JP6320104B2 - 駆動力伝達装置及び駆動力伝達装置を備えた車両 - Google Patents

Description

本発明は、駆動力伝達装置及び駆動力伝達装置を備えた車両に関するものである。

モータユニットは、回転トルクを利用した各種のアクチュエータに用いられており、ユニット枠内にモータを配備している。特に車両用のアクチュエータでは、高温環境や低温環境下で生じるマグネットの減磁による性能低下を避けることができるＳＲモータを用いたモータユニットの活用に期待が寄せられている。

ＳＲモータ（switched reluctance motor）は、マグネットを持たず、ロータ側にコイルを持たない（ブラシレス）構造を有しており、回転自在に支持されるロータとこのロータの回転軸と同軸状に配置されるステータとで構成される。ＳＲモータを用いたモータユニットは、車両の駆動力伝達装置やシフトレンジ切換装置など用のアクチュエータとして用いられている（下記特許文献１参照）。

特開２００５−２８２６０１号公報

従来、モータユニットにおけるコイルへの給電は、コイルに接続されるケーブルをモータユニットの枠から引き出し、このケーブルをモータユニットの枠とは別の枠に納めた駆動回路に接続している。このようにモータユニットと駆動回路とを別枠にしてケーブルで連結する従来技術は、コイルと駆動回路とを繋ぐケーブルで電力ロスが発生してモータを駆動するための電力消費に影響すると共に、モータユニットとは別に駆動回路が収納された枠を設置する必要があるので大きな設置スペースが必要になる。

これに対して、モータユニット内に駆動回路を配置しようとすると、駆動回路が発生する熱によってユニット内が高温になり駆動回路自身に熱損が生じ易くなること、モータが発生する振動やノイズの影響を駆動回路が受けやすくなること、車両用アクチュエータに用いられるモータユニットなどではユニット内に混入する油が駆動回路に付着し易くなることなどによって、駆動回路に性能劣化が生じることが問題になる。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、モータユニット内に駆動回路を収納することで電力ロスを解消すると共に省スペース化を可能にし、更に、駆動回路の性能劣化を抑止することができるモータユニットを提供すること、等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明によるモータユニットは、明細書に記載された幾つかの発明のうち以下の構成を具備するものである。

回転軸に沿った中空孔を有する中空ロータと、前記中空ロータを第１の軸受と第２の軸受を介して回転自在に軸支し前記中空ロータの外周を囲む枠体と、前記枠体の内部に固定され、前記中空ロータに向けた突極と該突極に巻かれたコイルを備え、前記中空ロータと同軸状に配置されるステータと、前記枠体の内部に設けられ前記コイルに接続される駆動回路基板と、前記駆動回路基板と前記枠体の内面との間を埋めた弾性部材とからなるモータユニットを備え、さらに、前記中空ロータの回転を減速して前記回転軸周りに回転する出力ギヤに出力する減速ギヤ部と、前記出力ギヤの出力回転によって作動する作動部と、前記作動部の作動で駆動軸の駆動力を被駆動軸に伝達するクラッチ機構と、を備えた駆動力伝達装置であって、前記減速ギヤ部は、前記ステータに対して前記回転軸方向の一側に配置され、前記駆動回路基板は、前記第１の軸受の外径側であって、前記ステータに対して前記回転軸方向の他側に配置されたことを特徴とする駆動力伝達装置。

本発明の一実施形態に係るモータユニット、アクチュエータ、駆動力伝達装置の断面構造を示した説明図である。 本発明の一実施形態に係るモータユニットの構成例を示した説明図である。 本発明の一実施形態に係るアクチュエータの減速ギヤ部の構成例を示した説明図である。 本発明の一実施形態に係るモータユニットの他の構成例を示した説明図である。 本発明の一実施形態に係るモータユニットを備えた車両を示した説明図である。

本発明の実施形態に係るモータユニットは、回転軸に沿った中空孔を有する中空ロータと、中空ロータを回転自在に軸支し中空ロータの外周を囲む枠体と、枠体の内部に固定され、中空ロータに向けた突極と突極に巻かれたコイルを備え、中空ロータと同軸状に配置されるステータと、枠体の内部に設けられコイルに接続される駆動回路基板とを備える。そして、枠体内に設けられた駆動回路基板に対して、駆動回路基板と枠体の内面との間を弾性部材で埋めている。

このような特徴を有するモータユニットは、車両用として用いる場合に、車両の動力伝達軸を中空ロータの中空孔に通してモータユニットを配備することができるので、設置スペースの省スペース化が可能になり、また、動力伝達軸周りのデッドスペースを削減することができる。また、モータユニットの枠体内に駆動回路基板を収納することで、モータを駆動するコイルと駆動回路基板とを繋ぐケーブルの長さを短くすることができ、ケーブルを電流が流れることによる電力ロスを最小限に抑えることができる。また、駆動回路基板を別のユニット枠に収める場合と比較して、設置のためのスペースを省スペース化することができる。

更に、枠体に収められた駆動回路基板と枠体の内面との間を弾性部材で埋めることで、駆動回路が発生する熱を弾性部材を介して枠体に導き放熱させることができ、枠体内の温度上昇を抑えることができるので、周辺温度の上昇による駆動回路の性能劣化を抑止することができる。また、弾性部材が振動を吸収することで、枠体などの振動が駆動回路基板に伝わるのを抑止することができ、これによっても駆動回路の性能劣化を抑止することができる。

以下、図面を参照して本発明より具体的な実施形態を説明する。ここでは駆動力伝達装置とこれに用いられるモータユニットを例にして説明するが、本発明の実施形態は特にこれに限定されるものではない。図１は、本発明の一実施形態に係るモータユニット、アクチュエータ、これを備えた駆動力伝達装置の断面構造を示している。

モータユニット１０は、回転軸Ｏｍに沿った中空孔１１Ａを有する中空ロータ１１と、中空ロータ１１を回転自在に軸支し中空ロータ１１の外周を囲む枠体１２と、枠体１２の内部に固定され、中空ロータ１１に向けた突極１４Ａと突極１４Ａに巻かれたコイル１４Ｂを備え、中空ロータ１１と同軸状に配置されるステータ１４と、枠体１２の内部に設けられコイル１４Ｂに接続される駆動回路基板１５とを備えている。

図示の例では、中空ロータ１１の中空孔１１Ａには、車両の動力伝達軸であるインナーシャフトＡ３が通されている。インナーシャフトＡ３の周りに配置された枠体１２は、軸受１２Ａを介してインナーシャフトＡ３に支持されており、インナーシャフトＡ３と中空ロータ１１の周囲を囲むように配備されている。中空ロータ１１は、枠体１２の回転軸Ｏｍ側に軸受（第１の軸受）１３Ａ，（第２の軸受）１３Ｂを介して軸支されている。これによって、中空ロータ１１は、車両の動力伝達軸であるインナーシャフトＡ３と同軸状に配置され、インナーシャフトＡ３には直接接触すること無く回転軸Ｏｍ周りに回転できるようになっている。

図２は、モータユニット１０における回転軸Ｏｍの軸に垂直な断面構造を示している。中空ロータ１１は、その外周にステータ１４に向けて突出する複数の突極１１Ｂを備えている。また、枠体１２に固定され中空ロータ１１の外周に沿って配置されるステータ１４は、回転中心向きに突出した複数の突極１４Ａを備えており、その突極１４Ａにはモータユニット１０を作動させるためのコイル１４Ｂが巻かれている。

図示の例では、モータユニット１０は、中空ロータ１１と同軸状のステータ１４を備えるＳＲモータ（switched reluctance motor）である。ＳＲモータは、マグネットを持たないモータであって、コイル１４Ｂに供給される電流によって生み出される磁界による吸引力を各突極１４Ａにて順次変化させることで、中空ロータ１１を回転軸Ｏｍ周りに回転させる。

モータユニット１０は枠体１２内に駆動回路基板１５を備えている。駆動回路基板１５は中空の円板状に形成され、回転軸Ｏｍと交差する面内に配置されている。枠体１２は、回転軸Ｏｍと交差する壁面を備えており、この壁面と対面するように駆動回路基板１５が配置されている。駆動回路基板１５には、その両面に回路部品が実装されており、枠体１２の回転軸Ｏｍと交差する壁面と対面する側の面には発熱性の高い回路部品１５Ａが集められ、駆動回路基板１５のコイル１４Ｂに対面する側の面には比較的発熱性の低い回路部品１５Ｂが実装されている。

モータユニット１０は、枠体１２の内部に設けられた駆動回路基板１５と枠体１２の内面との間を弾性部材１６で埋めている。弾性部材１６は、熱伝導性の高い材料が用いられ、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＥ）、エチレン・ブロビレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロブレンゴム（ＣＲ）などを用いることができる。図１に示した例では、弾性部材１６が駆動回路基板１５と枠体１２の回転軸Ｏｍと交差する方向に沿った内面との間を埋めている。枠体１２の内部においてはコイル１４Ｂに駆動回路基板１５を接続した後に、駆動回路基板１５と枠体１２の内面との間を弾性部材１６で埋める。

このように駆動回路基板１５を枠体１２内に収納することによって、駆動回路基板１５とコイル１４Ｂとの接続配線距離を短くすることができる。これによって、コイル１４Ｂと駆動回路基板１５とを繋ぐケーブルでの電力ロスを最小限に抑えることができる。また、駆動回路基板を収容する枠を別途設ける必要が無くなるので、モータユニット１０の設置スペースを削減することが可能になる。また、弾性部材１６が振動を吸収するので、駆動回路基板１５に振動が伝わるのを抑止することができ、振動による駆動回路の性能劣化を抑止することができる。

アクチュエータ１は、モータユニット１０に加えて減速ギヤ部２０を備えている。減速ギヤ部２０は、中空ロータ１１の回転を減速して回転軸Ｏｍ周りに回転する出力ギヤに出力するものである。図３は、減速ギヤ２０の構成例を示している。図示の例では、減速ギヤ部２０は、中空ロータ１１によって偏心回転する公転外歯ギヤ２１と公転外歯ギヤ２１の外歯に噛み合う内歯を備えた固定外周内歯ギヤ２２を備えている。ここで、公転外歯ギヤ２１は中空ロータ１１の偏心外周部１１Ｃに軸受２３を介して回転自在に軸支されている。これによって、中空ロータ１１の回転軸Ｏｍ周りの回転によって公転外歯ギヤ２１の中心が一点破線で示すような軌跡Ｌを描き回転軸Ｏｍの周りを公転することになる。

これに対して、公転外歯ギヤ２１の外歯に噛み合う固定外周内歯ギヤ２２は、枠体１２にネジ１２Ｂで固定されており、公転外歯ギヤ２１の外歯の歯数より多い歯数の内歯を備えている。このため、中空ロータ１１の回転軸Ｏｍと公転外歯ギヤ２１の中心とを結ぶ延長線上で公転外歯ギヤ２１は固定外周内歯ギヤ２２と部分的に噛み合うことになり、そのかみ合い箇所が、中空ロータ１１の回転に伴って固定外周内歯ギヤ２２の周りを回ることになる。そして、公転外歯ギヤ２１の公転１回（中空ロータ１１の１回転）で公転外歯ギヤ２１は、自身の外歯と固定外周内歯ギヤ２２の内歯の歯数の差分だけ自転することになり、中空ロータ１１の回転を公転外歯ギヤ２１の自転回転として大きく減速させて出力することができる。

図示の例では、減速ギヤ部２０は、中空ロータ１１の回転に対して偏心回転する公転外歯ギヤ２１の自転回転を出力ギヤの出力回転としているが、これに限らず、中空ロータ１１の外周にサンギヤ（外歯）を固定し、枠体１２に固定される内歯ギヤとサンギヤの間に噛み合う遊星キャリアの公転を出力ギヤの出力回転として取り出す遊星歯車機構によって構成することもできる。

モータユニット１０を備える駆動力伝達装置Ａは、図１に示すように、ハウジングＡ１，ハウジングＡ１内のクラッチ室に設けられるクラッチ機構Ａ２，インナーシャフトＡ３が構成要素になる。駆動力伝達装置Ａは、例えば、駆動軸であるハウジングＡ１の駆動力をクラッチ機構Ａ２を介して被駆動軸であるインナーシャフトＡ３に伝達するものであり、車両の動力伝達軸に対して装備される。この駆動力伝達装置ＡがＦＦの２ＷＤとＡＷＤを切り換える切換装置として機能する場合には、ハウジングＡ１は、エンジンの駆動力で回転するプロペラシャフトに連結され、インナーシャフトＡ３は、リアディファレンシャル機能のピニオンシャフトなどに連結されることになる。

駆動力伝達装置Ａを作動させるためのアクチュエータ１は、車両の動力伝達軸であるインナーシャフトＡ３と同軸状に配備されており、モータユニット１０、減速ギヤ部２０を備えており、駆動力伝達装置Ａは、アクチュエータ１の出力回転によって作動する作動部３０を備えている。

作動部３０は、カム機構などで構成することができ、アクチュエータ１の出力回転を回転軸Ｏｍ方向の変位に変換してクラッチ機構を動作させるものである。ここでは、公転外歯ギヤ２１の側面に設けた孔２１Ａに出力ピン３１を遊嵌させ、公転外歯ギヤ２１の自転回転を複数の出力ピン３１の回転軸Ｏｍ周りの摺動として取り出している。複数の出力ピン３１には、回転軸Ｏｍの周りに環状に配備された第１カム体３２が固定されている。第１カム体３２は、出力ピン３１の摺動角度を回転軸Ｏｍの軸方向に沿った変位に変換するカム面３２Ａを備えており、このカム面３２Ａの変位によってカム面３２Ａ上の第２カム体３３の位置を回転軸Ｏｍの軸方向に変位させている。

この作動部３０によると、公転外歯ギヤ２１の自転回転に伴って、第１カム体３２が回転軸Ｏｍ周りに所定角度摺動し、第１カム体３２のカム面３２Ａの変位によって第２カム体３３を回転軸Ｏｍの軸に沿って摺動させる。これによって、クラッチ機構Ａ２を軸方向に沿って移動させ、クラッチ機構Ａ２の状態を非結合状態から結合状態に変化させる。

アクチュエータ１は、モータユニット１０と減速ギヤ部２０を車両の動力伝達軸と同軸状に配置することができる。これによって、動力伝達軸に対してオフセットした位置にモータを配置していた従来のアクチュエータと比較して、設置スペースを省スペース化することが可能になる。これによって、車両の車室空間を狭めたり、周辺の他の装備の配置に影響を与えたりすること無く、車両にアクチュエータ１を配備することが可能になる。

アクチュエータ１を備える駆動力伝達装置Ａは、作動部３０が車両の動力伝達軸と同軸状に配置されているので、これによっても設置の省スペース化が可能である。また、図１に示されるように、アクチュエータ１を駆動力伝達装置ＡのハウジングＡ１内に収容することが可能になり、駆動力伝達装置Ａの周囲から余計な出っ張り形状を排除することができる。これによって、駆動力伝達装置Ａの周囲に無用なデッドスペースが生じるのを避けることができる。

そして、アクチュエータ１のモータユニット１０は、図２に示したようなＳＲモータによって構成することができるので、高温状態や低温状態で減磁が起きるマグネットを用いないモータ構造にすることができる。これにより、使用環境条件を制限することなく、駆動力伝達装置などを安定的に動作させることができる。

また、図示の例のように、減速ギヤ部２０を、中空ロータ１１によって偏心回転する公転外歯ギヤ２１と公転外歯ギヤ２１の外歯に噛み合う内歯を有する固定外周内歯ギヤ２２とからなる構成にして、公転外歯ギヤ２１の自転回転を出力することで、大きな減速比を得ながら減速ギヤ部２０の軸方向の厚みは歯車一枚分の厚みで済む。このような減速ギヤ部２０を備えるアクチュエータ１は、軸方向のスペースも省スペース化することができる。

図４は、本発明の実施形態に係るモータユニット１０の他の形態例を示している。前述した説明と共通する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例は、枠体１２内に配置される駆動回路基板１５とコイル１４Ｂが弾性部材１６で覆われている。これにより弾性部材１６は、駆動回路基板１５と枠体１２の内面との間だけでなく、駆動回路基板１５とコイル１４Ｂとの間にも配置されることになる。これによると、弾性部材１６に電磁波シールド機能を持たせることで、駆動回路がモータユニット１０を駆動させる際に発生するノイズの影響を受けることを抑止することができる。更に、駆動回路基板１５の周囲を弾性部材１６で覆うので、枠体１２内に油が混入した場合にも、油による駆動回路の腐食劣化を防ぐことができる。

また、図示の例では、枠体１２の外表面１２Ｐに段差部（或いは凹凸部）を設けている。これによると、枠体１２の外表面積を拡げることで、弾性部材１６を介して枠体１２に伝わる熱の放熱効果が高められる。

図５は、本発明の一実施形態に係る車両用アクチュエータを備えた車両を示している。車両１００はアクチュエータ１を備えており、アクチュエータ１によって作動する駆動力伝達装置Ａを備えている。このような車両１００においては、動力伝達軸が通る中空孔１１Ａを有し中空孔１１Ａの中心を回転軸Ｏｍとして回転自在に軸支された中空ロータ１１を備えるモータユニット１０に制御信号を送って中空ロータ１１を回転させ、動力伝達軸周りに回転する出力ギヤを備える減速ギヤ部２０によって中空ロータ１１の回転を減速し、出力ギヤの回転によって作動部３０を作動して、作動される駆動力伝達装置Ａによって駆動軸の駆動力を被駆動軸に伝達している。

この例では、エンジン１０１の駆動力は、変速機１０２を経由してフロントディファレンシャル装置１０３に伝達される。フロントディファレンシャル装置１０３は、駆動力を左右のフロントアクスルシャフト１０４に出力して、前輪１０５Ｌ，１０５Ｒを駆動する共に、プロペラシャフト１０６に出力する。プロペラシャフト１０６は、駆動力伝達装置Ａを介してリアディファレンシャル装置３に連結されており、駆動力伝達装置Ａが被駆動軸であるリアディファレンシャル装置３のピニオンシャフトに駆動力を伝達しない場合には、車両１００は前輪１０５Ｌ，１０５Ｒによる２ＷＤ走行を行う。そして、駆動力伝達装置Ａが被駆動軸であるリアディファレンシャル装置２のピニオンシャフトに駆動力を伝達する場合には、駆動力はリアディファレンシャル装置３を介して左右のリアアクスルシャフト１０７に出力され、前輪１０５Ｌ，１０５Ｒに加えて後輪１０８Ｌ，１０８Ｒが駆動され、車両１００は四輪によるＡＷＤ走行を行う。

図示の例では、駆動力伝達装置Ａがリアディファレンシャル装置２に並列配備されており、モータユニット１０の枠体１２がリアディファレンシャル装置２に接するように配置されている。これによって、駆動回路が発して弾性部材１６から枠体１２に伝達した熱を、熱容量の高いリアディファレンシャル装置２を介して効率的放熱することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１：アクチュエータ，
１０：モータユニット，１１：中空ロータ，
１１Ａ：中空孔，１１Ｂ：突極，
１２：枠体，１２Ａ：軸受，１２Ｂ：ネジ，
１３Ａ，１３Ｂ：軸受（第１又は第２の軸受），
１４：ステータ，１４Ａ：突極，１４Ｂ：コイル，
１５：駆動回路基板，１５Ａ，１５Ｂ：回路部品，
１６：弾性部材，
２０：減速ギヤ部，２１：公転外歯ギヤ，２１Ａ：孔，
２２：固定外周内歯ギヤ，
３０：作動部，３１：出力ピン，３２：第１カム体，３２Ａ：カム面，
３３：第２カム体，
２：リアディファレンシャル装置，
１００：車両，１０１：エンジン，１０２：変速機，
１０３：フロントディファレンシャル装置，
１０４：フロントアクスルシャフト，１０５Ｌ，１０５Ｒ：前輪，
１０６：プロペラシャフト，１０７：リアアクスルシャフト，
１０８Ｌ，１０８Ｒ：後輪，
Ｏｍ：回転軸，Ａ：駆動力伝達装置，Ａ１：ハウジング（動力伝達軸），
Ａ２：クラッチ機構，Ａ３：インナーシャフト（動力伝達機軸）

Claims (2)

1. 回転軸に沿った中空孔を有する中空ロータと、
   前記中空ロータを第１の軸受と第２の軸受を介して回転自在に軸支し前記中空ロータの外周を囲む枠体と、
   前記枠体の内部に固定され、前記中空ロータに向けた突極と該突極に巻かれたコイルを備え、前記中空ロータと同軸状に配置されるステータと、
   前記枠体の内部に設けられ前記コイルに接続される駆動回路基板と、
   前記駆動回路基板と前記枠体の内面との間を埋めた弾性部材とからなるモータユニットを備え、
   さらに、前記中空ロータの回転を減速して前記回転軸周りに回転する出力ギヤに出力する減速ギヤ部と、
   前記出力ギヤの出力回転によって作動する作動部と、
   前記作動部の作動で駆動軸の駆動力を被駆動軸に伝達するクラッチ機構と、を備えた駆動力伝達装置であって、
   前記減速ギヤ部は、前記ステータに対して前記回転軸方向の一側に配置され、
   前記駆動回路基板は、前記第１の軸受の外径側であって、前記ステータに対して前記回転軸方向の他側に配置されたことを特徴とする駆動力伝達装置。
2. 請求項１記載の駆動力伝達装置を備え、前記被駆動軸を動力伝達軸とする車両であって、前記中空孔に前記動力伝達軸を通したことを特徴とする車両。

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