以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態(以下、実施形態という)により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、下記実施形態において、前述したものと同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は適宜省略することがある。
(実施形態)
図1は、実施形態の電動駆動装置の模式図である。図2は、実施形態の第1低速モードを示す模式図である。図3は、実施形態の第2低速モードを示す模式図である。図4は、実施形態の第3低速モードを示す模式図である。図5は、実施形態の第1高速モードを示す模式図である。図6は、実施形態の第2高速モードを示す模式図である。図7は、実施形態の第3高速モードにおいてクラッチが締結状態の場合を示す模式図である。図8は、実施形態の第3高速モードにおいてクラッチが分離状態の場合を示す模式図である。図9は、第1低速モード、第2低速モード、第3低速モード、第1高速モード、第2高速モード及び第3高速モードにおける、第1モータ、第2モータ、ブレーキ及びクラッチの状態を示す図である。
図1に示すように、実施形態の電動駆動装置10は、第1モータ11と、第2モータ12と、第1遊星歯車機構3と、第2遊星歯車機構4と、出力軸15と、減速機構101と、出力軸18と、動力伝達切替装置2と、制御装置19と、を備える。
第1モータ11及び第2モータ12は、例えば、車両のホイール100の内部又は周辺に配置される。第1モータ11及び第2モータ12は、ホイール100に取り付けられたケースに固定されている。ケースは、例えば、トランスミッションケース又はデフケースである。すなわち、第1モータ11及び第2モータ12は、インホイールモータである。第1モータ11は、第1遊星歯車機構3に接続されている。第2モータ12は、第2遊星歯車機構4に接続されている。以下の説明において、第1モータ11の軸方向に沿う方向は単に軸方向と記載される。軸方向に対して直交する方向は単に径方向と記載される。第1モータ11の回転軸を中心とする円周に沿う方向は、周方向と記載される。
図1に示すように、第1遊星歯車機構3は、第1サンギア31と、複数の第1ピニオンギア33と、第1リングギア35と、第1キャリア34と、を備える。第1サンギア31は、第1モータ11のシャフトに接続される。第1サンギア31は、第1サンギアシャフト30を含む。第1サンギアシャフト30は、別部材として第1サンギア31に固定されていてもよいし、第1サンギア31と一体に形成されていてもよい。第1サンギアシャフト30が第1モータ11のシャフトに接続される。第1ピニオンギア33は、第1サンギア31に対して径方向の外側に配置され、第1サンギア31に噛み合う。第1リングギア35は、第1ピニオンギア33に対して径方向の外側に配置され、第1ピニオンギア33に噛み合う。第1キャリア34は、第1ピニオンギア33に接続される。第1キャリア34は、複数の第1ピニオンギア33を、それぞれの第1ピニオンギア33が自転できるように支持する。第1キャリア34は、複数の第1ピニオンギア33を、第1サンギア31を中心に公転できるように支持する。第1キャリア34は、出力軸15に接続される。出力軸15は、ホイール100に接続される。
図1に示すように、第2遊星歯車機構4は、第2サンギア41と、複数の第2ピニオンギア43と、第2リングギア45と、第2キャリア44と、を備える。第2サンギア41は、第1リングギア35に接続されると共に第2モータ12のシャフトに接続される。第2サンギア41は、第2サンギアシャフト40を含む。第2サンギアシャフト40は、別部材として第2サンギア41に固定されていてもよいし、第2サンギア41と一体に形成されていてもよい。第2サンギアシャフト40が第2モータ12のシャフトに接続される。軸方向から見て、第2サンギアシャフト40の中心は第1サンギアシャフト30の中心に重なる。なお、図面においては、第2サンギアシャフト40が第1サンギアシャフト30に対して便宜上ずらされている。第2ピニオンギア43は、第2サンギア41に対して径方向の外側に配置され、第2サンギア41に噛み合う。第2リングギア45は、第2ピニオンギア43に対して径方向の外側に配置され、第2ピニオンギア43に噛み合う。第2リングギア45は、出力軸15に接続される。第2キャリア44は、第2ピニオンギア43に接続される。第2キャリア44は、複数の第2ピニオンギア43を、それぞれの第2ピニオンギア43が自転できるように支持する。第2キャリア44は、複数の第2ピニオンギア43を、第2サンギア41を中心に公転できるように支持する。第2キャリア44は、第1モータ11の回転軸と同じ回転軸を中心に回転する。
図1に示すように、減速機構101は、小ギア16と、大ギア17と、を備える。小ギア16は、出力軸15に接続される。大ギア17は、小ギア16に噛み合う。大ギア17の歯数は、小ギア16の歯数よりも多い。大ギア17は、出力軸18に接続される。出力軸18は、ホイール100に接続される。出力軸15と出力軸18とは、互いに異なる直線上に位置する。減速機構101によって、出力軸15に伝達されたトルクが増幅されて出力軸18から出力される。
動力伝達切替装置2は、ブレーキ6(連結装置の一例)と、クラッチ7と、アクチュエータ5と、ハウジング8と、を備える。ブレーキ6及びクラッチ7は、アクチュエータ5によって駆動する。ハウジング8は、例えば第1モータ11及び第2モータ12を支持するケース等に固定される。
ブレーキ6は、ハウジング8(第1部材の一例)と第2キャリア44(第2部材の一例)との間に配置される。ブレーキ6は、ハウジング8と第2キャリア44とを締結する締結状態、又はハウジング8と第2キャリア44とを分離する分離状態となる。締結状態においては、第2キャリア44の回転(公転)が規制される。分離状態においては、第2キャリア44の回転(公転)が許容される。
クラッチ7は、第2サンギア41と第2キャリア44との間に配置される。クラッチ7は、第2サンギア41と第2キャリア44とを締結する締結状態、又は第2サンギア41と第2キャリア44とを分離する分離状態となる。締結状態においては、第2サンギア41と第2キャリア44との間で動力が伝達される。分離状態においては、第2サンギア41及び第2キャリア44が互いに自由に回転し、第2サンギア41と第2キャリア44との間で動力が伝達されない。
制御装置19は、コンピュータであり、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入力インターフェース、及び出力インターフェースを含む。制御装置19は、例えば車両に搭載されたECU(Electronic Control Unit)である。制御装置19は、第1モータ11、第2モータ12、及びアクチュエータ5を制御する。
図9に示すように、電動駆動装置10は、駆動モードとして第1低速モード、第2低速モード、第3低速モード、第1高速モード、第2高速モード及び第3高速モードを備える。制御装置19は、車両に設けられた各種のセンサから得た情報に基づいて、第1低速モード、第2低速モード、第3低速モード、第1高速モード、第2高速モード及び第3高速モードを切り替える。
図9に示すように、第1低速モードにおいては、第1モータ11が駆動し、第2モータ12が駆動せず、ブレーキ6が締結状態となり、且つクラッチ7が分離状態となる。第2低速モードにおいては、第1モータ11が駆動せず、第2モータ12が駆動し、ブレーキ6が締結状態となり、且つクラッチ7が分離状態となる。第3低速モードにおいては、第1モータ11及び第2モータ12の両方が駆動し、ブレーキ6が締結状態となり、且つクラッチ7が分離状態となる。第1高速モードにおいては、第1モータ11が駆動し、第2モータ12が駆動せず、ブレーキ6が分離状態となる。また、第1高速モードにおいては、クラッチ7が締結状態となる。第2高速モードにおいては、第1モータ11が駆動せず、第2モータ12が駆動し、ブレーキ6が分離状態となる。また、第2高速モードにおいては、クラッチ7が締結状態となる。第3高速モードにおいては、第1モータ11及び第2モータ12の両方が駆動し、ブレーキ6が分離状態となる。また、第3高速モードにおいては、クラッチ7が締結状態又は分離状態(どちらでも可)となる。
図2に示すように、第1低速モードにおいては、第1モータ11からトルクTaが出力される。第2モータ12からはトルクが出力されない。第2モータ12のシャフトは空転する。トルクTaは、第1サンギア31に入力される。第1遊星歯車機構3においてトルクTaはトルクT1及びトルクT2に分配される。トルクT1は、第1キャリア34から出力軸15に伝達される。トルクT2は、第1リングギア35を介して第2サンギア41に伝達される。トルクT2は、第2ピニオンギア43及び第2リングギア45を介してトルクT3となる。トルクT3は、出力軸15に伝達される。トルクT3は、トルクT1と合流する。出力軸15に伝達されるトルクT4は、トルクT1及びトルクT3の和である。
第1遊星歯車機構3の減速比(第1減速比)をi1とする。第1サンギア31の歯数をZs1とする。第1リングギア35の歯数をZr1とする。この時、第1減速比(i1)は下記式(1)で表される。
i1=Zr1/Zs1 ・・・(1)
第2遊星歯車機構4の減速比(第2減速比)をi2とする。第2サンギア41の歯数をZs2とする。第2リングギア45の歯数をZr2とする。この時、第2減速比(i2)は下記式(2)で表される。
i2=Zr2/Zs2 ・・・(2)
第1低速モードにおける電動駆動装置10の減速比(全体減速比)をI1とする。第1低速モードにおける全体減速比は、出力軸15の回転数に対する第1モータ11の回転数の比を意味する。この時、全体減速比(I1)は下記式(3)で表される。例えば、第1減速比(i1)が2.5であり第2減速比(i2)が1.8である場合、全体減速比(I1)は8である。
I1=i1(1+i2)+1 ・・・(3)
出力軸15に出力されるトルクT4は、下記式(4)で表される。例えば第1減速比(i1)が2.5であり第2減速比(i2)が1.8である場合、トルクT4はトルクTaの8倍となる。
T4={i1(1+i2)+1}Ta ・・・(4)
図3に示すように、第2低速モードにおいては、第2モータ12からトルクTbが出力される。第1モータ11からはトルクが出力されない。第1モータ11のシャフトは空転する。トルクTbは、第2サンギア41に入力される。トルクTbは、第2ピニオンギア43及び第2リングギア45を介してトルクT5となる。トルクT5は、出力軸15に伝達される。トルクT5は、下記式(5)で表される。
T5=i2×Tb ・・・(5)
図4に示すように、第3低速モードにおいては、第1モータ11からトルクTaが出力され、且つ第2モータ12からトルクTbが出力される。トルクTaは、第1サンギア31に入力される。第1遊星歯車機構3においてトルクTaはトルクT1及びトルクT2に分配される。トルクT1は、第1キャリア34から出力軸15に伝達される。トルクT2は、第1リングギア35を介して第2サンギア41に伝達される。トルクT2は、トルクTbと合流してトルクT6となる。トルクT6は、第2ピニオンギア43及び第2リングギア45を介してトルクT7となる。トルクT7は、出力軸15に伝達される。トルクT7は、トルクT1と合流する。出力軸15に伝達されるトルクT8は、トルクT1及びトルクT7の和である。トルクT8は、下記式(6)で表される。
T8={i1(1+i2)+1}Ta+i2×Tb ・・・(6)
図5に示すように、第1高速モードにおいては、第1モータ11からトルクTaが出力される。第2モータ12からはトルクが出力されない。第2モータ12のシャフトは空転する。トルクTaは、第1サンギア31に入力される。第1高速モードにおいては、ブレーキ6は分離状態であり、第2キャリア44はハウジング8に固定されていない。これにより、第2遊星歯車機構4は、ハウジング8から反力を受けない。また、第1高速モードにおいては、クラッチ7は締結状態であり、第2サンギアシャフト40を介して、第1リングギア35、第2サンギア41及び第2キャリア44が一体化している。これにより、第1リングギア35、第2サンギア41及び第2キャリア44は一体となって回転し、第1遊星歯車機構3と第2遊星歯車機構4とが一体的に回転する状態となっている。
この状態では、第1サンギア31に入力されたトルクTaは、第1ピニオンギア33でトルクTa1及びトルクTa2に分配される。トルクTa1は第1キャリア34を介して出力軸15に伝達される。トルクTa2は、第1リングギア35と、第1リングギア35と一体的に回転する第2遊星歯車機構4とを介して、出力軸15に伝達される。トルクTa1及びトルクTa2は、出力軸15で合流してトルクTaとなる。このように、第1高速モードでは、第1モータ11から出力軸15にトルクTaが伝達される。第1高速モードにおいて、出力軸15の回転数は第1モータ11の回転数と一致する。
図6に示すように、第2高速モードにおいては、第2モータ12からトルクTbが出力される。第1モータ11からはトルクが出力されない。第1モータ11のシャフトは空転する。トルクTbは、第2サンギア41に入力される。第2高速モードにおいては、ブレーキ6は分離状態であり、第2キャリア44はハウジング8に固定されていない。これにより、第2遊星歯車機構4は、ハウジング8から反力を受けない。また、第2高速モードにおいては、クラッチ7は締結状態であり、第2サンギアシャフト40を介して、第1リングギア35、第2サンギア41及び第2キャリア44が一体化している。これにより、第1リングギア35、第2サンギア41及び第2キャリア44は一体となって回転し、第1遊星歯車機構3と第2遊星歯車機構4とが一体的に回転する状態となっている。
この状態では、第2サンギア41に入力されたトルクTbは、第2サンギアシャフト40でトルクTb1及びトルクTb2に分配される。トルクTb1は、第1リングギア35と一体的に回転する第2遊星歯車機構4を介して出力軸15に伝達される。トルクTb2は、第1リングギア35、第1キャリア34を介して出力軸15に伝達される。トルクTb1及びトルクTb2は、出力軸15で合流してトルクTbとなる。このように、第2高速モードでは、第2モータ12から出力軸15にトルクTbが伝達される。第2高速モードにおいて、出力軸15の回転数は第2モータ12の回転数と一致する。
図7に示すように、第3高速モードにおいては、第1モータ11からトルクTaが出力され、且つ第2モータ12からトルクTbが出力される。上記したように、第3高速モードにおいては、ブレーキ6は分離状態であり、クラッチ7は締結状態又は分離状態(どちらでも可)である。
図7に示すように、第3高速モードにおいてクラッチ7が締結状態の場合、第2サンギアシャフト40を介して、第1リングギア35、第2サンギア41及び第2キャリア44が一体化している。これにより、第1リングギア35、第2サンギア41及び第2キャリア44は一体となって回転し、第1遊星歯車機構3と第2遊星歯車機構4とが一体的に回転する状態となっている。この状態では、第1モータ11から出力されたトルクTaは、第1ピニオンギア33でトルクTa1及びトルクTa2に分配される。トルクTa1は、第1キャリア34を介して出力軸15に伝達される。トルクTa2は、第1リングギア35と、第1リングギア35と一体的に回転する第2遊星歯車機構4を介して、出力軸15に伝達される。第2モータ12から出力されたトルクTbは、第2サンギア41でトルクTb1及びトルクTb2に分配される。トルクTb1は、第1リングギア35と一体的に回転する第2遊星歯車機構4を介して出力軸15に伝達される。トルクTb2は、第1リングギア35、第1キャリア34を介して出力軸15に伝達される。トルクTa1、トルクTa2、トルクTb1及びトルクTb2は、出力軸15で合流してトルクT9となり、出力軸15に伝達される。
一方、図8に示すように、第3高速モードにおいてクラッチ7が分離状態の場合、第2サンギアシャフト40と第2キャリア44は一体化しておらず、第2キャリア44はハウジング8から反力も受けない。これにより、第2遊星歯車機構4は動力を伝達しない。このため、第2モータ12から出力されたトルクTbは、第1リングギア35には伝達されるが、第2リングギア45には伝達されない。第1モータ11から出力されたトルクTaも、第1キャリア34には伝達されるが、第2リングギア45には伝達されない。第1モータ11から出力されたトルクTaと、第2モータ12から出力されたトルクTbは、第1ピニオンギア33で合流してトルクT9となり、出力軸15に伝達される。
このように、第3高速モードにおいて、クラッチ7が締結状態、分離状態のいずれの場合も、トルクTa及びトルクTbは合流してトルクT9となる。トルクT9は、下記式(7)で表される。第3高速モードにおいては、第1モータ11の回転数に対する第2モータ12の回転数の比は一定である。第3高速モードにおいて、出力軸15の回転数は、第1モータ11の回転数に対する第2モータ12の回転数の比に依存する。
T9=Ta1+Ta2+Tb1+Tb2=Ta+Tb ・・・(7)
図10は、第1低速モード、第2低速モード及び第3低速モードにおけるモータ回転数と出力トルクとの関係を示すグラフである。図11は、モータ回転数と出力トルクとの関係において効率が高くなる領域を示すグラフである。出力トルクは、出力軸15に出力されるトルクを意味する。図11は、一般的なモータにおけるモータ回転数と出力トルクとの関係を示す。
図10に示すように、第1低速モード、第2低速モード及び第3低速モードにおけるモータ回転数と出力トルクとの関係は互いに異なる。図11の破線で示す領域Rは、モータの効率が高くなりやすい領域である。実施形態の電動駆動装置10においては、駆動モードを第1低速モード、第2低速モード、第3低速モード、第1高速モード、第2高速モード及び第3高速モードに切り替えられるので、図11の領域Rに相当する領域が比較的多くなる。このため、電動駆動装置10によれば効率が向上しやすい。
図9に示すように、電動駆動装置10は、パーキングモードを備える。パーキングモードでは、第1モータ11及び第2モータ12がそれぞれ停止する。また、ブレーキ6が締結状態となり、且つクラッチ7が締結状態となる。これにより、第1遊星歯車機構3及び第2遊星歯車機構4は、ハウジング8に締結されて回転不可となる。このため、電動駆動装置10は、出力軸15の回転をロックすることが可能である。
上述の特許文献1、2に開示されたインホイールモータは、2つのモータと複数の遊星歯車機構とを組み合わせ、減速比の大きい低速モードと、減速比の小さい高速モードとの切替が可能となっている。上述の特許文献1、2に開示されたインホイールモータでは、遊星歯車機構の1つの要素と固定部材とが締結されていない状態で、高速モードとなる。この状態で1つのモータだけが駆動しても、遊星歯車機構は反力を受けることができない。このため、上述の特許文献1、2に開示されたインホイールモータは、高速モードでは2つのモータを駆動する必要がある。
これに対して、実施形態の電動駆動装置10では、クラッチ7が第2サンギア41と第2キャリア44とを締結することで、ブレーキ6が分離状態の場合でも、1つのモータでの運転を可能としている。電動駆動装置10は、高速走行時において必要な走行パワーが小さいときは、第1モータ11及び第2モータ12の一方のみを駆動して、車両を走行させることができる。このように、電動駆動装置10は、高速走行時においても、運転状態に合わせて最適なモータ数を選択することができるため、効率を向上させることができる。
図12は、実施形態のブレーキの斜視図である。図13は、実施形態のブレーキの斜視図である。図14は、実施形態のブレーキの分解斜視図である。図15は、実施形態のブレーキの断面図である。図16は、図15の拡大図である。図17は、実施形態のハウジングの斜視図である。図18は、実施形態の回転部材の斜視図である。図19は、実施形態の駆動部材の斜視図である。図20は、実施形態の駆動部材の側面図である。図21は、実施形態のシリンダの斜視図である。図22は、締結状態における実施形態のブレーキの断面図である。図23は、図22の拡大図である。図24は、駆動部材の回転角度に対する第1弾性部材及び第2弾性部材の弾性力の推移を示すグラフである。
図12に示すように、アクチュエータ5は、モータ51と、シャフト52と、ギア53と、を備える。ギア53は、シャフト52に固定されており、モータ51によってシャフト52と共に回転する。
図17に示すように、ハウジング8は、環状の部材である。ハウジング8は、外周面に設けられる外歯81と、内周面に設けられる内歯82と、切欠き85と、を備える。複数の外歯81は、周方向に等間隔に配置される。外歯81は、ハウジング8を支持する部材(例えば、第1モータ11及び第2モータ12を支持するケース)に設けられる歯と噛み合う。これにより、ハウジング8の回転が規制される。複数の内歯82は、周方向に等間隔に配置される。切欠き85には、図12に示すアクチュエータ5のギア53が配置される。
図15に示すように、ブレーキ6(連結装置の一例)は、回転部材60と、ピン62と、駆動部材61と、可動部材63と、保持部材66と、第1ストッパー64と、第2ストッパー65と、第1弾性部材67と、第2弾性部材68と、を備える。
図13に示すように、回転部材60は、環状の部材である。回転部材60は、ハウジング8の内側に配置される。回転部材60は、図15に示す回転軸Zを中心に回転する。回転軸Zは、第2キャリア44の回転軸(第1モータ11の回転軸)と平行である。図18に示すように、回転部材60は、本体部601と、ギア602と、を備える。本体部601には、ピン62が取り付けられる。
ギア602は、外歯歯車であって、本体部601の外周に配置される。ギア602は、ピン62に重なるように配置される。径方向から見て、ギア602の少なくとも一部が、ピン62に重なる。これにより、ピン62が抜け止めされる。例えば、本体部601にピン62が挿入された後、ギア602が本体部601に圧入される。ピン62は、本体部601の内周面から突出する。
ギア602は、図17に示すハウジング8の切欠き85に重なるように配置される。径方向から見て、ギア602は、ハウジング8から露出している。ギア602は、図12に示すアクチュエータ5のギア53と噛み合う。ギア53が回転すると、ギア602が回転する。
図13に示すように、駆動部材61は、環状の部材である。図15に示すように、駆動部材61は、軸方向において可動部材63の隣りに配置される。図19に示すように、駆動部材61は、本体部611と、歯612と、カム溝615と、を備える。本体部611は、回転部材60の内側に配置される。本体部611の少なくとも一部は、回転部材60の内周面に面する。歯612は、本体部611の外周に配置される。複数の歯612は、周方向に等間隔に配置される。歯612は、ハウジング8の内歯82と噛み合う。このため、駆動部材61は、ハウジング8に対して相対的に回転しない。一方、駆動部材61は、ハウジング8に対して軸方向に移動できる。
図19に示すように、カム溝615は、本体部611に設けられる。カム溝615は、本体部611を径方向に貫通する穴である。カム溝615は、長穴である。図20に示すように、カム溝615は、周方向における一端618aが他端618bに対して軸方向でずれている傾斜部618を備える。図20に示すように、径方向から見て、一端618aと他端618bとを通る直線(傾斜部618の長手方向に沿う直線)が回転軸Zに対してなす角度は、90°未満である。本実施形態においては、カム溝615は、傾斜部618のみで構成される。カム溝615は、周方向における両端が軸方向でずれていない部分を含んでいてもよい。
ピン62は、カム溝615に嵌まる。ピン62は、回転部材60に保持されているので、回転部材60の共に移動する。ピン62は、カム溝615に対して相対的に移動する。ピン62が傾斜部618の中を移動すると、傾斜部618の内壁がピン62から受ける反力によって、駆動部材61が軸方向に移動する。
図15に示すように、可動部材63は、ハウジング8の内側に配置される。図16に示すように、可動部材63は、シリンダ631と、プランジャ632と、第3ストッパー633と、を備える。
図16に示すように、シリンダ631は、本体部631aと、第1歯631bと、第2歯631cと、を備える。本体部631aは、略円筒状の部材である。本体部631aの少なくとも一部は、ハウジング8の内側に配置される。第1歯631bは、本体部631aの軸方向の先端に配置される。複数の第1歯631bは、周方向に等間隔に配置される。第1歯631bは、第2キャリア44の凹部441に面する。可動部材63が軸方向に移動すると、第1歯631bは、凹部441に嵌まる。第1歯631bは、先端に向かって細くなっている。第1歯631bの幅(周方向の長さ)が、先端に向かって小さくなっている。すなわち、第1歯631bの側面は、根元に対して先端の方が隣りの第1歯631bから遠くなるように傾斜したテーパー面である。
図16に示すように、第2歯631cは、本体部631aの外周に配置される。図21に示すように、複数の第2歯631cは、周方向に等間隔に配置される。第2歯631cは、図17に示すハウジング8の内歯82と噛み合う。このため、シリンダ631は、ハウジング8に対して相対的に回転しない。一方、シリンダ631は、ハウジング8に対して軸方向に移動できる。
図16に示すように、プランジャ632は、シリンダ631の内部に配置される。プランジャ632は、環状の部材である。プランジャ632は、シリンダ631の本体部631aの内周面に沿っている。プランジャ632は、軸方向に移動できる。プランジャ632は、可動部材63の軸方向の端部に接する。
図16に示すように、第3ストッパー633は、シリンダ631の内周面に取り付けられる。第3ストッパー633は、例えば止め輪である。第3ストッパー633は、プランジャ632に接する。第3ストッパー633は、プランジャ632の、駆動部材61に近付く方向の移動を規制する。
保持部材66は、第1弾性部材67を保持する部材である。保持部材66は、本体部661と、底面部662と、フランジ部663と、を備える。本体部661は、シリンダ631に沿う円筒状である。底面部662は、本体部661の一端から径方向の内側に向かって延びる。フランジ部663は、本体部661の他端から径方向の外側に向かって延びる。
図16に示すように、第1ストッパー64は、ハウジング8の内周面に取り付けられる。第1ストッパー64は、例えば止め輪である。第1ストッパー64は、回転部材60に接する。軸方向において、第1ストッパー64、回転部材60のギア602、駆動部材61の歯612の順に配置される。第1ストッパー64は、回転部材60の、可動部材63から遠ざかる方向の移動を規制する。
図16に示すように、第2ストッパー65は、ハウジング8の内周面に取り付けられる。第2ストッパー65は、例えば止め輪である。第2ストッパー65は、保持部材66に接する。軸方向において、第2ストッパー65、保持部材66のフランジ部663、シリンダ631の第2歯631cの順に配置される。第2ストッパー65は、保持部材66の、駆動部材61から遠ざかる方向の移動を規制する。
第1弾性部材67は、可動部材63を駆動部材61に押し付けるための部材である。第1弾性部材67は、可動部材63に、駆動部材61に向かう力を加える。第1弾性部材67は、例えばコイルバネである。第1弾性部材67の一端は、シリンダ631に接する。第1弾性部材67の他端は、保持部材66の底面部662に接する。シリンダ631は、第1弾性部材67を貫通する。第1弾性部材67は、軸方向に伸縮する。
第2弾性部材68は、可動部材63を第2キャリア44に押し付けるための部材である。第2弾性部材68は、シリンダ631の内部に配置される。第2弾性部材68は、例えばコイルバネである。第2弾性部材68の一端は、プランジャ632に接する。第2弾性部材68の他端は、シリンダ631に接する。第2弾性部材68は、軸方向に伸縮する。第2弾性部材68の伸縮方向は、第1弾性部材67の伸縮方向と同じである。例えば、第2弾性部材68のばね定数は、第1弾性部材67のばね定数よりも大きい。
図15に示すように、ピン62が傾斜部618(カム溝615)の一端618aにある時、シリンダ631の第1歯631bは、第2キャリア44の凹部441に嵌まっていない。このため、図15に示す状態において、第2キャリア44は、ハウジング8に対して自由に回転できる。すなわち、ブレーキ6は分離状態である。
図24の横軸は、駆動部材61の移動距離である。図24においては、図15に示す状態における駆動部材61の移動距離を0とする。図24に示すように、図15の状態において、第1弾性部材67及び第2弾性部材68には弾性力が生じている。すなわち、第1弾性部材67及び第2弾性部材68には予圧が与えられている。図15に示す状態における第1弾性部材67の弾性力F1は、プランジャ632が駆動部材61から受ける反力と等しい。図15に示す状態における第2弾性部材68の弾性力F3は、弾性力F1よりも大きい。第2弾性部材68の一端がシリンダ631に接し且つ第2弾性部材68の他端が第3ストッパー633に接するので、弾性力F3は、シリンダ631で相殺される。このため、図15に示す状態において、第2弾性部材68の弾性力は、第1弾性部材67の動作に影響を及ぼさない。第1弾性部材67の弾性力だけ調節すれば、プランジャ632が駆動部材61から受ける反力を設定できる。したがって、プランジャ632が駆動部材61から受ける反力の設定が容易である。
図15に示す状態から回転部材60が回転すると、ピン62が傾斜部618の中を移動する。これにより、駆動部材61が軸方向に移動する。駆動部材61は、プランジャ632を押す。プランジャ632に加わった力は、第2弾性部材68を介して、シリンダ631に伝達される。第2弾性部材68の弾性力が第1弾性部材67の弾性力よりも大きいので、第2弾性部材68よりも前に第1弾性部材67が縮む。第1弾性部材67が縮みながら、シリンダ631が、軸方向に移動する。そして、シリンダ631の第1歯631bが、第2キャリア44の凹部441の底面に接する。これにより、シリンダ631が軸方向へ移動できなくなる。シリンダ631が凹部441に嵌まることによって、第2キャリア44がハウジング8に締結される。これにより、第2キャリア44の回転が規制される。すなわち、ブレーキ6が締結状態となる。
シリンダ631の第1歯631bが第2キャリア44の凹部441の底面に接した時、ピン62は、傾斜部618の途中にある。シリンダ631の第1歯631bが第2キャリア44の凹部441の底面に接した後、駆動部材61がさらに移動すると、プランジャ632は、軸方向に向かってさらに押される。プランジャ632が、シリンダ631に対して相対的に移動し、第2弾性部材68を押す。このため、第2弾性部材68が縮む。その結果、第2弾性部材68の弾性力によってシリンダ631の第1歯631bが第2キャリア44の凹部441の底面に押し付けられる。シリンダ631の第1歯631bと第2キャリア44の凹部441との間のバックラッシュが低減されるので、振動が抑制される。駆動部材61がさらに移動すると、図22に示すように、ピン62が傾斜部618の他端618bに位置する。図22及び図23に示す状態において、プランジャ632と第3ストッパー633との間には、隙間が生じている。
図24において、シリンダ631の第1歯631bが第2キャリア44の凹部441の底面に接した時の駆動部材61の移動距離がA1である。ピン62が傾斜部618の他端618bに位置する時の駆動部材61の移動距離がA2である。
図22に示す状態において、第1弾性部材67及び第2弾性部材68が圧縮されている。第1弾性部材67の弾性力F2(図24参照)によって、シリンダ631が駆動部材61に向かって押される。第2弾性部材68の弾性力F4(図24参照)によって、シリンダ631が第2キャリア44に向かって押される。図22の状態から駆動部材61が第2キャリア44から遠ざかる方向に移動すると、まず第2弾性部材68の弾性力によって、プランジャ632が第3ストッパー633に接する。その後、第1弾性部材67の弾性力によってシリンダ631が軸方向に移動し第2キャリア44の凹部441から離脱する。上述したように第1歯631bは、先端に向かって細くなっている。これにより、第1歯631bが凹部441の内壁に押し付けられた場合に、凹部441の内壁から軸方向(第1歯631bが凹部441から抜ける方向)の反力を受ける。このため、シリンダ631が凹部441から離脱しやすくなっている。
図22に示すように、シリンダ631が第2キャリア44から離れた状態における第2弾性部材68の弾性力F3は、シリンダ631が第2キャリア44に接した状態における第1弾性部材67の弾性力F2よりも大きい。すなわち、第2弾性部材68の弾性力の最小値は、第1弾性部材67の弾性力の最大値よりも大きい。
なお、ブレーキ6は、連結装置の一例に過ぎない。ハウジング8は、第1部材の一例に過ぎない。第2キャリア44は、第2部材の一例に過ぎない。例えば、連結装置は、ハウジング8と第2遊星歯車機構4のその他の構成とを締結してもよいし、ハウジング8と第1遊星歯車機構3のその他の構成とを締結してもよい。クラッチ7は、上述したブレーキ6の構造と同じ構造を備えていてもよい。クラッチ7も、連結装置の一例である。また、連結装置は、必ずしも電動駆動装置10に用いられなくてもよい。連結装置は、第1部材と第2部材とを締結及び分離できる装置に広く適用できる。
駆動部材61は、必ずしも回転部材60及びピン62によって移動しなくてもよい。駆動部材61を移動させる方法は、上述した方法に限定されない。例えば、駆動部材61は、直動機構等によって軸方向に移動させられてもよい。また、ピン62の数は、必ずしも3つでなくてもよく、4つ以上であってもよいし、2つ以下であってもよい。また、シリンダ631の第1歯631bが第2キャリア44の凹部441に嵌まる時、第1歯631bは、凹部441の底面ではなく凹部441の側面に接してもよい。
以上で説明したように、連結装置(ブレーキ6)は、第1部材(ハウジング8)と、第1部材に対して回転する第2部材(第2キャリア44)と、第2部材(第2キャリア44)の回転軸Zと平行な軸方向にスライドできるように第1部材に支持される可動部材63と、軸方向において可動部材63の隣りに配置される駆動部材61と、可動部材63を駆動部材61に押し付けるための第1弾性部材67と、可動部材63を第2部材(第2キャリア44)に押し付けるための第2弾性部材68と、を備える。
電気自動車又はハイブリッド電気自動車においては、多板クラッチに代わり、高圧油圧を用いないブレーキ及びクラッチが求められる。噛み合い式のブレーキ及びクラッチを用いる場合、湿式多板クラッチと比較して、油圧を用いないため装置を簡略化でき且つ分離状態におけるドラッグトルクが低減できる。しかしながら、噛み合い式のブレーキ及びクラッチにおいては、締結状態においてバックラッシュが存在する。このため、電動駆動装置10の駆動と回生との切り替え時(トルクの方向が反転する時)等に振動が生じる可能性がある。
これに対して、本実施形態の連結装置(ブレーキ6)においては、第2弾性部材68によって可動部材63と第2部材(第2キャリア44)との間のバックラッシュが低減される。しがたって、連結装置(ブレーキ6)は、振動を抑制できる。また、駆動部材61が可動部材63から離れる方向に移動すると、第1弾性部材67によって可動部材63が第2部材(第2キャリア44)から自動的に離脱する。
さらに、連結装置(ブレーキ6)によれば、駆動部材61及び可動部材63に対する径方向の内側の空間が広くなりやすい。例えば、径方向における内側の空間に、上述した第1遊星歯車機構3又は第2遊星歯車機構4の構成部材を配置することができる。このため、連結装置(ブレーキ6)は、電動駆動装置10の軸方向の長さを小さくできる。
本実施形態の連結装置(ブレーキ6)において、第2弾性部材68の伸縮方向は、第1弾性部材67の伸縮方向と平行である。これにより、第1弾性部材67の弾性力及び第2弾性部材68の弾性力の設定が容易である。
本実施形態の連結装置(ブレーキ6)において、可動部材63が第2部材(第2キャリア44)から離れた状態で、第2弾性部材68には弾性力が生じている。これにより、第2弾性部材68のガタツキが抑制される。
本実施形態の連結装置(ブレーキ6)において、可動部材63が第2部材(第2キャリア44)から離れた状態における第2弾性部材68の弾性力F3は、可動部材63が第2部材(第2キャリア44)に接した状態における第1弾性部材67の弾性力F2よりも大きい。
これにより、駆動部材61が可動部材63を押すと、第2弾性部材68よりも前に第1弾性部材67が縮む。可動部材63が第2部材(第2キャリア44)に接した後、第2弾性部材68が縮む。このため、第2弾性部材68が可動部材63を第2部材(第2キャリア44)に押し付ける力の設定が容易である。
本実施形態の連結装置(ブレーキ6)において、可動部材63は、シリンダ631と、プランジャ632と、ストッパー(第3ストッパー633)と、を備える。シリンダ631は、第2弾性部材68を内蔵し且つ第1弾性部材67を貫通する。プランジャ632は、第2弾性部材68及び駆動部材61に接し且つシリンダ631に対して移動可能である。ストッパー(第3ストッパー633)は、シリンダ631の内周面に設けられ、プランジャ632の駆動部材61に近付く方向の移動を規制する。
これにより、駆動部材61が移動すると、プランジャ632が軸方向に向かって押される。プランジャ632に加わった力は、第2弾性部材68を介して、シリンダ631に伝達される。第1弾性部材67が縮みながら、シリンダ631が、軸方向に移動する。シリンダ631が第2部材(第2キャリア44)に接した後、駆動部材61がさらに移動すると、第2弾性部材68が縮む。その結果、第2弾性部材68の弾性力によってシリンダ631が第2部材(第2キャリア44)に押し付けられる。このため、シリンダ631と第2部材(第2キャリア44)との間のバックラッシュが低減される。したがって、連結装置(ブレーキ6)は、振動を抑制できる。
仮に第3ストッパー633が設けられない場合、シリンダ631に作用する第1弾性部材67の弾性力と、シリンダ631に作用する第2弾性部材68の弾性力とが釣り合う。このため、シリンダ631には駆動部材61からの反力が加わらなくなる。また、第2弾性部材68の弾性力の分だけ第1弾性部材67が縮むので、シリンダ631が軸方向に移動する可能性がある。このため、意図せず分離状態から締結状態切り替わる可能性がある。なお、シリンダ631に駆動部材61からの反力を伝えるために、第1弾性部材67の弾性力を第2弾性部材68の弾性力よりも大きくすることが考えられる。しかし、第2弾性部材68のみ縮まった後にシリンダ631が軸方向に移動することになるため、可動部材63が第2部材(第2キャリア44)に押し付けられなくなり、振動が抑制されなくなる。
これに対して本実施形態においては、第2弾性部材68が第3ストッパー633に接する時、第2弾性部材68の2方向の弾性力の両方がシリンダ631に作用する。このため、第2弾性部材68の弾性力が、シリンダ631で相殺される。このため、第2弾性部材68の弾性力は、第1弾性部材67の動作に影響を及ぼさない。第1弾性部材67の弾性力だけ調節すれば、プランジャ632が駆動部材61から受ける反力を設定できる。したがって、プランジャ632が駆動部材61から受ける反力の設定が容易である。また、第2弾性部材68の弾性力を第1弾性部材67の弾性力に対して十分に大きく設定することによって、細かな寸法管理又は第1弾性部材67及び第2弾性部材68の個体差の管理が不要となる。これにより、連結装置(ブレーキ6)を製造するコストが低減される。
本実施形態の連結装置(ブレーキ6)は、第1部材に対して回転する環状の回転部材60と、回転部材60の内周面から突出するピン62と、を備える。駆動部材61は、ピン62が嵌まるカム溝615を備える。カム溝615は、第2部材(第2キャリア44)の回転軸Zを中心とする円周に沿う周方向における一端618aが他端618bに対して軸方向軸でずれている傾斜部618を備える。
これにより、回転部材60が回転すると、ピン62が傾斜部618の中を移動する。その結果、駆動部材61が軸方向に移動する。連結装置(ブレーキ6)は、このため、駆動部材61を移動させるための装置を、駆動部材61に対する径方向の内側の空間に配置しなくてよい。連結装置(ブレーキ6)は、駆動部材61に対する径方向の内側の空間を広くできる。
本実施形態の連結装置(ブレーキ6)において、第2部材(第2キャリア44)から離れていた可動部材63が第2部材(第2キャリア44)に接する時、ピン62は、傾斜部618の途中に位置している。
これにより、可動部材63が第2部材(第2キャリア44)に接した後、回転部材60が回転すると、駆動部材61がさらに移動する。これにより、第2弾性部材68が縮む。その結果、第2弾性部材68の弾性力によって可動部材63が第2部材(第2キャリア44)に押し付けられる。このため、可動部材63と第2部材(第2キャリア44)との間のバックラッシュが低減される。したがって、連結装置(ブレーキ6)は、振動を抑制できる。
(変形例)
図25は、変形例の駆動部材の斜視図である。図26は、変形例の駆動部材の斜視図である。図27は、変形例の駆動部材の側面図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
変形例のブレーキ6(連結装置の一例)は、図25から図27に示す駆動部材61Aを備える。駆動部材61Aは、カム溝615Aと、を備える。カム溝615Aは、本体部611に設けられる。カム溝615Aは、本体部611を径方向に貫通する穴である。カム溝615Aは、長穴である。図25に示すように、カム溝615Aは、平坦部616と、傾斜部617と、を備える。平坦部616は、傾斜部617と繋がっている。
図27に示すように、平坦部616においては、周方向における一端616aの軸方向の位置は、他端616bの軸方向の位置と同じである。すなわち、平坦部616においては、周方向における一端616aが他端616bに対して軸方向でずれていない。径方向から見て、一端616aと他端616bとを通る直線(平坦部616の長手方向に沿う直線)が回転軸Zに対してなす角度は、90°である。
図27に示すように、傾斜部617においては、周方向における一端617aが他端617bに対して軸方向でずれている。径方向から見て、一端617aと他端617bとを通る直線(傾斜部617の長手方向に沿う直線)が回転軸Zに対してなす角度は、90°未満である。
図18に示すピン62は、カム溝615Aに嵌まる。ピン62は、カム溝615Aに対して相対的に移動する。ピン62が平坦部616の中を移動しても、駆動部材61Aは軸方向に移動しない。ピン62が傾斜部617の中を移動すると、傾斜部617の内壁がピン62から受ける反力によって、駆動部材61Aが軸方向に移動する。
ピン62が平坦部616にある時、シリンダ631の第1歯631bは、第2キャリア44の凹部441に嵌まっていない。このため、第2キャリア44は、ハウジング8に対して自由に回転できる。すなわち、ブレーキ6は分離状態である。回転部材60が回転すると、ピン62が傾斜部617に移動する。ピン62が傾斜部617の中を移動すると、駆動部材61Aが軸方向に移動する。シリンダ631の第1歯631bが第2キャリア44の凹部441の底面に接した時、ピン62は、傾斜部617の途中にある。シリンダ631の第1歯631bが第2キャリア44の凹部441の底面に接した時の駆動部材61Aの移動距離が、図24のA1である。ピン62が傾斜部617の他端617bに位置する時の駆動部材61Aの移動距離が、図24のA2である。