JP5736809B2 - 車輪駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータの回転を減速する遊星ギヤ機構を介して駆動車輪を駆動する車輪駆動装置に関するものである。

ホイール内に配設されたモータの回転力を、減速機を介してホイールに伝達し、車輪を駆動する車輪駆動装置として、特許文献１に記載のものが知られている。

特開２００９−１２５２３号公報

特許文献１に記載のものは、モータとホイールが、所定のギヤ比を有して直結されているため、図６に示すように、運転者が一定速度、あるいは空走状態を望んだ場合、モータは、自らのコギングトルクやディテントトルクを打ち消すために、空走制御（無負荷制御）が行われる。そのため、車両は空走状態にも関わらず、空走制御によって電力が消費される問題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、空走状態における電力消費を低減できるようにした車輪駆動装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、電動モータと、該電動モータの回転を減速し、トルク増大して駆動車輪に伝達する遊星ギヤ機構と、該遊星ギヤ機構のリングギヤの回転を自由状態または固定状態にするクラッチ機構と、車速信号およびアクセル開度信号を入力し、前記車速信号およびアクセル開度信号に基づいて、車両が加速でも減速でもない空走状態を判断し、前記空走状態が判断されると、前記クラッチ機構によって回転規制された前記リングギヤを固定状態から自由状態にするよう制御するクラッチ制御手段とを有することである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記電動モータは、駆動車輪に設けられたインホイールモータであることである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２において、前記クラッチ制御手段は、前記電動モータが故障あるいはロックした場合に、前記リングギヤの回転を自由状態にするように前記クラッチ機構を制御することである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項３のいずれか1項において、前記クラッチ制御手段は、前記電動モータによって駆動される電動モータ冷却用ポンプより吐出される冷却オイルの圧力により駆動されるようになっていることである。

請求項５に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項３のいずれか1項において、前記クラッチ制御手段は、前記電動モータとは別に設けたモータによって駆動されるねじ機構によって駆動されるようになっていることである。

請求項６に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項３のいずれか1項において、前記クラッチ機構は、通常走行時の最大駆動力ではスリップしないように固定され、前記駆動車輪に過大な回転トルクが入力された場合に、スリップするようになっていることである。

請求項７に係る発明の特徴は、請求項１において、前記車両には、前記電動モータから発生する回生電力を蓄電可能なモータ駆動用バッテリーが搭載され、該モータ駆動用バッテリーの蓄電状態を監視し、蓄電の必要がないときは、前記クラッチ機構を自由状態にするようになっていることである。

請求項１に係る発明によれば、電動モータの回転を減速し、トルク増大して駆動車輪に伝達する遊星ギヤ機構と、遊星ギヤ機構のリングギヤの回転を自由状態または固定状態にするクラッチ機構と、車速信号およびアクセル開度信号を入力し、車速信号およびアクセル開度信号に基づいて、車両が加速でも減速でもない空走状態を判断し、空走状態が判断されると、前記クラッチ機構によって回転規制された前記リングギヤを固定状態から自由状態にするよう制御するクラッチ制御手段とを有する。

かかる構成により、車両の空走時には、電動モータと駆動車輪とを機械的に分離でき、空走時に電動モータの回転駆動を停止しても、駆動車輪の回転によって遊星ギヤ機構のキャリヤを介してリングギヤが回転されるため、電動モータへは回転が伝わらなくすることができる。従って、コギングトルクやディテントトルクによる抵抗は発生せず、電力消費を低減することができる。

請求項２に係る発明によれば、電動モータは、駆動車輪に設けられたインホイールモータであるので、電動モータの駆動力を駆動車輪に直接伝達することができ、エネルギ損失を少なくできるとともに、装置の重量を軽減することが可能となる。

請求項３に係る発明によれば、クラッチ制御手段は、電動モータが故障あるいはロックした場合に、リングギヤの回転を自由状態にするようにクラッチ機構を制御するので、駆動車輪とは別の車輪による走行や、車両の牽引を可能にすることができる。

請求項４に係る発明によれば、クラッチ制御手段は、電動モータによって駆動される電動モータ冷却用ポンプより吐出される冷却オイルの圧力により駆動されるようになっているので、電動モータ冷却用ポンプより吐出される冷却オイルを利用して、クラッチ機構を容易に制御することができる。

請求項５に係る発明によれば、クラッチ制御手段は、電動モータとは別に設けたモータによって駆動されるねじ機構によって駆動されるようになっているので、電動モータを冷却する油圧源を有しない場合においても、モータによってクラッチ機構を制御することができるとともに、モータを必要時にのみ作動させればよいので、消費電力を軽減することができる。

請求項６に係る発明によれば、クラッチ機構は、通常走行時の最大駆動力ではスリップしないように固定され、駆動車輪に過大な回転トルクが入力された場合に、スリップするようになっているので、タイヤが縁石等に衝接するなどして駆動車輪に過大な回転トルクが入力された場合でも、クラッチ機構のスリップによって、遊星ギヤ機構に過大なトルクが発生することを回避することができる。

請求項７に係る発明によれば、車両には、電動モータから発生する回生電力を蓄電可能なモータ駆動用バッテリーが搭載され、モータ駆動用バッテリーの蓄電状態を監視し、蓄電の必要がないときは、クラッチ機構を自由状態にするようになっているので、満充電の場合には、電動モータを回転させなくして発電を停止することができ、従来設置していたような、満充電のバッテリーへの充電を防止するためのインバータ制御等を不要にでき、満充電の場合の発電の停止を低コストで実現することができる。

本発明の実施の形態に係る車輪駆動装置を示す概要図である。 図１に示す車輪駆動装置にクラッチ機構を制御するクラッチ制御手段を併記した図である。 本実施の形態に係るクラッチ機構の一例を示す図である。 クラッチ機構の変形例を示す図である。 本実施の形態に係るアクセル開度と加減速との関係を示す図である。 従来におけるアクセル開度と加減速との関係を示す図である。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る車両の車輪駆動装置の概要図を示すもので、当該車輪駆動装置１０は、主として、電動モータ１１と、電動モータ１１によって駆動され、駆動車輪１２を回転駆動する遊星ギヤ機構１３と、遊星ギヤ機構１３のリングギヤの回転を規制あるいは許容するクラッチ機構１４とを有している。

電動モータ１１は、駆動車輪１２内に組み込まれたインホイールモータからなり、コイル１６を巻回した固定子としてのステータ１５と、ステータ１５の内周に配置され、モータ軸線の回りに回転可能な回転子としてのロータ１７と、ロータ１７の回転数を検出するモータ回転センサ１８を有している。

遊星ギヤ機構１３は、モータ軸線の回りにそれぞれ回転可能に支持されたサンギヤ２１、リングギヤ２２およびキャリヤ２３と、キャリヤ２３に回転可能に支持された遊星ギヤ２４とによって構成されている。遊星ギヤ２４は、サンギヤ２１とリングギヤ２２とに同時に噛合い、サンギヤ２１の周りを公転かつ自転可能である。

遊星ギヤ機構１３のサンギヤ２１は、電動モータ１１のロータ１７に連結され、ロータ１７と一体的に回転駆動される。一方、キャリヤ２３は、車輪駆動軸２５を介して駆動車輪１２に連結され、キャリヤ２３の回転によって駆動車輪１２が回転駆動される。電動モータ１１は、車両の走行状態に応じて、正回転あるいは逆回転され、これによって、駆動車輪１２が正逆回転されて車両が前進後退される。

上記した構成の電動モータ１１を駆動源とする車輪駆動装置１０は、車両の左右両側にそれぞれ配設され、各車輪駆動装置１０によって左右の駆動車輪１２をそれぞれ駆動するようになっている。

図２において、電動モータ１１のステータ１５のコイル１６には、車両運動制御用のＥＣＵ３０によって制御されるインバータ３１より電圧が印加されるようになっている。ＥＣＵ３０には、イグニッションスイッチのＯＮ、ＯＦＦ信号ＩＧ、車速信号ＳＰＤ、アクセル開度信号ＡＣＣおよびバッテリー充電状態信号ＳＯＣが入力されるようになっており、各種信号に応じてインバータ３１を制御して電動モータ１１の回転を制御するとともに、クラッチ機構１４を制御するようになっている。なお、図中３２は、車両に搭載されるモータ駆動用バッテリーを示す。

クラッチ機構１４は、図３に示すように、ハウジング３３と、ハウジング３３内に収容された多板クラッチ３４と、多板クラッチ３４を加圧するためのピストン３５を有している。多板クラッチ３４の内側クラッチプレート３６は、リングギヤ２２の外周に形成されたスプラインに回転係合され、多板クラッチ３４の外側クラッチプレート３７は、ハウジング３３の内周に形成されたスプラインに回転係合されている。多板クラッチ３４の内側および外側クラッチプレート３６、３７は、後述する構成のクラッチ制御手段４０によって締結されたり、締結を解除されるようになっている。

すなわち、図２に示すように、電動モータ１１のロータ１７には、冷却用油圧ポンプ４１が連結されている。電動モータ１１によって冷却用油圧ポンプ４１が駆動されると、リザーバ４２より冷却油が汲み上げられ、冷却油供給通路４３を介して電動モータ１１の冷却系に冷却油が供給される。冷却油供給通路４３には、クラッチ制御通路４４が分岐され、クラッチ制御通路４４は絞り通路４５を介して、多板クラッチ３４とピストン３５との間に形成された油圧作動室４６（図３参照）に連通されている。クラッチ制御通路４４には、油圧作動室４６と絞り通路４５との間に、リザーバ４２に連通する排出通路４７が接続されている。排出通路４７中には、ＥＣＵ３０からの信号に基づいて開度が制御されるリニアソレノイドバルブからなるクラッチ制御バルブ４８が設けられている。

クラッチ制御バルブ４８は、通常閉止されており、これによって、クラッチ機構１４の油圧作動室４６には高圧の油圧が導入され、クラッチ機構１４の多板クラッチ３４を締結して、遊星ギヤ機構１３のリングギヤ２２を固定状態に保持している。しかるに、ＥＣＵ３０からのクラッチ制御信号によって、クラッチ制御バルブ４８が開放制御されると、クラッチ機構１４の油圧作動室４６に導入される油圧が低下される。これにより、クラッチ機構１４の多板クラッチ３４の締結が解除されて、遊星ギヤ機構１３のリングギヤ２２はフリーに回転できる状態となる。この状態においては、電動モータ１１と駆動車輪１２は機械的に分離された状態となり、電動モータ１１の回転駆動を停止しても、駆動車輪１２はフリーで回転できるようになる。

このように、クラッチ機構１４の油圧作動室４６に、クラッチ制御バルブ４８によって所定圧の油圧を導入することにより、多板クラッチ３４を所定の圧力で締結して、遊星ギヤ機構１３のリングギヤ２２を固定状態に保持し、通常の走行時の最大駆動力では、多板クラッチ３４がスリップしないようにしている。しかしながら、駆動車輪１２に予期せぬ回転トルクが入力され、多板クラッチ３４の締結力以上のトルクが作用すると、多板クラッチ３４がスリップする。これによって、遊星ギヤ機構１３やその他の構成部品の破損を防止することができる。

ＥＣＵ３０には、車両が加速でも減速でもない空走状態を判断するために、図５に示すように、アクセル開度と加減速との関係を表わすマップが格納されている。かかるマップは、車速に応じて複数用意され、車速に応じて選択された１つのマップより、アクセル開度信号ＡＣＣに基づいて、加速（０−Ａ）でも減速（Ｂ−Ｃ）でもないアクセル開度を検出することにより、ＥＣＵ３０によって空走状態と判断するようにしている。

なお、空走状態の判断は、上記したマップを用いる方法のほか、車速とアクセル開度を予め定められた演算式に代入して求める方法でもよい。

次に、上記した構成における動作について説明する。運転者が車両を加速もしくは減速させるべくアクセル開度を制御すると、ＥＣＵ３０にアクセル開度信号ＡＣＣと車速信号ＳＰＤが入力され、電動モータ１１がアクセル開度に応じた回転速度で回転駆動されるとともに、遊星ギヤ機構１３のサンギヤ２１が回転駆動される。通常時は、遊星ギヤ機構１３のリングギヤ２２がクラッチ機構１４によって固定（回転を規制）されているため、電動モータ１１によってサンギヤ２１が回転駆動されると、キャリヤ２３に支持された遊星ギヤ２４がリングギヤ２２に噛合いながら公転運動され、キャリヤ２３が所定の減速比で減速回転される。これにより、車輪駆動軸２５を介して駆動車輪１２が電動モータ１１の回転速度に応じた回転速度で回転駆動され、車両が走行される。

ＥＣＵ３０に入力される車速信号ＳＰＤとアクセル開度信号ＡＣＣとに基づいて、車両が加速でも減速でもない空走状態であることが判断されると、ＥＣＵ３０によってクラッチ制御バルブ４８が開放制御され、クラッチ機構１４の締結が解除される。これにより、遊星ギヤ機構１３のリングギヤ２２が自由に回転できる状態となる。この結果、駆動車輪１２の回転はキャリヤ２３を介してリングギヤ２２に伝達され、電動モータ１１の回転駆動を停止することができ、コギングトルクやディテントトルクによる抵抗は発生しない。従って、電動モータ１１に電力を供給する必要がないので、電力消費を低減できるようになる。

すなわち、従来においては、図６に示すように、加速でも減速でもない状態においても、電動モータ１１を空走制御する必要があった。すなわち、電動モータ１１が電力を入力しない場合においても、モータの構成上、コギングトルクやディテントトルクと呼ばれる回転抵抗力があり、また、外部より回転力を受けることにより発電し、車両走行抵抗力が発生するため、電動モータ１１をインバータ等によって無負荷制御あるいはモータ内部抵抗に相当する駆動力を発生させる必要があった。このため、空走状態であるにも拘らず、電動モータ１１には電力が供給され、電力消費が増加することになり、燃費を悪化させる要因となっていた。

これに対して、本実施の形態においては、図５に示すように、車両が加速でも減速でもない空走状態となると、クラッチ制御手段４０によってクラッチ機構１４の締結が解除され、遊星ギヤ機構１３のリングギヤ２２が自由に回転できる状態となって、電動モータ１１へは回転が伝わらないため、電動モータ１１に電力を供給する必要がなく、電力消費を低減できるようになる。

なお、クラッチ制御手段４０によるクラッチ機構１４の締結解除は、上記した空走状態に限らず、電動モータ１１の故障時や、車両の牽引時等においても同様に行われる。例えば、ＥＣＵ３０からのモータ回転指示にもかかわらず、電動モータ１１のロータ１７が回転しなかった場合、これをモータ回転センサ１８により検出して、クラッチ制御手段４０によってクラッチ機構１４の締結を解除する。あるいはまた、ＥＣＵ３０によって車両牽引モードであることが判断された場合にも、クラッチ制御手段４０によってクラッチ機構１４の締結が解除され、車両牽引を可能にする。

本実施の形態に係る車輪駆動装置１０においては、電動モータ１１から発生する回生電力を、モータ駆動用バッテリー３２（図２参照）に蓄電することができる。ここで、車輪駆動装置１０がＥＶ（電動車両）またはＨＶ(ハイブリッド車両）に使用される場合には、車両の使用状態によっては、モータ駆動用バッテリー３２の蓄電状態が満充電になる場合も考えられる。従って、ＥＣＵ３０に入力されるバッテリー充電状態信号ＳＯＣに基づいて、バッテリー３２の蓄電状態が満充電であると判断された場合には、クラッチ機構１４を自由状態に制御することにより、電動モータ１１の回転駆動を停止し、電動モータ１１による発電を停止することが可能となる。これによって、満充電のモータ駆動用バッテリー３２への充電を防止するためのインバータ制御等を不要にすることができる。

上記した実施の形態によれば、電動モータ１１の回転を減速し、トルク増大して駆動車輪１２に伝達する遊星ギヤ機構１３と、遊星ギヤ機構１３のリングギヤ２２の回転を自由状態または固定状態にするクラッチ機構１４と、クラッチ機構１４を、通常はリングギヤ２２を固定状態に保持するように制御し、車両の空走時を検出してリングギヤ２２の回転を自由状態にするように制御するクラッチ制御手段４０を有している。

かかる構成により、車両の空走時には、電動モータ１１と駆動車輪１２とを機械的に分離でき、空走時に電動モータ１１の回転駆動を停止しても、駆動車輪１２の回転によって遊星ギヤ機構１３のキャリヤ２３を介してリングギヤ２２が回転されるため、電動モータ１１へは回転が伝わらなくすることができる。従って、コギングトルクやディテントトルクによる抵抗は発生せず、電力消費を低減することができる。

しかも、クラッチ制御手段４０は、電動モータ１１によって駆動される電動モータ冷却用ポンプ４１より吐出される冷却オイルの圧力により駆動されるようになっているので、電動モータ冷却用ポンプ４１より吐出される冷却オイルを利用して、クラッチ機構１４を容易に制御することができる。

図４は、クラッチ制御手段４０の変形例を示すもので、クラッチ機構１４の多板クラッチ３４を、電動モータ１１とは別の回転モータ５０によって、締結および締結解除するようにしたものである。なお、上記した実施の形態で述べたと同一の構成部品については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図５において、クラッチ機構１４のハウジング３３の内周には、ねじ部３３ａが形成され、このねじ部３３ａに多板クラッチ３４を押圧するリング状の加圧部材５１の外周がねじ係合されている。加圧部材５１の内周にはギヤ部５１ａが形成され、このギヤ部５１ａに噛合うギヤ５２が回転モータ５０の出力軸に設けられている。これにより、回転モータ５０の回転によりギヤ５２を介して加圧部材５１が回転と同時にねじ作用によって軸方向に移動され、多板クラッチ３３が締結、あるいは締結解除される。

かかる変形例によれば、電動モータ１１を冷却する油圧源を有しない車両においても、小形の回転モータ５０を使用してクラッチ機構１４を制御することが可能となる。しかも、回転モータ５０は必要時にのみ作動させればよいので、クラッチ機構１４を作動する必要がない場合には電力を必要とせず、消費電力を軽減することができる。

上記した実施の形態においては、電動モータ１１を駆動源とする車輪駆動装置１０を、車両の左右両側にそれぞれ配設する例について述べたが、左右の駆動車輪１２をデファレンシャル機構を介して互いに連結し、このデファレンシャル機構に、電動モータ１１の回転を入力して左右の駆動車輪１２を回転駆動するように構成すれば、１つの電動モータ１１によって車輪駆動装置１０を構成することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

本発明に係る車輪駆動装置は、電動モータの回転を減速する遊星ギヤ機構を介して駆動車輪を回転駆動する車両に用いるのに適している。

１０…車輪駆動装置、１１…電動モータ、１２…駆動車輪、１３…遊星ギヤ機構、１４…クラッチ機構、２１…サンギヤ、２２…リングギヤ、２３…キャリヤ…、２４…遊星ギヤ、４０…クラッチ制御手段。

Claims (7)

1. 電動モータと、
   該電動モータの回転を減速し、トルク増大して駆動車輪に伝達する遊星ギヤ機構と、
   該遊星ギヤ機構のリングギヤの回転を自由状態または固定状態にするクラッチ機構と、
   車速信号およびアクセル開度信号を入力し、前記車速信号およびアクセル開度信号に基づいて、車両が加速でも減速でもない空走状態を判断し、前記空走状態が判断されると、前記クラッチ機構によって回転規制された前記リングギヤを固定状態から自由状態にするよう制御するクラッチ制御手段と、
   を有する車両の車輪駆動システム。
2. 請求項１において、前記電動モータは、駆動車輪に設けられたインホイールモータである車両の車輪駆動装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記クラッチ制御手段は、前記電動モータが故障あるいはロックした場合に、前記リングギヤの回転を自由状態にするように前記クラッチ機構を制御する車両の車輪駆動装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか1項において、前記クラッチ制御手段は、前記電動モータによって駆動される電動モータ冷却用ポンプより吐出される冷却オイルの圧力により駆動されるようになっている車両の車輪駆動装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか1項において、前記クラッチ制御手段は、前記電動モータとは別に設けたモータによって駆動されるねじ機構によって駆動されるようになっている車両の車輪駆動装置。
6. 請求項１ないし請求項３のいずれか1項において、前記クラッチ機構は、通常走行時の最大駆動力ではスリップしないように固定され、前記駆動車輪に過大な回転トルクが入力された場合に、スリップするようになっている車両の車輪駆動装置。
7. 請求項１において、前記車両には、前記電動モータから発生する回生電力を蓄電可能なモータ駆動用バッテリーが搭載され、該モータ駆動用バッテリーの蓄電状態を監視し、蓄電の必要がないときは、前記クラッチ機構を自由状態にするようになっている車両の車輪駆動装置。

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