコイルエンド（１２）と半径方向に重なるように前記回転センサ（２３）が配置されている請求項１または２に記載の車両用モータ駆動装置。
4. 前記コイルエンド（１２）を、前記ステータコア（１０）の減速機（４）側の軸方向端面に沿って周方向に延びるように配置した請求項３に記載の車両用モータ駆動装置。
5. 前記減速機（４）が切り換え可能な複数の減速比をもつ請求項１から４のいずれかに記載の車両用モータ駆動装置。
6. 前記減速機（４）が、
   前記電動モータ（３）の回転が入力される入力軸（３０）と、
   その入力軸（３０）と一体に回転するように入力軸（３０）上に設けられた第１入力ギヤ（３１Ａ）および第２入力ギヤ（３１Ｂ）と、
   前記入力軸（３０）に対して間隔をおいて平行に配置された出力軸（３２）と、
   その出力軸（３２）に対して回転可能に出力軸（３２）上に設けられ、前記第１入力ギヤ（３１Ａ）および第２入力ギヤ（３１Ｂ）にそれぞれ噛合する第１出力ギヤ（３３Ａ）および第２出力ギヤ（３３Ｂ）と、
   前記第１出力ギヤ（３３Ａ）と出力軸（３２）の間に組み込まれた第１クラッチ（４４Ａ）と、
   前記第２出力ギヤ（３３Ｂ）と出力軸（３２）の間に組み込まれた第２クラッチ（４４Ｂ）と、
   前記第１クラッチ（４４Ａ）と第２クラッチ（４４Ｂ）とを選択的に係合させる変速アクチュエータ（５７）と、
   前記出力軸（３２）の回転を前記ディファレンシャルギヤ（５）に伝達するディファレンシャル駆動ギヤ（７４）とからなる請求項１から５のいずれかに記載の車両用モータ駆動装置。
7. 前記第１クラッチ（４４Ａ）は、第１出力ギヤ（３３Ａ）の内周と出力軸（３２）の外周のうち一方に設けられた円筒面（４５）と、他方に設けられたカム面（４７）と、そのカム面（４７）と前記円筒面（４５）の間に組み込まれたローラ（４８）と、そのローラ（４８）を保持し、前記カム面（４７）と円筒面（４５）の間にローラ（４８）を係合させる係合位置とローラ（４８）の係合を解除する中立位置との間で出力軸（３２）に対して相対回転可能に設けられた第１保持器（４９Ａ）と、その第１保持器（４９Ａ）を前記中立位置に弾性保持する第１スイッチばね（５０Ａ）とからなり、
   前記第２クラッチ（４４Ｂ）は、第２出力ギヤ（３３Ｂ）の内周と出力軸（３２）の外周のうち一方に設けられた円筒面（４５）と、他方に設けられたカム面（４７）と、そのカム面（４７）と前記円筒面（４５）の間に組み込まれたローラ（４８）と、そのローラ（４８）を保持し、前記カム面（４７）と円筒面（４５）の間にローラ（４８）を係合させる係合位置とローラ（４８）の係合を解除する中立位置との間で前記出力軸（３２）に対して相対回転可能に設けられた第２保持器（４９Ｂ）と、その第２保持器（４９Ｂ）を前記中立位置に弾性保持する第２スイッチばね（５０Ｂ）とからなる請求項６に記載の車両用モータ駆動装置。
8. 前記変速アクチュエータ（５７）は、前記第１保持器（４９Ａ）に対して回り止めされかつ前記第１出力ギヤ（３３Ａ）の側面に接触する位置と離反する位置との間で軸方向に移動可能に設けられた第１摩擦板（５９Ａ）と、その第１摩擦板（５９Ａ）を前記第１出力ギヤ（３３Ａ）の側面から離反する方向に付勢する第１離反ばね（６４Ａ）と、前記第２保持器（４９Ｂ）に対して回り止めされかつ前記第２出力ギヤ（３３Ｂ）の側面に接触する位置と離反する位置との間で軸方向に移動可能に設けられた第２摩擦板（５９Ｂ）と、その第２摩擦板（５９Ｂ）を前記第２出力ギヤ（３３Ｂ）の側面から離反する方向に付勢する第２離反ばね（６４Ｂ）と、前記第１摩擦板（５９Ａ）を押圧して前記第１出力ギヤ（３３Ａ）の側面に接触させる第１シフト位置と前記第２摩擦板（５９Ｂ）を押圧して前記第２出力ギヤ（３３Ｂ）の側面に接触させる第２シフト位置との間で軸方向に移動可能に設けられたシフトリング（５８）と、そのシフトリング（５８）を軸方向に移動させるシフト機構（６５）とからなる請求項７に記載の車両用モータ駆動装置。
9. 前記減速機（４）が、前記電動モータ（３）の回転が入力される入力軸（３０）と、
   その入力軸（３０）に対して回転可能に入力軸（３０）上に設けられた第１入力ギヤ（３１Ａ）および第２入力ギヤ（３１Ｂ）と、
   前記第１入力ギヤ（３１Ａ）と入力軸（３０）の間に組み込まれた第１クラッチ（４４Ａ）と、
   前記第２入力ギヤ（３１Ｂ）と入力軸（３０）の間に組み込まれた第２クラッチ（４４Ｂ）と、
   前記第１クラッチ（４４Ａ）と第２クラッチ（４４Ｂ）とを選択的に係合させる変速アクチュエータ（５７）と、
   前記入力軸（３０）に対して間隔をおいて平行に配置された出力軸（３２）と、
   その出力軸（３２）と一体に回転するように出力軸（３２）上に設けられ、前記第１入力ギヤ（３１Ａ）および第２入力ギヤ（３１Ｂ）にそれぞれ噛合する第１出力ギヤ（３３Ａ）および第２出力ギヤ（３３Ｂ）と、
   前記出力軸（３２）の回転を前記ディファレンシャルギヤ（５）に伝達するディファレンシャル駆動ギヤ（７４）とからなる請求項１から５のいずれかに記載の車両用モータ駆動装置。
10. 前記第１クラッチ（４４Ａ）は、第１入力ギヤ（３１Ａ）の内周と入力軸（３０）の外周のうち一方に設けられた円筒面（４５）と、他方に設けられたカム面（４７）と、そのカム面（４７）と前記円筒面（４５）の間に組み込まれたローラ（４８）と、そのローラ（４８）を保持し、前記カム面（４７）と円筒面（４５）の間にローラ（４８）を係合させる係合位置とローラ（４８）の係合を解除する中立位置との間で入力軸（３０）に対して相対回転可能に設けられた第１保持器（４９Ａ）と、その第１保持器（４９Ａ）を前記中立位置に弾性保持する第１スイッチばね（５０Ａ）とからなり、
    前記第２クラッチ（４４Ｂ）は、第２入力ギヤ（３１Ｂ）の内周と入力軸（３０）の外周のうち一方に設けられた円筒面（４５）と、他方に設けられたカム面（４７）と、そのカム面（４７）と前記円筒面（４５）の間に組み込まれたローラ（４８）と、そのローラ（４８）を保持し、前記カム面（４７）と円筒面（４５）の間にローラ（４８）を係合させる係合位置とローラ（４８）の係合を解除する中立位置との間で前記入力軸（３０）に対して相対回転可能に設けられた第２保持器（４９Ｂ）と、その第２保持器（４９Ｂ）を前記中立位置に弾性保持する第２スイッチばね（５０Ｂ）とからなる請求項９に記載の車両用モータ駆動装置。
11. 前記変速アクチュエータ（５７）は、前記第１保持器（４９Ａ）に対して回り止めされかつ前記第１入力ギヤ（３１Ａ）の側面に接触する位置と離反する位置との間で軸方向に移動可能に設けられた第１摩擦板（５９Ａ）と、その第１摩擦板（５９Ａ）を前記第１入力ギヤ（３１Ａ）の側面から離反する方向に付勢する第１離反ばね（６４Ａ）と、前記第２保持器（４９Ｂ）に対して回り止めされかつ前記第２入力ギヤ（３１Ｂ）の側面に接触する位置と離反する位置との間で軸方向に移動可能に設けられた第２摩擦板（５９Ｂ）と、その第２摩擦板（５９Ｂ）を前記第２入力ギヤ（３１Ｂ）の側面から離反する方向に付勢する第２離反ばね（６４Ｂ）と、前記第１摩擦板（５９Ａ）を押圧して前記第１入力ギヤ（３１Ａ）の側面に接触させる第１シフト位置と前記第２摩擦板（５９Ｂ）を押圧して前記第２入力ギヤ（３１Ｂ）の側面に接触させる第２シフト位置との間で軸方向に移動可能に設けられたシフトリング（５８）と、そのシフトリング（５８）を軸方向に移動させるシフト機構（６５）とからなる請求項１０に記載の車両用モータ駆動装置。

Images