JPWO2013046748A1 - 電気自動車用駆動装置 - Google Patents

Abstract

遊星歯車式変速機１２を組み込んだ電気自動車用駆動装置を小型かつ軽量にし、充電１回当たりの走行距離を長くして、電気自動車の利便性の向上を図る。遊星歯車式変速機１２は、シングルピニオン式である第一遊星歯車機構１６と、ダブルピニオン式である第二遊星歯車機構１７とから構成され、第一および第二の電動モータ１０、１１の動力を所望の変速比で変速してから、従動側回転軸１５に伝達する。一方向クラッチ１８は、第一キャリア１９と車体に固定の部分２７との間に、所定方向の回転を許容し、所定方向と逆方向の回転を阻止する状態で設けている。【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータの出力を変速（減速）して駆動輪に伝達する、電気自動車用駆動装置に関する。

近年における化石燃料への依存を低減させる流れを受けて、電気自動車の研究が進み、電気自動車はすでに一部で実用化されている。電気自動車の動力源である電動モータは、化石燃料を直接燃焼させることにより動く内燃機関（エンジン）とは異なり、一般的に起動時に最大トルクを発生するなど、出力軸のトルクおよび回転速度の特性が自動車用として好ましいので、内燃機関を駆動源とする一般的な自動車で必要とされる変速機を必ずしも設ける必要はない。ただし、電気自動車の場合でも、変速機を設けることにより、加速性能および高速性能を改善することができる。具体的には、変速機を設けることで、車両の走行速度と加速度との関係を、動力伝達系統に変速機を設けたガソリンエンジン車に近い、滑らかなものにすることができる。この点について、図５を参照しつつ説明する。

たとえば、電気自動車の駆動源である電動モータの出力軸と、駆動輪につながるデファレンシャルギヤの入力部との間に、減速比の大きな動力伝達装置を設けた場合、電気自動車の加速度（Ｇ）と走行速度（ｋｍ／ｈ）との関係は、図５の実線ａの左半部と鎖線ｂとを連続させたようになる。すなわち、低速時の加速性能は優れているが、高速走行はできなくなる。これに対して、前記出力軸と前記入力部との間に、減速比の小さな動力伝達装置を設けた場合、前記関係は、図５の鎖線ｃと実線ａの右半部とを連続させたようになる。すなわち、高速走行は可能になるが、低速時の加速性能が損なわれる。これに対して、前記出力軸と前記入力部との間に変速機を設け、車速に応じてこの変速機の減速比を変えれば、実線ａの左半部と右半部とを連続させたような特性を得ることが可能となる。この特性は、図５に破線ｄで示した、同程度の出力を有する一般的なガソリンエンジン車とほぼ同等となり、加速性能および高速性能に関して、変速機を設けることで、電気自動車においても、ガソリンエンジン車と同等の性能を得られることが理解される。

図６は、電動モータの出力軸と、駆動輪につながるデファレンシャルギヤの入力部との間に変速機を設けた電気自動車用駆動装置の従来構造の１例として、特開２００６−２２８７９号公報に開示された構造を示している。この電気自動車用駆動装置は、電動モータ１の出力軸の回転を、変速装置２を介して回転伝達装置３に伝達し、左右１対の駆動輪を回転駆動するように構成している。この変速装置２には、電動モータ１の出力軸と同心である、駆動側回転軸４と、従動側回転軸５との間に、減速比が互いに異なる、１対の歯車伝達機構６ａ、６ｂが設けられている。そして、１対のクラッチ機構７ａ、７ｂの切り換えにより、いずれか一方の歯車伝達機構６ａ（６ｂ）のみを、動力の伝達を可能な状態として、駆動側回転軸４と従動側回転軸５との間の減速比を大小の２段階に切り換え可能としている。

すなわち、クラッチ機構７ａ、７ｂのうちの一方のクラッチ機構７ａを、アクチュエータにより制御可能なものとし、他方のクラッチ機構７ｂを、回転速度が一定値以上となった場合に接続が外れるオーバランニングクラッチとしている。一方のクラッチ機構７ａを接続した状態では、他方のクラッチ機構７ｂは切断され（空転して）、駆動側回転軸４の回転トルクは、歯車伝達機構６ａ、６ｂのうちの一方である、減速比の小さい歯車伝達機構６ａを介して、従動側回転軸５に伝達される。一方のクラッチ機構７ａを切断した状態では、他方のクラッチ機構７ｂが接続され、駆動側回転軸４の回転トルクは、減速比の大きい他方の歯車伝達機構６ｂを介して、従動側回転軸５に伝達される。従動側回転軸５の回転は、回転伝達装置３によりデファレンシャルギヤ８の入力部に伝達され、もって左右１対の駆動輪を支持した出力軸９ａ、９ｂが回転駆動される。

このような従来構造の場合、径方向に離隔した状態で、互いに平行に配置された駆動側回転軸４と従動側回転軸５との間に、１対の歯車伝達機構６ａ、６ｂを設けているため、電気自動車用駆動装置が大型化してしまうという問題がある。また、クラッチ機構７ａ、７ｂのうち、一方のクラッチ機構７ａは、断接（係合）状態を切り換えるためのアクチュエータを備えることから、電気自動車用駆動装置の重量が嵩む可能性がある。一方、電気自動車の利便性を向上させるために、充電１回当たりの走行距離を長くするためには、電気自動車用駆動装置を小型かつ軽量にして、走行距離当たりの消費電力を少なくすることが重要である。

電気自動車用駆動装置を小型化するための技術として、特開２０１０−９０９４７号公報および特開２０１０−２２３２９８号公報には、管状である電動モータの出力軸の内径側と外径側とに、この出力軸と同心で、互いに異なる減速比を有する変速機構に接続された回転軸をそれぞれ設け、１対のクラッチにより、これらの内径側回転軸と外径側両回転軸のうち、いずれか一方の回転軸を回転駆動する技術が開示されている。ただし、これらの文献に開示された構造においても、クラッチの断接状態を切り換えるために、重量の嵩むアクチュエータが必要とされており、電気自動車用駆動装置の軽量化の観点からは、さらなる改良の余地があるといえる。

特開２００６−２２８７９号公報 特開２０１０−９０９４７号公報 特開２０１０−２２３２９８号公報

本発明は、上述のような事情に鑑み、小型かつ軽量に構成でき、充電１回当たりの走行距離を長くして、電気自動車の利便性を向上することができる電気自動車用駆動装置を実現することを目的としている。

本発明の電気自動車用駆動装置は、１対の電動モータと、これらの電動モータの出力軸によりそれぞれ回転駆動される第一および第二の駆動側回転軸を有する遊星歯車式変速機と、この遊星歯車式変速機の従動側回転軸の回転を、左右１対の駆動輪に伝達するための回転伝達装置とを備える。

前記遊星歯車式変速機は、第一および第二の駆動側回転軸と、前記従動側回転軸と、軸方向に離隔した状態で、互いに同心に配置された第一および第二の遊星歯車機構と、クラッチ装置とを組み合わせて構成される。

具体的には、このうちの第一遊星歯車機構は、第一キャリアと、第一太陽歯車と、第一遊星歯車と、第一リング歯車とを備え、第一キャリアに回転可能に支持された第一遊星歯車を、第一太陽歯車に噛合させるとともに、第一リング歯車にも噛合させる、シングルピニオン式となっている。そして、第一太陽歯車は、第一駆動側回転軸の軸方向中間部に、第一駆動側回転軸により回転駆動する（第一駆動側回転軸と同期して回転する）状態で設けられており、かつ、第一リング歯車は、第二駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられている。

また、第二遊星歯車機構は、第二キャリアと、第二太陽歯車と、第二および第三遊星歯車と、第二リング歯車とを備え、第二キャリアに回転可能に支持されて対となる第二および第三の遊星歯車を互いに噛合させるとともに、このうちの内径寄りの第二遊星歯車を第二太陽歯車に、外径寄りの第三遊星歯車を第二リング歯車に、それぞれ噛合させる、ダブルピニオン式となっている。そして、第二太陽歯車は、第一駆動側回転軸の端部に、第一駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられており、第二キャリアは、第一リング歯車と同期して回転するように設けられており、かつ、第二リング歯車により従動側回転軸を回転駆動するようになっている。

前記クラッチ装置は、第一キャリアを車体に固定の部分に対し回転が阻止される状態と、第一キャリアの回転が許容される状態とを切り換えるものである。前記クラッチ装置は、減速比の大きい低速モード状態では、前記クラッチ装置により第一キャリアが前記車体に固定の部分に対し回転することを阻止することで、第一リング歯車に入力された動力を第一太陽歯車に伝達し、減速比の小さい高速モード状態では、前記クラッチ装置により第一キャリアが前記車体に固定の部分に対し回転することを許容することで、第一リング歯車に入力された動力を第一太陽歯車に伝達しないように構成されている。

代替的に、第一遊星歯車機構をダブルピニオン式とし、第二遊星歯車機構をシングルピニオン式とすることもできる。この場合、第一遊星歯車機構は、第一キャリアと、第一太陽歯車と、第一および第二の遊星歯車と、第一リング歯車とを備え、第一キャリアに回転可能に支持されて対となる第一および第二の遊星歯車を互いに噛合させるとともに、このうちの内径寄りの第一遊星歯車を第一太陽歯車に、外径寄りの第二遊星歯車を第一リング歯車に、それぞれ噛合させる。そして、第一太陽歯車は、第一駆動側回転軸の軸方向中間部に、第一駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられており、かつ、第一リング歯車は、第二駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられる。一方、第二遊星歯車機構は、第二キャリアと、第二太陽歯車と、第三遊星歯車と、第二リング歯車とを備え、第二キャリアに回転可能に支持された第三遊星歯車を、第二太陽歯車に噛合させるとともに、第二リング歯車にも噛合させる。そして、第二太陽歯車は、第一駆動側回転軸の端部に、第一駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられており、第二キャリアは、第一リング歯車と同期して回転するように設けられており、かつ、第二リング歯車により前記従動側回転軸を回転駆動するようになっている。

前記クラッチ装置が、第一キャリアと前記車体に固定の部分との間に設けられ、第一キャリアが、車両を前進させようとしている時に、前記従動側回転軸が回転する方向に回転する場合に、第一キャリアが前記車体に固定の部分に対して回転することを許容し、第一キャリアが、車両を前進させようとしている時に、前記従動側回転軸が回転する方向と逆方向に回転する傾向にある場合に、第一キャリアが前記車体に固定の部分に対して回転することを阻止する一方向クラッチであることが好ましい。この一方向クラッチがスプラグクラッチであることがさらに好ましい。

前記高速モード状態で車両が前方に走行している時に、第一および第二の電動モータの回転方向および回転速度を同じとすることが好ましい。また、前記遊星歯車式変速機の、前記低速モード状態での総合減速比を、前記高速モード状態での総合減速比で除した値である、段間比を、２もしくは２の近傍、具体的には、１．８〜２．２程度の範囲、さらに好ましくは２とすることが好ましい。

第一遊星歯車機構がシングルピニオン式で、第二遊星歯車機構がダブルピニオン式である構成においては、前記低速モード状態で車両が前方に一定速度で走行している時に、第一および第二の電動モータの回転方向を互いに逆方向とし、第一および第二の電動モータの回転トルクの大きさを同じとして、第一遊星歯車機構の遊星比を２．８以上、３．２以下とし、第二遊星歯車機構の遊星比を１．９以上、２．１以下とする。

一方、第一遊星歯車機構がダブルピニオン式で、第二遊星歯車機構がシングルピニオン式である構成においては、前記低速モード状態で車両が前方に一定速度で走行している時に、第一および第二の電動モータの回転方向を互いに逆方向とし、第一および第二の電動モータの回転トルクの大きさを同じとして、第一遊星歯車機構の遊星比を２．８以上、３．２以下とし、第二遊星歯車機構の遊星比を１．９以上、２．１以下とする。

上述の様に構成する本発明によれば、電気自動車用駆動装置を小型かつ軽量にできる。すなわち、変速機構として、１対の遊星歯車機構により構成される遊星歯車式変速機を用いているため、動力を複数の遊星歯車に分散し伝達することができて、前記１対の遊星歯車機構を構成する遊星歯車１個当たりのトルク伝達容量を低く抑え、一般的な歯車機構による変速機構を用いた場合と比較して、変速機構を小型かつ軽量にでき、もって、電気自動車用駆動装置を小型かつ軽量にする事が可能となる。さらに、クラッチ装置を一方向クラッチ、好ましくはスプラグクラッチとすることにより、減速比の異なる低速モードと高速モードとを、１対の電動モータの出力（回転方向および回転速度）を制御し、一方向クラッチにより第一遊星歯車機構を構成する第一太陽歯車と第一リング歯車との間の動力伝達の断接状態を切り換えることにより選択することが可能となる。このため、クラッチ装置を切り換えるためのアクチュエータが不要となり、電気自動車用駆動装置をより一層小型かつ軽量にできる。

図１は、本発明の実施の形態の第１例を示す略断面図である。 図２は、第１例の装置から、遊星歯車式変速機のうち、低速モード状態でトルク伝達を行う部分を取り出して示す略断面図である。 図３は、第１例の装置から、遊星歯車式変速機のうち、高速モード状態でトルク伝達を行う部分を取り出して示す略断面図である。 図４は、本発明の実施の形態の第２例を示す略断面図である。 図５は、電気自動車用駆動装置に変速機を組み込むことによる効果を説明するためのグラフである。 図６は、電動自動車用駆動装置の従来構造の１例を示す略断面図である。

［実施の形態の第１例］
図１〜図３は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の電気自動車用駆動装置は、第一電動モータ１０と、第二電動モータ１１と、遊星歯車式変速機１２と、回転伝達装置３ａとを備える。このうちの第一電動モータ１０と第二電動モータ１１は、互いに同心に配置され、それぞれの出力軸を回転駆動することで、これらの出力軸と同心に設けられた、遊星歯車式変速機１２の第一駆動側回転軸１３と第二駆動側回転軸１４をそれぞれ回転駆動する。

遊星歯車式変速機１２は、第一電動モータ１０および第二電動モータ１１と回転伝達装置３ａとの間に設置され、これらの電動モータ１０、１１の動力を所望の変速比で変速してから、従動側回転軸１５を介して、回転伝達装置３ａに伝達する。遊星歯車式変速機１２は、軸方向に離隔した状態で、第一電動モータ１０および第二電動モータ１１の出力軸とそれぞれ同心に配置された、第一駆動側回転軸１３および第二駆動側回転軸１４、従動側回転軸１５、第一遊星歯車機構１６および第二遊星歯車機構１７、および、一方向クラッチ１８から構成される。

このうちの第一遊星歯車機構１６は、第一キャリア１９と、第一太陽歯車２０と、複数の第一遊星歯車２１と、第一リング歯車２２とを備える。第一遊星歯車機構１６は、第一キャリア１９に回転可能に支持された複数の第一遊星歯車２１を、第一太陽歯車２０に噛合させるとともに、第一リング歯車２２にも噛合させる、シングルピニオン式としている。第一太陽歯車２０は、第一電動モータ１０の出力軸と一体に設けられた、第一駆動側回転軸１３の軸方向中間部に設置され、この第一駆動側回転軸１３により回転駆動される。すなわち、第一太陽歯車２０は、第一駆動側回転軸１３と同期して（同方向に同速度で）回転する。第一リング歯車２２は、第二電動モータ１１の出力軸と一体に設けられた、第二駆動側回転軸１４により回転駆動するようにしている。また、第一太陽歯車２０の歯数ｚ₂₀および第一リング歯車２２の歯数ｚ₂₂は、第一遊星歯車伝達機構１６の遊星比ｕ₁（＝ｚ₂₂／ｚ₂₀）が、２．８０≦ｕ₁≦３．２０の範囲内となるように定められている。

第二遊星歯車機構１７は、第二キャリア２３と、第二太陽歯車２４と、第二遊星歯車２５ａ、２５ｂと、第二リング歯車２６とを備える。第二遊星歯車機構１７は、第二キャリア２３に回転可能に支持されて対となる第二遊星歯車２５ａ、２５ｂを、互いに噛合させるとともに、内径寄りの複数の第二遊星歯車２５ａを第二太陽歯車２４に、外径寄りの複数の第二遊星歯車２５ｂを第二リング歯車２６に、それぞれ噛合させる、ダブルピニオン式としている。また、第二太陽歯車２４は、第一駆動側回転軸１３の端部（図１の左端部）に設けられており、第一駆動側回転軸１３および第一太陽歯車２０により回転駆動させられる。第二キャリア２３は、第一リング歯車２２および第二駆動側回転軸１４と同期して回転する状態で支持されている。第二リング歯車２６は、従動側回転軸１５に動力を伝達するように支持されている。また、第二太陽歯車２４の歯数ｚ₂₄および第二リング歯車２６の歯数ｚ₂₆は、第二遊星歯車伝達機構１７の遊星比ｕ₂（＝ｚ₂₆／ｚ₂₄）が、１．９０≦ｕ₂≦２．１０の範囲内となるように定められている。

一方向クラッチ１８は、第一キャリア１９と、車体に固定の部分２７との間に設置されている。そして、第一キャリア１９が所定方向に回転する場合に切断され（係合が外れ）、この所定方向とは逆方向に回転する傾向の場合に接続（係合）される。すなわち、一方向クラッチ１８は、第一キャリア１９が、車両を前進させようとしている時に、従動側回転軸１５が回転する方向と同じ方向に回転する場合に、第一キャリア１９が回転することを許容し、第一キャリア１９が従動側回転軸１５とは逆方向に回転する傾向にある場合に、第一キャリア１９が回転することを阻止するように構成されている。そして、第一キャリア１９の回転方向を、第一および第二の電動モータ１０、１１の回転方向および回転速度を適切に制御して切り換え、一方向クラッチ１８の断接（係合）状態を切り換える。なお、本明細書において、回転速度は回転の速度を意味し、回転方向を含まないものとする。

一方向クラッチ１８の断接（係脱）に基づいて、第一キャリア１９が所定方向とは逆方向に回転する傾向の場合には、第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２との間で動力が伝達される状態となる。これに対して、第一キャリア１９が所定方向に回転する場合には、第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２との間で動力が伝達されない状態となる。このような一方向クラッチ１８としては、カム式、ローラ式、ラチェット式などの種々のクラッチを使用することができるが、本例の場合、係合力の大きく、しかも空転時における騒音や振動の発生を抑えることが可能なスプラグクラッチとしている。

回転伝達装置３ａは、複数の歯車を組み合わせた、一般的な歯車伝達機構であり、遊星歯車式変速機１２の従動側回転軸１５の回転をデファレンシャルギヤ８ａの入力部に伝達し、このデファレンシャルギヤ８ａの出力軸９ｃ、９ｄにより、等速ジョイントを介して、左右一対の駆動輪を回転駆動するように構成されている。

このような構成の本例の電気自動車用駆動装置において、遊星歯車式変速機１２は、一方向クラッチ１８の断接（係合）状態（第一および第二の電動モータ１０、１１の回転方向および回転速度）の切り換えにより、第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２との間で動力が伝達される状態（低速モードを実現する状態）と、第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２との間で動力が伝達されない状態（高速モードを実現する状態）とのいずれか一方の状態で運転する。以下、それぞれの場合について説明する。

［一方向クラッチ１８が接続される低速モード］
この低速モードでは、図２に示すように、第一太陽歯車２０を回転駆動する第一電動モータ１０の出力軸と、第一リング歯車２２を回転駆動する第二電動モータ１１の出力軸との回転方向および回転速度の差を適切に規制して、第一キャリア１９を所定方向と逆方向に回転する傾向にすることで、一方向クラッチ１８を接続する。そして、第一キャリア１９を車体に固定の部分２７に対し回転不能とする。この結果、第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２との間で、第一遊星歯車２１を介して動力が伝達される。このような低速モード状態における第一および第二の電動モータ１０、１１の動力の伝達経路は、次の通りである。

第一電動モータ１０の動力は、第一駆動側回転軸１３を介して、第二遊星歯車機構１７を構成する第二太陽歯車２４に入力される。第二太陽歯車２４に入力された動力は次の（Ａ）、（Ｂ）の２通りの経路を通って、従動側回転軸１５と第一太陽歯車２０とに、それぞれ伝達される。
（Ａ）第一電動モータ１０→第一駆動側回転軸１３→第二太陽歯車２４→第二遊星歯車２５ａ、２５ｂ→第二リング歯車２６→従動側回転軸１５
（Ｂ）第一電動モータ１０→第一駆動側回転軸１３→第二太陽歯車２４→第二遊星歯車２５ａ、２５ｂ→第二キャリア２３→第一リング歯車２２→第一遊星歯車２１→第一太陽歯車２０

第二電動モータ１１の動力は、第二駆動側回転軸１４を介して、第一遊星歯車機構１６を構成する第一リング歯車２２に入力される。第一リング歯車２２に入力された動力は、次の（Ｃ）に示す経路を通って、第一太陽歯車２０に伝達される。
（Ｃ）第二電動モータ１１→第二駆動側回転軸１４→第一リング歯車２２→第一遊星歯車２１、２１→第一太陽歯車２０

低速モード状態では、第一および第二の電動モータ１０、１１の動力の一部が、遊星歯車式変速機１２内で循環する。すなわち、経路（Ｂ）および（Ｃ）を通って、第一太陽歯車２０に伝達された動力は、第一駆動側回転軸１３を介して第二太陽歯車２４に入力される。このように、第二太陽歯車２４に入力された動力の一部は、経路（Ａ）を通って従動側回転軸１５に取り出されるが、残りは経路（Ｂ）を通り、第一太陽歯車２０に再び伝達される。したがって、この低速モード状態では、動力の一部を循環させることにより、遊星歯車式変速機１２の減速比を大きくすることができる。

低速モード状態で、車両が加速も減速もしない一定速度で走行している時（定常運転状態時）に、第一電動モータ１０の出力トルクをτ_in1とし、第二電動モータ１１の出力トルクをτ_in2とした場合、図２に矢印で示すような、第一駆動側回転軸１３から第二太陽歯車２４に入力されるトルクτ₁、第一遊星歯車２１から第一太陽歯車２０に入力されるトルクτ₂、第二キャリア２３から第一リング歯車２２に入力されるトルクτ₃、前記従動側回転軸１５の回転トルクτ_outは、それぞれ次の（１）〜（４）式で表わされる。

［一方向クラッチ１８が切断される高速モード］
この高速モードでは、図３に示すように、第一太陽歯車２０を回転駆動する第一電動モータ１０の出力軸と、第一リング歯車２２を回転駆動する第二電動モータ１１の出力軸との回転方向および回転速度を同じにして、第一キャリア１９を所定方向に回転させることで、一方向クラッチ１８を切断する。そして、第一キャリア１９を車体に固定の部分２７に対し回転させる。この結果、第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２とが同じ角速度で同じ方向に回転する状態となり、これらの第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２との間で動力が伝達されなくなる。このような高速モード状態での第一および第二の電動モータ１０、１１の動力伝達経路は、次の通りである。

第一電動モータ１０の動力は、第一駆動側回転軸１３を介して、第二遊星歯車機構１７を構成する第二太陽歯車２４に入力される。第二太陽歯車２４に入力された動力は、次の（Ｄ）に示すように、低速モード状態の場合の経路（Ａ）と同様の経路を通って、従動側回転軸１５に伝達される。
（Ｄ）第一電動モータ１０→第一駆動側回転軸１３→第二太陽歯車２４→第二遊星歯車２５ａ、２５ｂ→第二リング歯車２６→従動側回転軸１５

第二電動モータ１１の動力は、第二駆動側回転軸１４により、第一遊星歯車機構１６を構成する第一リング歯車２２に入力される。第一リング歯車２２に入力された動力は、次の（Ｅ）に示す経路を通って、従動側回転軸１５に伝達される。
（Ｅ）第二電動モータ１１→第二駆動側回転軸１４→第一リング歯車２２→第二キャリア２３→第二遊星歯車２５ｂ→第二リング歯車２６→従動側回転軸１５

このように、第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２との間で動力が伝達されず（遊星歯車式変速機１２内で動力が循環されず）に、第一および第二の電動モータ１０、１１の動力は、第二遊星歯車機構１７により合成されて、従動側回転軸１５に伝達される。

このような高速モード状態においては、低速モード状態と高速モード状態との切り換え時を除き、第一および第二の電動モータ１０、１１の回転方向および回転速度を同じとする。この結果、第一遊星歯車機構１６を構成する、第一キャリア１９と第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２との自転、および、それぞれの第一遊星歯車２１の公転の回転方向および回転速度が同じとなって、これらの第一遊星歯車２１が実質的に自転しない（１公転当たり１自転し、第一キャリア１９に設けた遊星軸に対し回転しない）状態となり、第一遊星歯車機構１６全体が一体となって回転する、いわゆるのり付け状態となる。同様に、第二遊星歯車機構１７を構成する、第二キャリア２３と第二太陽歯車２４と第二リング歯車２６との自転、および、第二遊星歯車２５ａ、２５ｂの公転の回転方向および回転速度が同じとなって、これらの第二遊星歯車２５ａ、２５ｂが実質的に自転しない状態となり、第二遊星歯車機構１７全体が一体となって回転する。

この場合の第一電動モータ１０の出力トルクτｉｎ₁と、第二電動モータの出力トルクτｉｎ₂と、図３に矢印で示す、従動側回転軸１５の回転トルクτ_outとの関係は、次の（５）式で表わされる。

なお、上述のように、第一および第二の遊星歯車機構１６、１７が、それぞれのり付け状態で回転している場合の第一および第二の電動モータ１０、１１の出力トルクτｉｎ₁、τｉｎ₂の関係は、次の（６）式で表わされる。

ここで、第一および第二の遊星歯車機構１６、１７の遊星比ｕ₁、ｕ₂を前述した範囲（２．８０≦ｕ₁≦３．２０、１．９０≦ｕ₂≦２．１０）に規制し、低速モードでの定常運転状態における第一および第二の電動モータ１０、１１の回転方向を互いに逆方向とし、これらの回転トルクの大きさを同じとしている。これにより、低速モード状態での、従動側回転軸１５の回転トルクの絶対値を第一および第二の電動モータ１０、１１の出力トルクの絶対値の和で除した値である、総合減速比（摩擦損失のない、伝達効率＝１００％と仮定して算出）を、高速モード状態での総合減速比で除した値である、低速モードと高速モードとの間の段間比（低速モードにおける総合変速比／高速モードにおける総合変速比）を、２もしくは２の近傍（具体的には、１．８〜２．２程度）としている。すなわち、一般的な電気自動車用電動モータは、最大トルクを出力している状態での最高回転速度と、電動モータの最高回転速度との比は１：２程度である。一方、一般的な変速機を搭載したガソリンエンジン車と同程度の走行性能を得るためには、最大トルクを出力している状態での最高速度と、総合的な最高速度との比を１：４程度にすることが望まれる。したがって、一般的な電気自動車用電動モータを使用する場合、低速走行時の減速比と高速走行時の減速比との関係を２：１程度とすることで、図５に示した、実線ａの左半部と右半部とを連続させたような特性を得られ、車両の加速性能および高速性能を、図５に破線ｄで示した、一般的な変速機を搭載したガソリンエンジン車に近い、滑らかなものにできる。

また、遊星歯車式変速機１２の従動側回転軸１５の回転速度は、第一駆動側回転軸１３を介して、第一電動モータ１０により回転駆動される、第二太陽歯車２４の回転速度と、第二駆動側回転軸１４を介して、第二電動モータ１１により回転駆動される、第二キャリア２３の回転速度とから決定される。したがって、従動側回転軸１５の回転速度を一定値としたまま、第一および第二の電動モータ１０、１１の出力軸の回転速度および回転方向をそれぞれ制御しながら、第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２との角速度を互いに一致させ、図２に示した低速モード状態から図３に示した高速モード状態への切り換えを滑らかに行うことができる。同様に、高速モード状態から低速モード状態への切り換えも滑らかに行うことができる。

上述のように構成される本例の電気自動車用駆動装置によれば、この電気自動車用駆動装置を小型かつ軽量にできるので、充電１回当たりの走行距離を長くし、電気自動車の利便性を向上させることができる。すなわち、遊星歯車式変速機１２は、減速比の異なる低速モードと高速モードとを、第一および第二の電動モータ１０、１１の出力（回転方向および回転速度）を制御し、一方向クラッチ１８により第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２との間の動力伝達の断接状態を切り換えることにより選択する。本例の場合、第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２の間の動力伝達を規制するクラッチとして、スプラグクラッチである一方向クラッチ１８を使用しているので、クラッチの係合状態を切り換えるためのアクチュエータを設ける必要がない。したがって、低速モードと高速モードとを切り換えるための構造を簡単にできて、遊星歯車式変速機１２を組み込んだ電気自動車用駆動装置の小型化および軽量化を図ることができる。

また、変速機構として遊星歯車式変速機１２を用いているため、動力を複数の遊星歯車２１、２５ａ、２５ｂに分散して伝達することができ、一般的な歯車機構による変速機構を用いた場合と比較して、変速機構を小型化できる。さらに、遊星歯車式変速機１２を構成する第一および第二の遊星歯車機構１６、１７と、第一および第二の電動モータ１０、１１とを互いに同心に配置している。このため、これらの部材１０、１１、１６、１７の大きさや構造によっては、第一および第二の遊星歯車機構１６、１７を、第一および第二の電動モータ１０、１１の内径側に配置するなどして、遊星歯車式変速機１２を組み込んだ電気自動車用駆動装置を小型化することが可能となる。

さらに、電気自動車が高速で走行する（従動側回転軸１５の回転トルクが小さく回転速度が速い）高速モードでの運転状態で、第一および第二の電動モータ１０、１１の回転方向および回転速度を同じにして、第一および第二の遊星歯車機構１６、１７がのり付け状態となるようにしている。すなわち、第一遊星歯車機構１６において、第一太陽歯車２０と第一リング歯車２２との間で、第一遊星歯車２１を介して動力が伝達されないようにしている。同様に、第二遊星歯車機構１７においても、第二太陽歯車２４と第二リング歯車２６との間で、第二遊星歯車２５ａ、２５ｂを介して動力が伝達されないようにしている。このため、電気自動車の走行中に多くの時間を占める高速モードでの運転状態で、第一および第二の遊星歯車機構１６、１７における歯車の噛み合いによるエネルギ損失を小さくできて、電気自動車用駆動装置の効率を向上させることができる。

また、第一および第二の遊星歯車機構１６、１７の遊星比ｕ₁、ｕ₂を前述した範囲（２．８０≦ｕ₁≦３．２０、１．９０≦ｕ₂≦２．１０）に規制し、低速モードでの定常運転状態における第一および第二の電動モータ１０、１１の出力（回転方向および回転トルクの大きさ）を調整することで、低速モードと高速モードとの間の段間比（＝低速モードにおける総合減速比／高速モードに於ける総合減速比）を２もしくは２の近傍としている。この結果、第一および第二の電動モータ１０、１１を使用した電気自動車用駆動装置において、一般的な変速機を搭載したガソリンエンジン車と同等の性能が得られ、車両の加速性能および高速性能を改善できる。すなわち、低速モードでの定常運転状態における総合減速比（従動側回転軸１５の回転トルクの絶対値／第一および第二の電動モータ１０、１１の出力トルクの絶対値の和）は、次の表１の通りである。

一方、高速モードでの運転状態（第一および第二の電動モータ１０、１１の回転方向および回転速度が同じ状態）での総合減速比は１である（（５）式参照）から、前記段間比を２もしくは２の近傍とすることができる。なお、この時の第一および第二の電動モータ１０、１１の出力トルクは、（６）式の関係を満たす。

また、減速比の異なる低速モードと高速モードとの切り換えを、第一および第二の電動モータ１０、１１の回転速度および回転方向をそれぞれ制御しながら滑らかに行うことができるため、トルク変動に基づく変速ショックを低減することができて、運転者を始めとする電気自動車の乗員に違和感を与えることを防止できる。

［実施の形態の第２例］
図４は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の遊星歯車式変速機１２ａは、第一および第二の電動モータ１０、１１の側に設けられた第一遊星歯車機構１６ａを、第一キャリア１９ａに回転可能に支持されて対となる第一遊星歯車２１ａ、２１ｂを互いに噛合させるとともに、内径寄りの複数の第一遊星歯車２１ａを第一太陽歯車２０ａに、外径寄りの複数の第一遊星歯車２１ｂを第一リング歯車２２ａに、それぞれ噛合させる、ダブルピニオン式としている。また、従動側回転軸１５の側に設けられた第二遊星歯車機構１７ａを、第二キャリア２３ａに回転可能に支持された複数の第二遊星歯車２５ｃを、第二太陽歯車２４ａに噛合させるとともに、第二リング歯車２６ａにも噛合させる、シングルピニオン式としている。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第１例の場合と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。

図２に示す、低速モードでの定常運転状態における、各部のトルクに関して、具体的な値の１例を示す。まず、第一および第二の電動モータ１０、１１の出力トルクτｉｎ₁、τｉｎ₂、及び、第一遊星歯車機構１６の第一太陽歯車２０、第一リング歯車２２の歯数ｚ₂₀、ｚ₂₂、第二遊星歯車機構１７の第二太陽歯車２４、第二リング歯車２６の歯数ｚ₂₄、ｚ₂₆について、以下の様に規制する。

τｉｎ₁＝５０（Ｎ／ｍ）
τｉｎ₂＝−５０（Ｎ／ｍ）
ｚ₂₀＝２４
ｚ₂₂＝７６
ｚ₂₄＝４７
ｚ₂₆＝９７
ここで、（１）式〜（４）式より、各部のトルクは以下の通りとなる。
τ₁＝９９．１（Ｎ／ｍ）
τ₂＝４９．１（Ｎ／ｍ）
τ₃＝−１０５．４（Ｎ／ｍ）
τ_out＝２０４．５（Ｎ／ｍ）
なお、トルクの符号が負（マイナス）となっているものは、トルクの向き（回転方向）が反対となっていることを示している。

本発明の電気自動車用駆動装置を実施する場合に、第一および第二の電動モータのいずれか一方あるいは双方と、遊星歯車式変速機の駆動側入力軸との間に、たとえば摩擦ローラ式減速機などの減速機を設けることもできる。

１ 電動モータ
２ 変速装置
３、３ａ 回転伝達装置
４ 駆動側回転軸
５ 従動側回転軸
６ａ、６ｂ 歯車伝達機構
７ａ、７ｂ クラッチ機構
８、８ａ デファレンシャルギヤ
９ａ〜９ｄ 出力軸
１０ 第一電動モータ
１１ 第二電動モータ
１２、１２ａ 遊星歯車式変速機
１３ 第一駆動側回転軸
１４ 第二駆動側回転軸
１５ 従動側回転軸
１６、１６ａ 第一遊星歯車機構
１７、１７ａ 第二遊星歯車機構
１８ 一方向クラッチ
１９、１９ａ 第一キャリア
２０、２０ａ 第一太陽歯車
２１、２１ａ〜２１ｂ 第一遊星歯車
２２、２２ａ 第一リング歯車
２３、２３ａ 第二キャリア
２４、２４ａ 第二太陽歯車
２５ａ〜２５ｃ 第二遊星歯車
２６、２６ａ 第二リング歯車
２７ 車体に固定の部分

Claims (8)

1. １対の電動モータと、これらの電動モータの出力軸によりそれぞれ回転駆動される第一および第二の駆動側回転軸を有する遊星歯車式変速機と、この遊星歯車式変速機の従動側回転軸の回転を、左右１対の駆動輪に伝達するための回転伝達装置とを備え、
   前記遊星歯車式変速機は、第一および第二の駆動側回転軸と、前記従動側回転軸と、軸方向に離隔した状態で、互いに同心に配置された第一および第二の遊星歯車機構と、クラッチ装置とを組み合わせて構成されており、
   このうちの第一遊星歯車機構は、第一キャリアと、第一太陽歯車と、第一遊星歯車と、第一リング歯車とを備え、第一キャリアに回転可能に支持された第一遊星歯車を、第一太陽歯車に噛合させるとともに、第一リング歯車にも噛合させる、シングルピニオン式であり、第一太陽歯車は、第一駆動側回転軸の軸方向中間部に、第一駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられており、かつ、第一リング歯車は、第二駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられており、
   第二遊星歯車機構は、第二キャリアと、第二太陽歯車と、第二および第三遊星歯車と、第二リング歯車とを備え、第二キャリアに回転可能に支持されて対となる第二および第三の遊星歯車を互いに噛合させるとともに、このうちの内径寄りの第二遊星歯車を第二太陽歯車に、外径寄りの第三遊星歯車を第二リング歯車に、それぞれ噛合させる、ダブルピニオン式であり、第二太陽歯車は、第一駆動側回転軸の端部に、第一駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられており、第二キャリアは、第一リング歯車と同期して回転するように設けられており、かつ、第二リング歯車により従動側回転軸を回転駆動するように構成されており、
   前記クラッチ装置は、第一キャリアを車体に固定の部分に対し回転が阻止される状態と、第一キャリアの回転が許容される状態とを切り換えるものであり、
   減速比の大きい低速モード状態では、前記クラッチ装置により第一キャリアが前記車体に固定の部分に対し回転することを阻止することで、第一リング歯車に入力された動力を第一太陽歯車に伝達し、減速比の小さい高速モード状態では、前記クラッチ装置により第一キャリアが前記車体に固定の部分に対し回転することを許容することで、第一リング歯車に入力された動力を第一太陽歯車に伝達しないようになっていることを特徴とする、電気自動車用駆動装置。
2. １対の電動モータと、これらの電動モータの出力軸によりそれぞれ回転駆動される第一および第二の駆動側回転軸を有する遊星歯車式変速機と、この遊星歯車式変速機の従動側回転軸の回転を、左右１対の駆動輪に伝達するための回転伝達装置とを備え、
   前記遊星歯車式変速機は、第一および第二の駆動側回転軸と、前記従動側回転軸と、軸方向に離隔した状態で、互いに同心に配置された第一および第二の遊星歯車機構と、クラッチ装置とを組み合わせて構成されており、
   このうちの第一遊星歯車機構は、第一キャリアと、第一太陽歯車と、第一および第二の遊星歯車と、第一リング歯車とを備え、第一キャリアに回転可能に支持されて対となる第一および第二の遊星歯車を互いに噛合させるとともに、このうちの内径寄りの第一遊星歯車を第一太陽歯車に、外径寄りの第二遊星歯車を第一リング歯車に、それぞれ噛合させる、ダブルピニオン式であり、第一太陽歯車は、第一駆動側回転軸の軸方向中間部に、第一駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられており、第一リング歯車は、第二駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられており、
   第二遊星歯車機構は、第二キャリアと、第二太陽歯車と、第三遊星歯車と、第二リング歯車とを備え、第二キャリアに回転可能に支持された第三遊星歯車を、第二太陽歯車に噛合させるとともに、第二リング歯車にも噛合させる、シングルピニオン式であり、第二太陽歯車は、第一駆動側回転軸の端部に、第一駆動側回転軸により回転駆動する状態で設けられており、第二キャリアは、第一リング歯車と同期して回転するように設けられており、かつ、第二リング歯車により前記従動側回転軸を回転駆動するようにしており、
   前記クラッチ装置は、第一キャリアを車体に固定の部分に対し回転が阻止される状態と、第一キャリアの回転が許容される状態とを切り換えるものであり、
   減速比の大きい低速モード状態では、前記クラッチ装置により第一キャリアが前記車体に固定の部分に対し回転することを阻止することで、第一リング歯車に入力された動力を第一太陽歯車に伝達し、減速比の小さい高速モード状態では、前記クラッチ装置により第一キャリアが前記車体に固定の部分に対し回転することを許容することで、第一リング歯車に入力された動力を第一太陽歯車に伝達しないようになっていることを特徴とする、電気自動車用駆動装置。
3. 前記クラッチ装置が、第一キャリアと前記車体に固定の部分との間に設けられ、第一キャリアが、車両を前進させようとしている時に、前記従動側回転軸が回転する方向に回転する場合に、第一キャリアが前記車体に固定の部分に対して回転することを許容し、第一キャリアが、車両を前進させようとしている時に、前記従動側回転軸が回転する方向と逆方向に回転する傾向にある場合に、第一キャリアが前記車体に固定の部分に対して回転することを阻止する一方向クラッチである、請求項１〜２のうちのいずれか１項に記載の電気自動車用駆動装置。
4. 前記一方向クラッチがスプラグクラッチである、請求項３に記載の電気自動車用駆動装置。
5. 前記高速モード状態で車両が前方に走行している時に、第一および第二の電動モータの回転方向および回転速度を同じとする、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電気自動車用駆動装置。
6. 前記遊星歯車式変速機の、前記低速モード状態での総合減速比を、前記高速モード状態での総合減速比で除した値である、段間比を、１．８〜２．２の範囲とする、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の電気自動車用駆動装置。
7. 前記低速モード状態で車両が前方に一定速度で走行している時に、第一および第二の電動モータの回転方向を互いに逆方向とし、第一および第二の電動モータの回転トルクの大きさを同じとすることができ、第一遊星歯車機構の遊星比を２．８以上、３．２以下とし、第二遊星歯車機構の遊星比を１．９以上、２．１以下とする、請求項１および請求項５を引用した請求項６に記載の電気自動車用駆動装置。
8. 前記低速モード状態で車両が前方に一定速度で走行している時に、第一および第二の電動モータの回転方向を互いに逆方向とし、第一および第二の電動モータの回転トルクの大きさを同じとすることができ、第一遊星歯車機構の遊星比を２．８以上、３．２以下とし、第二遊星歯車機構の遊星比を１．９以上、２．１以下とする、請求項２および請求項５を引用した請求項６に記載の電気自動車用駆動装置。

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