JP3700774B2 - 動力伝達装置、自動車、自転車及び摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法 - Google Patents
動力伝達装置、自動車、自転車及び摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力とモータの二つの動力源を有する電動アシスト自転車若しくは電動アシスト車椅子、エンジンとモータの二つの動力を有するハイブリッド電気自動車、モータ一体型自動車用エアコンであってエンジン動力によっても駆動可能なハイブリッドエアコン、又はアイドルストップ用エンジン直結型の始動装置といった、駆動源であるモータの停止状態においても動作を行う（例えば電動アシスト自転車ではモータが停止していてもペダルを人力で回転して推進する）モードを有する動力伝達装置に関する。また、本発明は、摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、電動アシスト自転車等における動力伝達装置のブロック図である。自転車のギヤ等の負荷１０１を駆動するために、ペダル等、人力による第一の入力部１０２と、電動モータである第二の入力部１０３とを互いに並列に設けている。第一の入力部１０２に比べて高速であるが低トルクである電動モータ１０３の後段部には、減速機１０４を設けて、モータ１０３からの回転動力の低速化とトルク増大とを図っている。図示しないセンサにより第一の入力部１０２から加えられる駆動力を検知し、この駆動力に応じた駆動力をモータ１０３は発生させて、第一の入力部１０２に加える力が小さくても、負荷１０１を駆動する。すなわち、第一の入力部１０２で発生する駆動トルクＴ１に応じた駆動トルクＴ２を、モータ１０３及び減速機１０４により発生させる。そして、これら両駆動トルクＴ１，Ｔ２を合流部１０５で合流させ、これら両駆動トルクＴ１，Ｔ２を合計した駆動トルクＴ３（摩擦等による損失を考慮しない場合には、Ｔ３＝Ｔ１＋Ｔ２）により、負荷１０１を駆動する。
【０００３】
ところで、例えば電動アシスト自転車を考えた場合、緩い下り坂、或は強い追い風にも拘らずペダルを勢い良く踏む場合等に、負荷１０１を駆動するために要するトルクＴ３よりも第一の入力部１０２に加えられる駆動トルクＴ１が大きくなる（Ｔ１＞Ｔ３）場合がある。このような場合（被駆動側の回転がモータの回転を上回った場合）には、第一の入力部１０２に加えられる駆動トルクＴ１のうち、負荷１０１の駆動に必要なトルクＴ３を越えた余分なトルク（Ｔ１−Ｔ３）が、図９に矢印で示す様に、合流部１０５から減速機１０４を通じてモータ１０３にまで逆流する。そして、このモータ１０３のロータを回転させる。この結果、第一の入力部１０２に加えられる駆動トルクＴ１が負荷１０１の駆動に有効に使用されず、第一の入力部１０２で駆動トルクＴ１を発生させるために要する力（例えばペダルを踏むのに要する力）が大きくなってしまう。
【０００４】
このような不都合を解消するために、従来、減速機１０４と合流部１０５との間に一方向クラッチを設けて、減速機１０４から合流部１０５に向けてのみ動力を伝達するようにしている。
特開平１０−３１１３９８号公報には、減速機１０４と合流部１０５との間に一方向クラッチを設ける代わりに、減速機１０４としてウェッジローラ（登録商標）型の摩擦ローラ式変速機を設けることが開示されている。この摩擦ローラ式変速機は、ウェッジローラ（可動ローラ）によるくさび作用を利用して、入力軸から出力軸へ回転動力を伝達する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したウェッジローラ型の摩擦ローラ式変速機（以下「くさびローラ減速機」ともいう）を備えた従来の動力伝達装置においては、モータの回転方向にはくさびローラ減速機が動力を伝達する一方、被駆動側の回転がモータの回転を上回ったときにはくさびローラ減速機が空転するので被駆動側の回転を妨げることはない。しかし、くさびローラ減速機の空転トルクが重い場合、くさびローラ減速機が空転せずにモータ１０３を連れ回してしまい、モータ１０３に悪影響を及ぼす可能性がある。特に、モータ１０３にブラシモータを使用している場合は、連れ回りによりブラシの磨耗が促進され、ブラシ寿命が低下するうえに、粉塵の発生により周囲の軸受等に悪影響が及ぶ恐れがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、モータのシャフトが連れ回されるのを確実に防止し得る動力伝達装置及び摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、モータのシャフトから摩擦ローラ式変速機を介して回転動力を伝達する動力伝達装置であって、前記摩擦ローラ式変速機は、前記シャフトに同心に固定されて外周面を第一円筒面とした中心ローラと、内周面を第二円筒面として前記中心ローラの周囲にその中心ローラに対して相対回転可能に設けられた外輪と、前記外輪に同心に固定された出力軸と、前記第一円筒面と前記第二円筒面との間の環状空間内に前記中心ローラと平行に配置された３本以上の枢軸と、これら各枢軸により回転可能に支持されてそれぞれの外周面を第三円筒面とした３個以上の中間ローラとを備え、前記中心ローラの中心と前記外輪及び前記出力軸の中心とを偏心させることにより、前記環状空間の幅寸法を円周方向にわたって不均一にし、前記３個以上の中間ローラのうち少なくとも１個の中間ローラを前記環状空間の円周方向へ若干変位可能に支持して可動ローラとするとともに、残りの中間ローラをガイドローラとし、前記中心ローラが所定方向に回転したときに前記可動ローラを前記環状空間の幅寸法が狭い部分に向けて移動するように構成されており、少なくとも前記摩擦ローラ式変速機側から前記モータのシャフトを連れ回そうとするトルクが作用する際に前記モータのリード線を短絡するよう切り替るスイッチング手段を備えたことを特徴とする動力伝達装置により達成される。
また、本発明の目的は、モータのシャフトから摩擦ローラ式変速機を介して回転動力を伝達する摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法であって、前記摩擦ローラ式変速機は、前記シャフトに同心に固定されて外周面を第一円筒面とした中心ローラと、内周面を第二円筒面として前記中心ローラの周囲にその中心ローラに対して相対回転可能に設けられた外輪と、前記外輪に同心に固定された出力軸と、前記第一円筒面と前記第二円筒面との間の環状空間内に前記中心ローラと平行に配置された３本以上の枢軸と、これら各枢軸により回転可能に支持されてそれぞれの外周面を第三円筒面とした３個以上の中間ローラとを備え、前記中心ローラの中心と前記外輪及び前記出力軸の中心とを偏心させることにより、前記環状空間の幅寸法を円周方向にわたって不均一にし、前記３個以上の中間ローラのうち少なくとも１個の中間ローラを前記環状空間の円周方向へ若干変位可能に支持して可動ローラとするとともに、残りの中間ローラをガイドローラとし、前記中心ローラが所定方向に回転したときに前記可動ローラを前記環状空間の幅寸法が狭い部分に向けて移動するように構成されており、少なくとも前記摩擦ローラ式変速機側から前記モータのシャフトを連れ回そうとするトルクが作用する際に前記モータのリード線を短絡することを特徴とする摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法により達成される。
【０００７】
上記構成によれば、スイッチング手段によりモータを短絡制動することで、シャフトが連れ回されるのを確実に防止できるので、モータに悪影響が及ぶ恐れがない。
スイッチング手段がモータのリード線を短絡するのは、モータ停止時でもよいし、モータのシャフトが回転している時でもよく、少なくとも摩擦ローラ式変速機側からシャフトを連れ回そうとするトルクが作用する際にはスイッチング手段がリード線を短絡する。摩擦ローラ式変速機が正常に作動して、摩擦ローラ式変速機側からシャフトを連れ回そうとするトルクが作用しない際にも、スイッチング手段によりリード線を短絡しておくことが好ましい。
【０００８】
上記構成において、前記スイッチング手段が、電源からの電力を前記モータに供給するようにも切り替ることは好ましい。このようにスイッチング手段に複数の機能を兼用させることで、部品点数を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。
また、上記構成において、前記スイッチング手段が、前記モータのリード線を開放するようにも切り替ることは好ましい。こうすることで、摩擦ローラや一方向クラッチが焼きつくなどして、シャフトを連れ回そうとする多大なトルクが一方向クラッチ側から作用した際（異常時）には、モータのリード線を開放してモータを連れ回すようにする。こうすることで、リード線を短絡してモータを停止させているときに比べ、被駆動側からの負荷トルクを下げることができ、運転が急停止したり動力伝達部材に無理な力がかかって損傷したりするのを防止できる。
また、上記構成において、前記スイッチング手段がリレーからなることは好ましい。こうすれば、リード線を自動制御により短絡させるための回路を、安価に構成できる。
また、上記構成において、前記モータがブラシモータであることは好ましい。本発明により、ブラシ損傷の心配がなくなったので、安価なブラシモータを安心して使用できる。
また、上記構成において、前記摩擦ローラ式変速機の後段部又は前段部に、更に一方向クラッチが設けられることは好ましい。こうすれば、摩擦ローラ式変速機と一方向クラッチとの協働により、モータの連れ回りをより確実に防止できる。一方向クラッチとしては、例えば特開２０００−２７８９６号公報等に開示されているローラクラッチを用いることができる。
また、上記構成において、前記摩擦ローラ式変速機の後段部に一方向クラッチが設けられ、該一方向クラッチの空転トルクが前記摩擦ローラ式変速機の空転トルクより低いことは好ましい。こうすれば、被駆動側からモータを連れ回そうとするトルクが作用した際に、摩擦ローラ式変速機の空転トルクが一方向クラッチのそれより重くなっているので、確実に一方向クラッチを空転させることができる。そして、摩擦ローラ式変速機の焼きつきを確実に防止できる。
また、上記構成において、前記摩擦ローラ式変速機の出力軸が、車両エンジンのクランク軸に繋がっていることは好ましい。摩擦ローラ式変速機の出力軸とクランク軸との間には、適宜な変速機が設けられていてもよい。
また、上記構成において、前記摩擦ローラ式変速機の出力軸が、自転車のペダル軸に繋がっていることは好ましい。摩擦ローラ式変速機の出力軸とクランク軸との間には、適宜な変速機が設けられていてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、ハイブリッド電気自動車等の自動車エンジンの始動装置に適用された、第１実施形態の動力伝達装置１を模式的に示す。動力伝達装置１は、電源Ｅからの電力供給によって回転駆動されるスタータモータ（以下、モータと略称する）２と、モータ２に設けられたくさびローラ減速機２１と、くさびローラ減速機２１に繋がれた一方向クラッチ３と、エンジン４の駆動状態に対応してモータ２への電力供給等を切り替えるスイッチング手段７とを備えている。エンジン４のシャフト（クランクシャフト）４ａに固定されたプーリ５と、一方向クラッチ３の出力軸に固定されたプーリ２７との間に無端ベルト（タイミングベルト）６が掛け回されている。プーリ２７，５及びベルト６によって、減速機が構成されている。
エンジン４の負荷側には、フライホイール８を介してトランスミッション９が設けられている。自動車の停止時等には、エンジン４が自動的にストップ（アイドルストップ）する。
【００１０】
本実施形態では、モータ２としてブラシモータが用いられ、スイッチング手段７としてリレーが用いられている。
スイッチング手段７は、２個の固定端子１１，１２と、１個の可動端子１３とを備えている。このスイッチング手段７は、図示しないコンピュータ等の制御手段の指令に基づく可動端子１３の駆動により固定端子１１，１２のいずれか一方がオン状態にされるか、或るいは双方が同時にオフ状態にされる、３ポジション接点になっている。
電源Ｅのプラス側は固定端子１２を介してモータ２の一方のリード線１４に、またマイナス側は他方のリード線１５に接続されている。
【００１１】
くさびローラ減速機２１及び一方向クラッチ３は、モータ２の回転動力をエンジン４に伝達するが、エンジン４からモータ２への回転動力が作用すると空転する。一方向クラッチ３の空転トルクは、くさびローラ減速機２１の空転トルクより低く設定されている。一方向クラッチ３を設けることで、くさびローラ減速機２１における空転性能を若干犠牲にして後述するローラ間の押し付け力を高めるような設定も可能となる。
【００１２】
次に、動力伝達装置１の動作を説明する。始動時（クランキング時）には、図１に示すように可動端子１３で固定端子１２をオン状態に切り替える。この結果、リード線１４，１５を介してモータ２に通電され、モータ２のシャフトが一方向に回転する。これと同時にくさびローラ減速機２１及び一方向クラッチ３の出力軸が一方向に回転し、タイミングベルト６によってプーリ５が駆動され、プーリ５に固定されたシャフト４ａが回転駆動されてエンジン４がかかる。
【００１３】
エンジン回転時には、スイッチング手段７は、図２に示すように可動端子１３を駆動して固定端子１１をオン状態に、また固定端子１２をオフ状態に切り替える。この結果、モータ２への電力供給が遮断されるとともに、固定端子１１を介してリード線１４，１５が短絡されて、モータ２が短絡制動される。この時、モータ２の連れ回りトルクが大きくなり、その連れ回りトルクより、くさびローラ減速機２１の空転トルク及び一方向クラッチ３の空転トルクの方が確実に小さくなる。したがって、エンジン４の回転動力が、プーリ５及びベルト６を介して一方向クラッチ３に作用するが、一方向クラッチ３が空転してモータ２の停止状態が維持される。万一、一方向クラッチ３が若干連れ回されても、くさびローラ減速機２１が空転して、モータ２の停止状態が保たれる。
【００１４】
次に、異常発生時の動作を説明する。例えば一方向クラッチ３又はくさびローラ減速機２１が固着すると、エンジン４の回転がモータ２に伝達されて、エンジン４の負荷が増大してしまう。これを防ぐために、トルクや温度、振動等をセンシングすることで、このような異常発生を感知して、図３に示すように可動端子１３をニュートラル位置へ駆動し、固定端子１１，１２の双方をオフ状態にする。この結果、リード線１４，１５が開状態、即ちモータ２の電機子コイルの両端が開状態になって逆起電圧が発生しなくなる。したがって、モータ２の連れ回りトルクが低下して、モータ２のシャフトの回転が許容され、エンジン４に過大な負荷をかけない。
【００１５】
以上のような動力伝達装置１によれば、一方向クラッチ３やくさびローラ減速機２１に故障が生じた場合であっても、エンジン４に過大な負荷をかけたり、モータ２やスイッチング手段７を損傷させたりすることを防止でき、安全かつ快適な自動車走行を行うことができる。
【００１６】
次に、くさびローラ減速機２１について詳しく説明する。図４に、くさびローラ減速機の一例を示す。このくさびローラ減速機２１は、同一ハウジング内に一方向クラッチ３を内蔵するとともに、モータ２に一体的に設けられて、駆動ユニットを構成している。図５は、図４におけるＹ−Ｙ断面図である。
【００１７】
図４に示すように、くさびローラ減速機２１は、外周面を第一の円筒面２３ａとした中心ローラ２３と、内周面を第二の円筒面２６ａとして、中心ローラ２３の周囲にこの中心ローラ２３に対する相対回転を自在に設けた外輪２６とを備えている。中心ローラ２３は、第一の回転軸（モータのシャフト２ａ）の端部にこの第一の回転軸と同心に固定され、外輪２６には第二の回転軸（出力軸）２６ｂの端部がこの外輪２６と同心に結合固定されている。第二の回転軸２６ｂは、ここでは円筒状に形成されており、その内部に一方向クラッチとしてのローラクラッチ３が設けられている。
【００１８】
図５に示すように、第一の円筒面２３ａと第二の円筒面２６ａとの間の環状空間内には３本の枢軸２９ａ，２９ｂ，２９ｂが、中心ローラ２３及び外輪２６と平行に配置されている。これら各枢軸２９ａ，２９ｂ，２９ｂにより中間ローラ２４ａ，２４ｂ，２４ｃが、回転自在に支持されている。これら各中間ローラ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの外周面は、それぞれ第三の円筒面２８とされ、これら各第三の円筒面２８を、上記第一、第二の円筒面２３ａ，２６ａに当接させている。中心ローラ２３の中心と外輪２６の中心とを偏心させることにより、環状空間の幅寸法を円周方向にわたって不均一にしている。そして、３個の中間ローラ２４ａ，２４ｂ，２４ｃのうちの１個の中間ローラ２４ａを、環状空間の円周方向に若干変位自在に支持して可動ローラとするとともに、押圧手段であるばね２０により、可動ローラとなる中間ローラ２４ａを環状空間の幅の狭い部分に向けて弾性的に押圧している。
【００１９】
図５中、中心ローラ２３が時計方向に回転すると、可動ローラとなる中間ローラ２４ａが枢軸２９ａを中心に反時計方向に回転し、外輪２６が同じく反時計方向に回転する。こうして、中心ローラ２３の回転が外輪２６に伝達される。外輪２６に伝達された回転動力は、更に、図４に示した第二の回転軸２６ｂ、ローラクラッチ３、及びローラクラッチ３の出力軸２５を介して、プーリ２７に伝達される。
くさびローラ減速機２１の、より詳しい動作説明は、特開平１０−３１１３９８号公報等に開示されている。
ローラクラッチ３の、より詳しい動作説明は、特開２０００−２７８９６号公報等に開示されている。
【００２０】
くさびローラ減速機の別の例を図６に示す。図６のくさびローラ減速機２１’は、外輪２６と同心に結合固定された第二の回転軸２６ｂ’に、一端にプーリ２７が設けられた出力軸２５の他端を同心に固定している。このくさびローラ減速機２１’は、一方向クラッチを有しない。このようなくさびローラ減速機２１’を、図１〜図３に示した動力伝達装置１、或いは以下に述べる第２実施形態の動力伝達装置に適用してもよい。
【００２１】
次に、図７を参照して本発明の第２実施形態を説明する。図７は、電動アシスト自転車の駆動系統を示す概略斜視図である。なお、既に前記第１実施形態において説明した部材と同様の作用をなす部材には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の動力伝達装置３１におけるモータ（ブラシモータ）２のシャフトには、くさびローラ減速機２１が設けられ、くさびローラ減速機２１の出力軸には小径のギヤ３２が設けられている。小径のギヤ３２は大径のギヤ３３に噛合している。大径のギヤ３３には、かさば歯車３４を介してペダル軸３５が繋がっている。これらギヤ３２，３３，３４が減速機を構成している。すなわち本実施形態でも、くさびローラ減速機２１の後段部に減速機が設けられている。
【００２２】
本実施形態のスイッチング手段３７は、２ポジション接点として構成されており、図３に示したような可動接点１３のニュートラル位置への切り替えは行わない。スイッチング手段３７として、リレーを用いることができる。
【００２３】
動力伝達装置３１が組み込まれた電動アシスト自転車をこぎ始めるとき、或いは上り坂を昇るときなどは、図７に示すように可動端子１３により固定端子１２をオン状態に切り替える。この結果、リード線１４，１５を介して電源Ｅからモータ２に電力が供給され、モータ２が回転駆動される。そして、モータ２の回転動力は、くさびローラ減速機２１の出力軸を回転させ、減速機を介してペダル軸３５に伝達される。これにより、ペダル３６を人力で踏む力にモータ２の回転動力が加わるので、自転車を楽に走行させることができる。
【００２４】
一方、下り坂を降りるときなど、モータ２によるアシストが不要な場合は、可動端子１３を駆動して固定端子１１をオン状態に切り替えるとともに固定端子１２をオフ状態に切り替える。すると、モータ２に供給されていた電源Ｅからの電力が遮断され、リード線１４，１５が短絡される。この結果、モータ２は短絡制動され、ペダル軸３６が人力によって回転されても、くさびローラ減速機２１が空転するようになる。
【００２５】
以上のような動力伝達装置３１は、スイッチング手段３７が２ポジション接点であるため、安価に構成できる。
【００２６】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、くさびローラ減速機の後段部ではなく、くさびローラ減速機の前段部（くさびローラ減速機とモータとの間）に一方向クラッチが設けられてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モータのシャフトが連れ回されるのを確実に防止し得る動力伝達装置及び摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するブロック図である。
【図２】第１実施形態の作用を説明する図である。
【図３】第１実施形態の作用を説明する図である。
【図４】くさびローラ減速機の一例を示す図である。
【図５】図４におけるＹ−Ｙ断面図である。
【図６】くさびローラ減速機の別の例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態を説明する要部斜視図である。
【図８】従来の動力伝達装置の一例を説明するブロック図である。
【図９】従来の動力伝達装置の一例を説明するブロック図である。
【符号の説明】
１，３１ 動力伝達装置
２ モータ（摩擦ローラ式変速機付きモータ）
３ 一方向クラッチ
７，３７ スイッチング手段
１４，１５ リード線
２１ くさびローラ減速機（摩擦ローラ式変速機）
Ｅ 電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力とモータの二つの動力源を有する電動アシスト自転車若しくは電動アシスト車椅子、エンジンとモータの二つの動力を有するハイブリッド電気自動車、モータ一体型自動車用エアコンであってエンジン動力によっても駆動可能なハイブリッドエアコン、又はアイドルストップ用エンジン直結型の始動装置といった、駆動源であるモータの停止状態においても動作を行う（例えば電動アシスト自転車ではモータが停止していてもペダルを人力で回転して推進する）モードを有する動力伝達装置に関する。また、本発明は、摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、電動アシスト自転車等における動力伝達装置のブロック図である。自転車のギヤ等の負荷１０１を駆動するために、ペダル等、人力による第一の入力部１０２と、電動モータである第二の入力部１０３とを互いに並列に設けている。第一の入力部１０２に比べて高速であるが低トルクである電動モータ１０３の後段部には、減速機１０４を設けて、モータ１０３からの回転動力の低速化とトルク増大とを図っている。図示しないセンサにより第一の入力部１０２から加えられる駆動力を検知し、この駆動力に応じた駆動力をモータ１０３は発生させて、第一の入力部１０２に加える力が小さくても、負荷１０１を駆動する。すなわち、第一の入力部１０２で発生する駆動トルクＴ１に応じた駆動トルクＴ２を、モータ１０３及び減速機１０４により発生させる。そして、これら両駆動トルクＴ１，Ｔ２を合流部１０５で合流させ、これら両駆動トルクＴ１，Ｔ２を合計した駆動トルクＴ３（摩擦等による損失を考慮しない場合には、Ｔ３＝Ｔ１＋Ｔ２）により、負荷１０１を駆動する。
【０００３】
ところで、例えば電動アシスト自転車を考えた場合、緩い下り坂、或は強い追い風にも拘らずペダルを勢い良く踏む場合等に、負荷１０１を駆動するために要するトルクＴ３よりも第一の入力部１０２に加えられる駆動トルクＴ１が大きくなる（Ｔ１＞Ｔ３）場合がある。このような場合（被駆動側の回転がモータの回転を上回った場合）には、第一の入力部１０２に加えられる駆動トルクＴ１のうち、負荷１０１の駆動に必要なトルクＴ３を越えた余分なトルク（Ｔ１−Ｔ３）が、図９に矢印で示す様に、合流部１０５から減速機１０４を通じてモータ１０３にまで逆流する。そして、このモータ１０３のロータを回転させる。この結果、第一の入力部１０２に加えられる駆動トルクＴ１が負荷１０１の駆動に有効に使用されず、第一の入力部１０２で駆動トルクＴ１を発生させるために要する力（例えばペダルを踏むのに要する力）が大きくなってしまう。
【０００４】
このような不都合を解消するために、従来、減速機１０４と合流部１０５との間に一方向クラッチを設けて、減速機１０４から合流部１０５に向けてのみ動力を伝達するようにしている。
特開平１０−３１１３９８号公報には、減速機１０４と合流部１０５との間に一方向クラッチを設ける代わりに、減速機１０４としてウェッジローラ（登録商標）型の摩擦ローラ式変速機を設けることが開示されている。この摩擦ローラ式変速機は、ウェッジローラ（可動ローラ）によるくさび作用を利用して、入力軸から出力軸へ回転動力を伝達する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したウェッジローラ型の摩擦ローラ式変速機（以下「くさびローラ減速機」ともいう）を備えた従来の動力伝達装置においては、モータの回転方向にはくさびローラ減速機が動力を伝達する一方、被駆動側の回転がモータの回転を上回ったときにはくさびローラ減速機が空転するので被駆動側の回転を妨げることはない。しかし、くさびローラ減速機の空転トルクが重い場合、くさびローラ減速機が空転せずにモータ１０３を連れ回してしまい、モータ１０３に悪影響を及ぼす可能性がある。特に、モータ１０３にブラシモータを使用している場合は、連れ回りによりブラシの磨耗が促進され、ブラシ寿命が低下するうえに、粉塵の発生により周囲の軸受等に悪影響が及ぶ恐れがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、モータのシャフトが連れ回されるのを確実に防止し得る動力伝達装置及び摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、モータのシャフトから摩擦ローラ式変速機を介して回転動力を伝達する動力伝達装置であって、前記摩擦ローラ式変速機は、前記シャフトに同心に固定されて外周面を第一円筒面とした中心ローラと、内周面を第二円筒面として前記中心ローラの周囲にその中心ローラに対して相対回転可能に設けられた外輪と、前記外輪に同心に固定された出力軸と、前記第一円筒面と前記第二円筒面との間の環状空間内に前記中心ローラと平行に配置された３本以上の枢軸と、これら各枢軸により回転可能に支持されてそれぞれの外周面を第三円筒面とした３個以上の中間ローラとを備え、前記中心ローラの中心と前記外輪及び前記出力軸の中心とを偏心させることにより、前記環状空間の幅寸法を円周方向にわたって不均一にし、前記３個以上の中間ローラのうち少なくとも１個の中間ローラを前記環状空間の円周方向へ若干変位可能に支持して可動ローラとするとともに、残りの中間ローラをガイドローラとし、前記中心ローラが所定方向に回転したときに前記可動ローラを前記環状空間の幅寸法が狭い部分に向けて移動するように構成されており、少なくとも前記摩擦ローラ式変速機側から前記モータのシャフトを連れ回そうとするトルクが作用する際に前記モータのリード線を短絡するよう切り替るスイッチング手段を備えたことを特徴とする動力伝達装置により達成される。
また、本発明の目的は、モータのシャフトから摩擦ローラ式変速機を介して回転動力を伝達する摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法であって、前記摩擦ローラ式変速機は、前記シャフトに同心に固定されて外周面を第一円筒面とした中心ローラと、内周面を第二円筒面として前記中心ローラの周囲にその中心ローラに対して相対回転可能に設けられた外輪と、前記外輪に同心に固定された出力軸と、前記第一円筒面と前記第二円筒面との間の環状空間内に前記中心ローラと平行に配置された３本以上の枢軸と、これら各枢軸により回転可能に支持されてそれぞれの外周面を第三円筒面とした３個以上の中間ローラとを備え、前記中心ローラの中心と前記外輪及び前記出力軸の中心とを偏心させることにより、前記環状空間の幅寸法を円周方向にわたって不均一にし、前記３個以上の中間ローラのうち少なくとも１個の中間ローラを前記環状空間の円周方向へ若干変位可能に支持して可動ローラとするとともに、残りの中間ローラをガイドローラとし、前記中心ローラが所定方向に回転したときに前記可動ローラを前記環状空間の幅寸法が狭い部分に向けて移動するように構成されており、少なくとも前記摩擦ローラ式変速機側から前記モータのシャフトを連れ回そうとするトルクが作用する際に前記モータのリード線を短絡することを特徴とする摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法により達成される。
【０００７】
上記構成によれば、スイッチング手段によりモータを短絡制動することで、シャフトが連れ回されるのを確実に防止できるので、モータに悪影響が及ぶ恐れがない。
スイッチング手段がモータのリード線を短絡するのは、モータ停止時でもよいし、モータのシャフトが回転している時でもよく、少なくとも摩擦ローラ式変速機側からシャフトを連れ回そうとするトルクが作用する際にはスイッチング手段がリード線を短絡する。摩擦ローラ式変速機が正常に作動して、摩擦ローラ式変速機側からシャフトを連れ回そうとするトルクが作用しない際にも、スイッチング手段によりリード線を短絡しておくことが好ましい。
【０００８】
上記構成において、前記スイッチング手段が、電源からの電力を前記モータに供給するようにも切り替ることは好ましい。このようにスイッチング手段に複数の機能を兼用させることで、部品点数を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。
また、上記構成において、前記スイッチング手段が、前記モータのリード線を開放するようにも切り替ることは好ましい。こうすることで、摩擦ローラや一方向クラッチが焼きつくなどして、シャフトを連れ回そうとする多大なトルクが一方向クラッチ側から作用した際（異常時）には、モータのリード線を開放してモータを連れ回すようにする。こうすることで、リード線を短絡してモータを停止させているときに比べ、被駆動側からの負荷トルクを下げることができ、運転が急停止したり動力伝達部材に無理な力がかかって損傷したりするのを防止できる。
また、上記構成において、前記スイッチング手段がリレーからなることは好ましい。こうすれば、リード線を自動制御により短絡させるための回路を、安価に構成できる。
また、上記構成において、前記モータがブラシモータであることは好ましい。本発明により、ブラシ損傷の心配がなくなったので、安価なブラシモータを安心して使用できる。
また、上記構成において、前記摩擦ローラ式変速機の後段部又は前段部に、更に一方向クラッチが設けられることは好ましい。こうすれば、摩擦ローラ式変速機と一方向クラッチとの協働により、モータの連れ回りをより確実に防止できる。一方向クラッチとしては、例えば特開２０００−２７８９６号公報等に開示されているローラクラッチを用いることができる。
また、上記構成において、前記摩擦ローラ式変速機の後段部に一方向クラッチが設けられ、該一方向クラッチの空転トルクが前記摩擦ローラ式変速機の空転トルクより低いことは好ましい。こうすれば、被駆動側からモータを連れ回そうとするトルクが作用した際に、摩擦ローラ式変速機の空転トルクが一方向クラッチのそれより重くなっているので、確実に一方向クラッチを空転させることができる。そして、摩擦ローラ式変速機の焼きつきを確実に防止できる。
また、上記構成において、前記摩擦ローラ式変速機の出力軸が、車両エンジンのクランク軸に繋がっていることは好ましい。摩擦ローラ式変速機の出力軸とクランク軸との間には、適宜な変速機が設けられていてもよい。
また、上記構成において、前記摩擦ローラ式変速機の出力軸が、自転車のペダル軸に繋がっていることは好ましい。摩擦ローラ式変速機の出力軸とクランク軸との間には、適宜な変速機が設けられていてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、ハイブリッド電気自動車等の自動車エンジンの始動装置に適用された、第１実施形態の動力伝達装置１を模式的に示す。動力伝達装置１は、電源Ｅからの電力供給によって回転駆動されるスタータモータ（以下、モータと略称する）２と、モータ２に設けられたくさびローラ減速機２１と、くさびローラ減速機２１に繋がれた一方向クラッチ３と、エンジン４の駆動状態に対応してモータ２への電力供給等を切り替えるスイッチング手段７とを備えている。エンジン４のシャフト（クランクシャフト）４ａに固定されたプーリ５と、一方向クラッチ３の出力軸に固定されたプーリ２７との間に無端ベルト（タイミングベルト）６が掛け回されている。プーリ２７，５及びベルト６によって、減速機が構成されている。
エンジン４の負荷側には、フライホイール８を介してトランスミッション９が設けられている。自動車の停止時等には、エンジン４が自動的にストップ（アイドルストップ）する。
【００１０】
本実施形態では、モータ２としてブラシモータが用いられ、スイッチング手段７としてリレーが用いられている。
スイッチング手段７は、２個の固定端子１１，１２と、１個の可動端子１３とを備えている。このスイッチング手段７は、図示しないコンピュータ等の制御手段の指令に基づく可動端子１３の駆動により固定端子１１，１２のいずれか一方がオン状態にされるか、或るいは双方が同時にオフ状態にされる、３ポジション接点になっている。
電源Ｅのプラス側は固定端子１２を介してモータ２の一方のリード線１４に、またマイナス側は他方のリード線１５に接続されている。
【００１１】
くさびローラ減速機２１及び一方向クラッチ３は、モータ２の回転動力をエンジン４に伝達するが、エンジン４からモータ２への回転動力が作用すると空転する。一方向クラッチ３の空転トルクは、くさびローラ減速機２１の空転トルクより低く設定されている。一方向クラッチ３を設けることで、くさびローラ減速機２１における空転性能を若干犠牲にして後述するローラ間の押し付け力を高めるような設定も可能となる。
【００１２】
次に、動力伝達装置１の動作を説明する。始動時（クランキング時）には、図１に示すように可動端子１３で固定端子１２をオン状態に切り替える。この結果、リード線１４，１５を介してモータ２に通電され、モータ２のシャフトが一方向に回転する。これと同時にくさびローラ減速機２１及び一方向クラッチ３の出力軸が一方向に回転し、タイミングベルト６によってプーリ５が駆動され、プーリ５に固定されたシャフト４ａが回転駆動されてエンジン４がかかる。
【００１３】
エンジン回転時には、スイッチング手段７は、図２に示すように可動端子１３を駆動して固定端子１１をオン状態に、また固定端子１２をオフ状態に切り替える。この結果、モータ２への電力供給が遮断されるとともに、固定端子１１を介してリード線１４，１５が短絡されて、モータ２が短絡制動される。この時、モータ２の連れ回りトルクが大きくなり、その連れ回りトルクより、くさびローラ減速機２１の空転トルク及び一方向クラッチ３の空転トルクの方が確実に小さくなる。したがって、エンジン４の回転動力が、プーリ５及びベルト６を介して一方向クラッチ３に作用するが、一方向クラッチ３が空転してモータ２の停止状態が維持される。万一、一方向クラッチ３が若干連れ回されても、くさびローラ減速機２１が空転して、モータ２の停止状態が保たれる。
【００１４】
次に、異常発生時の動作を説明する。例えば一方向クラッチ３又はくさびローラ減速機２１が固着すると、エンジン４の回転がモータ２に伝達されて、エンジン４の負荷が増大してしまう。これを防ぐために、トルクや温度、振動等をセンシングすることで、このような異常発生を感知して、図３に示すように可動端子１３をニュートラル位置へ駆動し、固定端子１１，１２の双方をオフ状態にする。この結果、リード線１４，１５が開状態、即ちモータ２の電機子コイルの両端が開状態になって逆起電圧が発生しなくなる。したがって、モータ２の連れ回りトルクが低下して、モータ２のシャフトの回転が許容され、エンジン４に過大な負荷をかけない。
【００１５】
以上のような動力伝達装置１によれば、一方向クラッチ３やくさびローラ減速機２１に故障が生じた場合であっても、エンジン４に過大な負荷をかけたり、モータ２やスイッチング手段７を損傷させたりすることを防止でき、安全かつ快適な自動車走行を行うことができる。
【００１６】
次に、くさびローラ減速機２１について詳しく説明する。図４に、くさびローラ減速機の一例を示す。このくさびローラ減速機２１は、同一ハウジング内に一方向クラッチ３を内蔵するとともに、モータ２に一体的に設けられて、駆動ユニットを構成している。図５は、図４におけるＹ−Ｙ断面図である。
【００１７】
図４に示すように、くさびローラ減速機２１は、外周面を第一の円筒面２３ａとした中心ローラ２３と、内周面を第二の円筒面２６ａとして、中心ローラ２３の周囲にこの中心ローラ２３に対する相対回転を自在に設けた外輪２６とを備えている。中心ローラ２３は、第一の回転軸（モータのシャフト２ａ）の端部にこの第一の回転軸と同心に固定され、外輪２６には第二の回転軸（出力軸）２６ｂの端部がこの外輪２６と同心に結合固定されている。第二の回転軸２６ｂは、ここでは円筒状に形成されており、その内部に一方向クラッチとしてのローラクラッチ３が設けられている。
【００１８】
図５に示すように、第一の円筒面２３ａと第二の円筒面２６ａとの間の環状空間内には３本の枢軸２９ａ，２９ｂ，２９ｂが、中心ローラ２３及び外輪２６と平行に配置されている。これら各枢軸２９ａ，２９ｂ，２９ｂにより中間ローラ２４ａ，２４ｂ，２４ｃが、回転自在に支持されている。これら各中間ローラ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの外周面は、それぞれ第三の円筒面２８とされ、これら各第三の円筒面２８を、上記第一、第二の円筒面２３ａ，２６ａに当接させている。中心ローラ２３の中心と外輪２６の中心とを偏心させることにより、環状空間の幅寸法を円周方向にわたって不均一にしている。そして、３個の中間ローラ２４ａ，２４ｂ，２４ｃのうちの１個の中間ローラ２４ａを、環状空間の円周方向に若干変位自在に支持して可動ローラとするとともに、押圧手段であるばね２０により、可動ローラとなる中間ローラ２４ａを環状空間の幅の狭い部分に向けて弾性的に押圧している。
【００１９】
図５中、中心ローラ２３が時計方向に回転すると、可動ローラとなる中間ローラ２４ａが枢軸２９ａを中心に反時計方向に回転し、外輪２６が同じく反時計方向に回転する。こうして、中心ローラ２３の回転が外輪２６に伝達される。外輪２６に伝達された回転動力は、更に、図４に示した第二の回転軸２６ｂ、ローラクラッチ３、及びローラクラッチ３の出力軸２５を介して、プーリ２７に伝達される。
くさびローラ減速機２１の、より詳しい動作説明は、特開平１０−３１１３９８号公報等に開示されている。
ローラクラッチ３の、より詳しい動作説明は、特開２０００−２７８９６号公報等に開示されている。
【００２０】
くさびローラ減速機の別の例を図６に示す。図６のくさびローラ減速機２１’は、外輪２６と同心に結合固定された第二の回転軸２６ｂ’に、一端にプーリ２７が設けられた出力軸２５の他端を同心に固定している。このくさびローラ減速機２１’は、一方向クラッチを有しない。このようなくさびローラ減速機２１’を、図１〜図３に示した動力伝達装置１、或いは以下に述べる第２実施形態の動力伝達装置に適用してもよい。
【００２１】
次に、図７を参照して本発明の第２実施形態を説明する。図７は、電動アシスト自転車の駆動系統を示す概略斜視図である。なお、既に前記第１実施形態において説明した部材と同様の作用をなす部材には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の動力伝達装置３１におけるモータ（ブラシモータ）２のシャフトには、くさびローラ減速機２１が設けられ、くさびローラ減速機２１の出力軸には小径のギヤ３２が設けられている。小径のギヤ３２は大径のギヤ３３に噛合している。大径のギヤ３３には、かさば歯車３４を介してペダル軸３５が繋がっている。これらギヤ３２，３３，３４が減速機を構成している。すなわち本実施形態でも、くさびローラ減速機２１の後段部に減速機が設けられている。
【００２２】
本実施形態のスイッチング手段３７は、２ポジション接点として構成されており、図３に示したような可動接点１３のニュートラル位置への切り替えは行わない。スイッチング手段３７として、リレーを用いることができる。
【００２３】
動力伝達装置３１が組み込まれた電動アシスト自転車をこぎ始めるとき、或いは上り坂を昇るときなどは、図７に示すように可動端子１３により固定端子１２をオン状態に切り替える。この結果、リード線１４，１５を介して電源Ｅからモータ２に電力が供給され、モータ２が回転駆動される。そして、モータ２の回転動力は、くさびローラ減速機２１の出力軸を回転させ、減速機を介してペダル軸３５に伝達される。これにより、ペダル３６を人力で踏む力にモータ２の回転動力が加わるので、自転車を楽に走行させることができる。
【００２４】
一方、下り坂を降りるときなど、モータ２によるアシストが不要な場合は、可動端子１３を駆動して固定端子１１をオン状態に切り替えるとともに固定端子１２をオフ状態に切り替える。すると、モータ２に供給されていた電源Ｅからの電力が遮断され、リード線１４，１５が短絡される。この結果、モータ２は短絡制動され、ペダル軸３６が人力によって回転されても、くさびローラ減速機２１が空転するようになる。
【００２５】
以上のような動力伝達装置３１は、スイッチング手段３７が２ポジション接点であるため、安価に構成できる。
【００２６】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、くさびローラ減速機の後段部ではなく、くさびローラ減速機の前段部（くさびローラ減速機とモータとの間）に一方向クラッチが設けられてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モータのシャフトが連れ回されるのを確実に防止し得る動力伝達装置及び摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するブロック図である。
【図２】第１実施形態の作用を説明する図である。
【図３】第１実施形態の作用を説明する図である。
【図４】くさびローラ減速機の一例を示す図である。
【図５】図４におけるＹ−Ｙ断面図である。
【図６】くさびローラ減速機の別の例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態を説明する要部斜視図である。
【図８】従来の動力伝達装置の一例を説明するブロック図である。
【図９】従来の動力伝達装置の一例を説明するブロック図である。
【符号の説明】
１，３１ 動力伝達装置
２ モータ（摩擦ローラ式変速機付きモータ）
３ 一方向クラッチ
７，３７ スイッチング手段
１４，１５ リード線
２１ くさびローラ減速機（摩擦ローラ式変速機）
Ｅ 電源
Claims (12)
- モータのシャフトから摩擦ローラ式変速機を介して回転動力を伝達する動力伝達装置であって、
前記摩擦ローラ式変速機は、前記シャフトに同心に固定されて外周面を第一円筒面とした中心ローラと、内周面を第二円筒面として前記中心ローラの周囲にその中心ローラに対して相対回転可能に設けられた外輪と、前記外輪に同心に固定された出力軸と、前記第一円筒面と前記第二円筒面との間の環状空間内に前記中心ローラと平行に配置された３本以上の枢軸と、これら各枢軸により回転可能に支持されてそれぞれの外周面を第三円筒面とした３個以上の中間ローラとを備え、前記中心ローラの中心と前記外輪及び前記出力軸の中心とを偏心させることにより、前記環状空間の幅寸法を円周方向にわたって不均一にし、前記３個以上の中間ローラのうち少なくとも１個の中間ローラを前記環状空間の円周方向へ若干変位可能に支持して可動ローラとするとともに、残りの中間ローラをガイドローラとし、前記中心ローラが所定方向に回転したときに前記可動ローラを前記環状空間の幅寸法が狭い部分に向けて移動するように構成されており、
少なくとも前記摩擦ローラ式変速機側から前記モータのシャフトを連れ回そうとするトルクが作用する際に前記モータのリード線を短絡するよう切り替るスイッチング手段を備えたことを特徴とする動力伝達装置。 - 前記スイッチング手段が、電源からの電力を前記モータに供給するようにも切り替る請求項１に記載の動力伝達装置。
- 前記スイッチング手段が、前記モータのリード線を開放するようにも切り替る請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
- 前記スイッチング手段がリレーからなる請求項１〜３のいずれかに記載の動力伝達装置。
- 前記モータがブラシモータである請求項１〜４のいずれかに記載の動力伝達装置。
- 前記摩擦ローラ式変速機の後段部又は前段部に、更に一方向クラッチが設けられた請求項１〜５のいずれかに記載の動力伝達装置。
- 前記摩擦ローラ式変速機の後段部に一方向クラッチが設けられ、該一方向クラッチの空転トルクが前記摩擦ローラ式変速機の空転トルクより低い請求項１〜５のいずれかに記載の動力伝達装置。
- 前記摩擦ローラ式変速機の出力軸が、車両エンジンのクランク軸に繋がっている請求項１〜７のいずれかに記載の動力伝達装置。
- 請求項８に記載の動力伝達装置を備えた自動車。
- 前記摩擦ローラ式変速機の出力軸が、自転車のペダル軸に繋がっている請求項１〜７のいずれかに記載の動力伝達装置。
- 請求項１０に記載の動力伝達装置を備えた自転車。
- モータのシャフトから摩擦ローラ式変速機を介して回転動力を伝達する摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法であって、
前記摩擦ローラ式変速機は、前記シャフトに同心に固定されて外周面を第一円筒面とした中心ローラと、内周面を第二円筒面として前記中心ローラの周囲にその中心ローラに対して相対回転可能に設けられた外輪と、前記外輪に同心に固定された出力軸と、前記第一円筒面と前記第二円筒面との間の環状空間内に前記中心ローラと平行に配置された３本以上の枢軸と、これら各枢軸により回転可能に支持されてそれぞれの外周面を第三円筒面とした３個以上の中間ローラとを備え、前記中心ローラの中心と前記外輪及び前記出力軸の中心とを偏心させることにより、前記環状空間の幅寸法を円周方向にわたって不均一にし、前記３個以上の中間ローラのうち少なくとも１個の中間ローラを前記環状空間の円周方向へ若干変位可能に支持して可動ローラとするとともに、残りの中間ローラをガイドローラとし、前記中心ローラが所定方向に回転したときに前記可動ローラを前記環状空間の幅寸法が狭い部分に向けて移動するように構成されており、
少なくとも前記摩擦ローラ式変速機側から前記モータのシャフトを連れ回そうとするトルクが作用する際に前記モータのリード線を短絡することを特徴とする摩擦ローラ式変速機付きモータの制御方法。
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