JP2017172737A - モータ駆動装置 - Google Patents

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賢之 巨海
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祥多 廣瀬
Shota Hirose
祥多 廣瀬
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威士 東條
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Abstract

【課題】 減速機構の回転軸方向の軸長を従来よりも短くするモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】 モータ駆動装置Ａのモータ駆動部１は、ロータ１４及び中空シャフト１５をＸ方向に回転させる駆動力が発生すると、第１ワンウェイクラッチ１８により、第１シャフト１６から駆動力が減速機構３へ伝達され、ドライブシャフト５３を正方向に回転させる駆動力が出力される。また、モータ駆動部１は、ロータ１４及び中空シャフト１５をＹ方向に回転させる駆動力が発生すると、第２ワンウェイクラッチ１９により、第２シャフト１７から駆動力が減速機構３へ伝達され、ドライブシャフト５３を正方向に回転させる駆動力が出力される構成とした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータを動力源としたモータ駆動部と、減速機構を備えたモータ駆動装置に関するものであり、特にモータ駆動部の構成に関するものである。
従来、動力源と減速機構を備えた駆動装置であって、動力源としてモータジェネレータを備え、減速機構として、ワンウェイクラッチと、第１ギア列と、ツーウェイクラッチと、第２ギア列とを備える駆動装置が知られている（特許文献１）。
この駆動装置はモータジェネレータを駆動源とし、モータジェネレータから減速機構内部に延在するモータ出力軸上に、ツーウェイクラッチ、第２ギア列、ワンウェイクラッチ、第１ギア列の順に並設、あるいは、ツーウェイクラッチを内部に備えた第２ギア列、ワンウェイクラッチを内部に備えた第１ギア列の順に並設される減速機構から駆動輪へと駆動力が出力される構成となっている。例えば、モータジェネレータが一方向に回転し駆動力を発生する場合は、ワンウェイクラッチを介し第１ギア列を経て、駆動輪を一方向に回転させる動力が出力される。また、モータジェネレータが一方向とは逆方向に回転し駆動力を発生する場合は、ツーウェイクラッチを介し第２ギア列を経て、駆動輪を一方向に回転させる駆動力が出力される構成となっている。
特開２０１２−１７２７９６号公報
しかしながら、従来の構成では、減速機構内部に延在するモータ出力軸上に、ツーウェイクラッチ、第２ギア列、ワンウェイクラッチ、第１ギア列の順に並設、あるいは、ツーウェイクラッチを内部に備えた第２ギア列、ワンウェイクラッチを内部に備えた第１ギア列の順に並設されるので、減速機構の回転軸方向の軸長が長くなってしまう。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、モータ駆動装置の減速機構の回転軸方向の軸長を従来よりも短縮したモータ駆動装置を提供する。
本発明のモータ駆動装置は、モータ駆動部と減速機構を備え、前記モータ駆動部はケースと、前記ケース内部に固定されるステータと、コイルへの通電により、前記ステータに対して回転自在なロータと、前記ケースに軸支され、前記ロータを支持して前記ロータと一体回転する中空のロータシャフトと、該ロータシャフトに挿通され、前記減速機構の第１ドライブギアに接続される中空の第１出力シャフトと、前記第1出力シャフトに挿通され、前記減速機構の第２ドライブギアに接続される第２出力シャフトと、前記ロータシャフトと前記第１出力シャフトとの間に配設され、一方向の動力のみを伝達可能な第１ワンウェイクラッチと、前記ロータシャフトと前記第２出力シャフトとの間に配設され、前記第１ワンウェイクラッチとは逆方向の動力のみを伝達可能な第２ワンウェイクラッチと、を備え、前記第１ワンウェイクラッチ及び前記第２ワンウェイクラッチは、前記ロータシャフト内部に配設される構成とした。
上記の構成によれば、一方向の動力のみを伝達する第１ワンウェイクラッチ及び第１ワンウェイクラッチとは逆方向の動力のみを伝達する第２ワンウェイクラッチが、ロータシャフト内部に配設される構成とすることで、減速機構の内部には、一方向の動力のみを伝達する第１ワンウェイクラッチ及び第１ワンウェイクラッチとは逆方向の動力のみを伝達する第２ワンウェイクラッチの配設が不要となるので、減速機構の回転軸方向の軸長が従来よりも短縮可能となる。
上記の構成において、前記第２出力シャフトは、前記第１出力シャフトに挿通され、かつ、前記第１出力シャフトを軸支し、前記第２ドライブギアに接続される構成とすれば、第１出力シャフトは、第２出力シャフトに軸支されることになるので第１出力シャフトの軸支部材が不要となる。
また、前記第２ドライブギアに接続される小径部と、小径部より径の大きい大径部とを備え、前記第１出力シャフトの中心軸に直交する平面と前記大径部の中心軸に直交する平面とが摺動部材を介して対向する構成とすれば、第１出力シャフトと第２出力シャフトとが摺動部材を介して相対回転することになり、第１出力シャフトと第２出力シャフトの間に発生する軸方向の摺動抵抗の低減が可能となる。
また、前記第１出力シャフトの中心軸に直交する平面及び前記第２出力シャフトの中心軸に直交する平面はフランジで形成されている構成とすれば、第１出力シャフトの中心軸に直交する平面と、第２出力シャフトの中心軸に直交する平面との間に配置される摺動部材の摺動面積が増大することになり、摺動部材が好適に摺動できると同時に、摺動面に作用する面圧を低減でき、第１出力シャフトと第２出力シャフトとの間に発生する軸方向の摺動抵抗のさらなる低減が可能となる。
また、前記第１ワンウェイクラッチ及び前記第２ワンウェイクラッチは、内径及び外径がそれぞれ同径であり、かつ、軸方向の長さが同一である構成とすれば、同一のワンウェイクラッチを互いに逆向きに配置すると、動力伝達方向が互いに逆方向となり、第１ワンウェイクラッチ及び第２ワンウェイクラッチを共通化でき、製造コストの削減が可能となる。
本発明のモータ駆動装置を車両に適用した場合の構成図である。 図１に示すモータ駆動装置の断面図である。
本発明の一実施形態として、モータを動力源としたモータ駆動装置Ａを車両へ適用した場合の構成を図１に示す。図１に示す構成は、ドライバー操作検出部６１と、モータ制御装置６２と、モータ駆動部１と減速機構３とディファレンシャル機構５を備えるモータ駆動装置Ａと、ドライブシャフト５３と駆動輪５４とを備えている。例えば、ドライバーによるアクセル操作やブレーキ操作等の運転操作が、センサやスイッチ等を用いたドライバー操作検出部６１で操作信号として検出される。ドライバー操作検出部６１で検出された信号は、モータ制御装置６２へ入力され、モータ制御装置６２ではモータ駆動部１を制御する制御信号が生成される。モータ制御装置６２からモータ駆動部１へ制御信号が出力されると、モータ駆動部１で発生した駆動力が、ディファレンシャル機構５を内部に備えた減速機構３を介し、ドライブシャフト５３を経て駆動輪５４へ伝達される。
本発明の詳細な構成について、図１に示すモータ駆動装置Ａの断面図である図２を参照しながら説明する。
最初に、モータ駆動部１の構成を説明する。コイル１２が巻回されるステータ１３はモータケース１１に固定される。ステータ１３の中心軸ＣＡに対して回転自在なロータ１４は、ロータシャフト１５の外径に圧入固定される。ロータ１４と一体回転するロータシャフト１５は、モータケース（ケース）１１のボス部の内側に固定されるベアリング２０ａ及び減速機構３の側面を覆う第１ケース３１のボス部内に固定されるベアリング４１ｄを介してＸまたはＹ方向へ回転可能に軸支される。第１出力シャフト１６は、中空円筒状を呈し、第１出力シャフト１６の一端は、径方向へ突出し、中心軸ＣＡに直交する平面を有する第１フランジ部１６ｆが形成される。第１出力シャフト１６は、ロータシャフト１５の中に同軸で挿通され、第１フランジ部１６ｆが設けられない他端が減速機構３の内部へと延在する。さらに、第１出力シャフト１６とロータシャフト１５との間に、一方向の動力のみを伝達可能である第１ワンウェイクラッチ１８が配設される。
第２出力シャフト１７は、大径部１７ａと、大径部１７ａより径が小さい小径部１７ｂと、径方向へ突出し、中心軸ＣＡに直交する平面を有する第２フランジ部１７ｆとが形成されている。大径部１７ａは、第１出力シャフト１６の外径と同径である。小径部１７ｂは、第１出力シャフト１６の内径よりも径が小さく、かつ、軸方向の長さは第１出力シャフト１６よりも長い。第２フランジ部１７ｆは第１出力シャフト１６の第１フランジ部１６ｆと同径である。大径部１７ａの第２フランジ部１７ｆが設けられない一方の端部には軸受部１７ｃが設けられ、小径部１７ｂの第２フランジ部１７ｆが設けられない他方の端部には軸受部１７ｄが設けられる。第２出力シャフト１７は、小径部１７ｂが第１出力シャフト１６に同軸で挿通されると同時に、第１出力シャフト１６を相対回転可能に軸支し、減速機構３の内部へと延在する。さらに、第２出力シャフト１７の大径部１７ｂとロータシャフト１５との間に、第１ワンウェイクラッチ１８とは逆方向の動力のみを伝達可能であり、第１ワンウェイクラッチ１８と内径及び外径をそれぞれ同径とし、かつ、軸方向の長さが同一である第２ワンウェイクラッチ１９が配設される。また、第２出力シャフト１７は、軸受部１７ｃにてモータケース１１に固定されるベアリング２１ｂにより軸支されると同時に、軸受部１７ｄにて減速機構３の第２ケース３２に固定されるベアリング４２ｅにより軸支されＸまたはＹ方向へ回転可能な構成となっている。
このとき、第１出力シャフト１６の第１フランジ部１６ｆと第２出力シャフト１７の第２フランジ部１７ｆとの間にベアリング２２ｃを介して対向させることにより、第１出力シャフト１６と第２出力シャフト１７とがベアリング２２ｃを介して相対回転することになるので、第１出力シャフト１６と第２出力シャフト１７との間の軸方向の摺動抵抗をベアリング２２ｃにより低減可能である。なお、第１フランジ部１６ｆと第２フランジ部１７ｆとがベアリング等の摺動部材を介して対向可能な構成であれば、第１フランジ部１６ｆが形成される第１出力シャフト１６上の位置及び第２フランジ部１７ｆが形成される第２出力シャフト１７上の位置は不問である。また、第１出力シャフト１６の中心軸ＣＡに直交する平面と第２出力シャフト１７の中心軸ＣＡに直交する平面とがベアリング等の摺動部材を介して対向するような構造であれば、第１フランジ部１６ｆ及び第２フランジ部１７ｆの一方は必ずしも必要ではない。例えば、第１フランジ部１６ｆと第２出力シャフト１７の大径部１７ａの中心軸ＣＡに直交する平面とがベアリング等の摺動部材を介して対向するような構造でも良い。あるいは、第１出力シャフト１６の中心軸ＣＡに直交する平面と第２フランジ部１７ｆとがベアリング等の摺動部材を介して対向するような構造でも良い。
さらに、減速機構３の第１ケース３１にモータ駆動部１へとつながる流路を設け、減速機構３からモータ駆動部１の内部へ潤滑油を流入させる。第２出力シャフト１７を中空とした構造において、減速機構３の第２ケース３２の内壁、あるいは、モータ駆動部１のモータケース１１の内壁と第２出力シャフト１７の中空開口部との間に設けられるオイルポンプまたは導流部材等により、第２シャフト１７の中空内部に供給される潤滑油を第２シャフト１７の小径部１７ｂの中空内部から径方向に穿設された油孔２３より、回転の遠心力を利用して第１出力シャフト１６と第２出力シャフト１７との摺動部に給油することで、第１出力シャフト１６と第２出力シャフト１７との間の径方向の摺動抵抗を低減可能である。また、第１出力シャフト１６と第２出力シャフト１７の小径部１７ｂの間にベアリングやカラー等の摺動部材を介在させることでも、前述のような径方向の摺動抵抗の低減が可能である。
モータ駆動部１の構成の補足として、モータ駆動部１内に従来から存在するロータ周辺及びロータシャフト周辺のデッドスペースを利用して、ロータシャフトを径方向に拡大し、ロータシャフト内部に第１ワンウェイクラッチ１８及び第２ワンウェイクラッチ１９を配設するので、本発明の実施により、モータ駆動部１が大型化することはない。
なお、第1ワンウェイクラッチ１８及び第２ワンウェイクラッチ１９は、公知の構造のワンウェイクラッチであれば良い。
また、図２においては、本発明の実施形態の一例として、ステータ１３にコイル１２を巻回する構造を採用した例が開示されているが、ロータにコイルを巻回する構造及びステータとロータの両方にコイルを巻回する構造のいずれであっても本発明の実施は可能である。
次に減速機構３の構成を説明する。モータ駆動部１から減速機構３の内部へ延在する第１出力シャフト１６上に一体回転可能に第１ドライブギア３３が配設される。同様にモータ駆動部１から減速機構３の内部へ延在する第２出力シャフト１７の小径部１７ｂ上に一体回転可能に第２ドライブギア３４が第１ドライブギア３３と軸方向に対向して配設される。第１ドライブギア３３は、第１ケース３１に固定されるベアリング４３ｆ及び第２ケース３２に固定されるベアリング４４ｇにより、中心軸ＣＡと平行に軸支されるアイドラシャフト３６と一体回転するアイドラギア３５を介し、第１ケース３１に固定されるベアリング４５ｈ及び第２ケース３２に固定されるベアリング４６ｉにより、中心軸ＣＡと平行に軸支されるカウンタシャフト３７と一体回転する第１ドリブンギア３８と噛み合う。一方、第２ドライブギア３４は、カウンタシャフト３７と一体回転する第２ドリブンギア３９と噛み合う。カウンタシャフト３７上に形成されたファイナルギア４０はリングギア５１と噛み合い、リングギア５１に並設されたディファレンシャルギア５２へ左右の車輪へとつながるドライブシャフト５３が接続される構成となっている。なお、第１ドライブギア３３とアイドラギア３５と第１ドリブンギア３８とで構成される第１ギア比と、第２ドライブギア３４と第２ドリブンギア３９とで構成される第２ギア比は互いに異なる。
次に、モータ駆動部１のロータ１４が図２に示されるＸ方向に駆動力を発生する場合を説明する。モータ駆動部１のロータ１４及びロータシャフト１５がＸ方向の駆動力を発生するようにコイル１２へ通電されると、第１ワンウェイクラッチ１８により、第１出力シャフト１６がＸ方向に回転して駆動力を伝達する。この時、ロータシャフト１５と第２出力シャフト１７とを接続する第２ワンウェイクラッチ１９は、Ｘ方向とは逆方向のＹ方向の駆動力のみを伝達可能なので、Ｘ方向の駆動力は第２出力シャフト１７へ伝達されない。第１出力シャフト１６をＸ方向に回転させる駆動力は、第１ドライブギア３３からアイドラギア３５、第１ドリブンギア３８、カウンタシャフト３７、ファイナルギア４０、リングギア５１、ディファレンシャルギア５２、ドライブシャフト５３の順に伝達され、ドライブシャフト５３は正方向の駆動力を出力し、左右の車輪を回転させる。なお、カウンタシャフト３７上の第２ドリブンギア３９から第２ドライブギア３４を介し第２出力シャフト１７へも駆動力が伝達され、第２出力シャフト１７はＹ方向に回転させられるが、ロータ１４及びロータシャフト１５はＸ方向に回転しているので、第２ワンウェイクラッチ１９は駆動力を伝達することなく第２出力シャフト１７は空転するのみである。
次に、モータ駆動部１のロータ１４が図２に示されるＹ方向に駆動力を発生する場合を説明する。モータ駆動部１のロータ１４及びロータシャフト１５がＹ方向に駆動力を発生するようにコイル１２へ通電されると、第２ワンウェイクラッチ１９により、第２出力シャフト１７がＹ方向に回転して駆動力を伝達する。この時、ロータシャフト１５と第１出力シャフト１６とを接続する第１ワンウェイクラッチ１８は、Ｘ方向の駆動力のみを伝達可能なので、Ｙ方向の駆動力は第１出力シャフト１６へ伝達されない。第２出力シャフト１７をＹ方向に回転させる駆動力は、第２ドライブギア３４から、第２ドリブンギア３９、カウンタシャフト３７、ファイナルギア４０、リングギア５１、ディファレンシャルギア５２、ドライブシャフト５３の順に伝達され、ドライブシャフト５３は正方向の駆動力を出力し、左右の車輪を回転させる。なお、カウンタシャフト３７上の第１ドリブンギア３８からアイドラギア３５、第１ドライブギア３３を介し、第１出力シャフト１６へも駆動力が伝達され、第１出力シャフト１６はＸ方向に回転させられるが、ロータ１４及びロータシャフト１５はＹ方向に回転しているので、第１ワンウェイクラッチ１８は駆動力を伝達することなく第１出力シャフト１６は空転するのみである。
つまり、本発明のモータ駆動装置Ａは、モータ駆動部１のコイル１２への通電により発生した駆動力を、コイル１２への通電方向により、減速機構３の第１ドライブギア３３とアイドラギア３５と第１ドリブンギア３８とで構成される第１ギア比、または、第２ドライブギア３４と第２ドリブンギア３９とで構成される第２ギア比を選択して、ドライブシャフト５３へ駆動力を出力する。
また、モータ駆動部１のロータシャフト１５を非磁性体とすることで、第１ワンウェイクラッチ１８及び第２ワンウェイクラッチ１９と第１出力シャフト１６及び第２出力シャフト１７の電磁誘導による発熱の防止が可能となる。
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明のモータ駆動装置の適用対象は車両に限定されない。本発明のモータ駆動装置は、モータを動力源として使用可能な種々の装置や機械に適用して良い。
Ａ モータ駆動装置
１ モータ駆動部
３ 減速機構
３３ 第１ドライブギア
３４ 第２ドライブギア
１１ モータケース（ケース）
１２ コイル
１３ ステータ
１４ ロータ
１５ ロータシャフト
１６ 第１出力シャフト
１６ｆ 第１フランジ部（平面）
１７ 第２出力シャフト
１７ａ 大径部
１７ｂ 小径部
１７ｃ 軸受部
１７ｄ 軸受部
１７ｆ 第２フランジ部（平面）
１８ 第１ワンウェイクラッチ
１９ 第２ワンウェイクラッチ
ＣＡ 中心軸

Claims (5)

  1. モータ駆動部と減速機構を備えたモータ駆動装置であって、
    前記モータ駆動部は、ケースと、
    該ケース内部に固定されるステータと、
    コイルへの通電により、前記ステータに対して回転自在なロータと、
    前記ケースに軸支され、前記ロータを支持して前記ロータと一体回転する中空のロータシャフトと、
    該ロータシャフトに挿通され、前記減速機構の第１ドライブギアにつながる第１出力シャフトと、
    前記第１出力シャフトに挿通され、前記減速機構の第２ドライブギアにつながる第２出力シャフトと、
    前記ロータシャフトと前記第１出力シャフトとの間に配設され、一方向の動力のみを伝達可能である第１ワンウェイクラッチと、
    前記ロータシャフトと前記第２出力シャフトとの間に配設され、前記第1ワンウェイクラッチとは逆方向の動力のみを伝達可能である第２ワンウェイクラッチと、
    を備え、
    前記第１ワンウェイクラッチ及び前記第２ワンウェイクラッチは、前記ロータシャフト内部に配設されるモータ駆動装置。
  2. 前記第２出力シャフトは、前記第１出力シャフトに挿通され、かつ、前記第１出力シャフトを軸支し前記第２ドライブギアに接続される請求項１に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記第２出力シャフトは、前記第２ドライブギアに接続される小径部と、
    大径部と、を備え、
    前記第１出力シャフトの中心軸に直交する平面と前記大径部の中心軸に直交する平面とが摺動部材を介して対向する請求項２に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記第１出力シャフトの中心軸に直交する平面及び前記第２出力シャフトの中心軸に直交する平面は、フランジで形成される請求項３に記載のモータ駆動装置。
  5. 前記第１ワンウェイクラッチ及び前記第２ワンウェイクラッチは、内径及び外径がそれぞれ同径であり、かつ、軸方向の長さが同一である請求項１乃至４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。


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