WO2013038942A1 - 車両用モータ駆動装置および自動車 - Google Patents

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WO2013038942A1
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torque
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vehicle
drive device
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磯部史浩
牧野智昭
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle motor drive device that includes an electric motor as a drive source, decelerates the output of the motor and transmits it to wheels, and an automobile equipped with the vehicle motor drive device.
  • An electric motor has a characteristic that the relationship between the rotational speed and the output torque is highly efficient within a certain range. Therefore, the rotation of the motor is generally transmitted to the wheels via a reduction gear.
  • the reduction ratio of the speed reducer is determined so as to be used in the relationship between output torque and rotational speed at which excellent efficiency is obtained.
  • a vehicle has a wide range of traveling speeds, such as when traveling at a low speed when entering a garage or when traveling at a high speed on a highway. Therefore, the motor cannot be driven with high efficiency at a fixed reduction ratio.
  • a vehicle motor drive device has been proposed that uses a reduction gear capable of switching the reduction ratio to two stages, that is, a transmission (for example, Patent Document 1).
  • the reduction ratio can be switched between two stages in the vehicle motor drive device.
  • the relationship of the reduction ratio between the stages is not yet solved.
  • FIGS. 15A to 15C show examples of the relationship between the output rotational speed in each gear train of the reduction gear and the output torque obtained at the maximum at the output rotational speed, which is determined by the output characteristics of the electric motor. .
  • the output rotation speed may be considered as a vehicle speed.
  • FIG. 15A shows the case where the reduction ratio is small (emphasis on high speed)
  • FIG. 15B shows the case where the reduction ratio is large (emphasis on low speed and high torque).
  • the driving force curves L1 (FIG. 15 (a)) and L2 (FIG. 15 (b)) showing the relationship between the output rotation speed and the output torque are generally determined from zero as shown in FIG.
  • the torque reduction start speeds V1a and V2a are constant torque curve portions L1a and L2a followed by the maximum torque as the respective gear train outputs, and the output rotation speeds from the torque reduction start speeds V1a and V2a to the maximum rotation speeds.
  • the torque gradually decreases curve portions L1b and L2b in which the output torque gradually decreases as the speed increases, and the speed constant curve portions L1c and L2c at which the output torque becomes the minimum value and the output rotation speed becomes constant at the maximum rotation speed.
  • the motor is driven within the driving force curves L1 and L2 (origin side: hatched range) with the relationship between output torque and rotational speed corresponding to various traveling conditions.
  • the cross-hatched portion in each figure is a region where the motor is generally highly efficient.
  • a torque gradually decreasing curve portion in the driving force curve L as shown in FIG. L1b and L2b become discontinuous, and a discontinuous region C (a region with halftone dots) that is a region following the constant speed curve portion L1c and the constant torque curve portion L2a is generated.
  • This discontinuous region C is a region where the rotational speed and the output torque cannot be obtained as the reducer output.
  • the reduction ratio in which the discontinuous region C is generated for example, when the motor is driven under the condition of the point Q1 in FIG.
  • the object of the present invention is to provide a multi-stage speed change function, so that a sudden torque fluctuation does not occur when the reduction ratio is switched, and a small electric motor can smoothly accelerate and run at high speed, so that a comfortable running can be achieved. It is an object of the present invention to provide a vehicle motor drive device that can perform high-efficiency motor drive by selecting an optimum gear. Another object of the present invention is to have a multi-stage gear shifting function that decelerates the motor output so that smooth torque and high-speed running can be achieved even with a small electric motor without sudden torque fluctuations when switching the reduction ratio. Thus, it is an object of the present invention to provide an electric vehicle and a hybrid vehicle that can run comfortably and can drive a motor with high efficiency by selecting an optimal gear.
  • the outline of the present invention will be described using reference numerals in the drawings showing embodiments.
  • the vehicle motor drive device is provided with a plurality of electric motors 10 and a torque transmission system between the electric motor 10 and the wheel 1, each having a fixed reduction ratio and different reduction ratios.
  • the driving force curves L1 and L2 which are determined by the output characteristics of the motor 10 and indicate the relationship between the output rotation speed in the gear trains 23 and 24 and the maximum output torque at the output rotation speed, are both output rotation.
  • the gear train on the large reduction gear side and the gear train on the small reduction gear side are two of the three or more gear trains, each of which has a gear reduction ratio of one stage different from each other. It means a gear train on the large reduction ratio side and a gear train on the small reduction ratio side between the gear trains.
  • the speed reducer 20 can be switched to a plurality of stages, the motor 10 can be rapidly accelerated and run at high speed even if the motor 10 is small, and the motor drive device A for a small and light vehicle is obtained.
  • the driving force curve L1 of the gear train 23 on the large reduction ratio side and the driving force curve L2 of the gear train 24 on the small reduction ratio side overlap each other by the torque gradually decreasing curve portions L1b and L2c. Since it has a continuous reduction gear ratio, there is no sudden torque fluctuation at the time of switching the reduction gear ratio, and even if the motor 10 is small, smooth acceleration from the low speed range to the high speed range is possible, and comfortable driving can be performed.
  • the high efficiency region H is expanded, and the motor can be driven with high efficiency by selecting the optimum gear.
  • the means for switching the torque transmission path between the plurality of gear trains 23 and 24 of the speed reducer 20 may be a gear ratio switching mechanism 50 that performs switching by engaging and releasing the clutch.
  • the driving force curve L1 of the gear train 23 on the large reduction ratio side and the driving force curve L2 of the gear train 24 on the small reduction ratio side are the torque gradually decreasing curve portion L1b. , L2b, the effect of having a continuous reduction ratio with the overlapping portion Lba becomes more effective.
  • the clutch may be, for example, a roller clutch 30A, 30B or a dog clutch (not shown).
  • roller clutches 30A and 30B and the dog clutch can be switched even if there is a rotational difference between the driving side and the driven side.
  • the above-described overlapping portion Lba is provided. The effect of having a continuous reduction ratio becomes even more effective.
  • a differential gear 80 that distributes and transmits the output of the speed reducer 20 to the left and right wheels 1 and 1 of the vehicle may be provided.
  • the vehicle may have only one motor 10 as a travel drive source.
  • the vehicle motor drive device A according to the present invention can be applied to the case where the wheels 1 are individually driven.
  • the left and right wheels 1 can be secured by one motor 10. , 1 is particularly effective when the vehicle is driven by a single motor 10.
  • the motor 10 may be an embedded magnet type synchronous motor.
  • the embedded magnet type synchronous motor has various excellent performances as a vehicle running motor, but can be driven more efficiently by adopting the multi-stage speed reduction configuration of the present invention.
  • the electric vehicle EV of the present invention is mounted with the vehicle motor drive device A having any one of the above-described configurations of the present invention. According to the electric vehicle EV of this configuration, by mounting the vehicle motor drive device A of the present invention, a small motor 10 can be smoothly accelerated and run at high speed, and high-efficiency motor drive can be performed by optimal gear selection. In addition, comfortable driving can be performed without sudden torque fluctuations when the reduction ratio is switched.
  • the engine E drives one of a pair of left and right front wheels 1 and 1 provided at the front of the vehicle and a pair of left and right rear wheels 2 and 2 provided at the rear.
  • the vehicle is driven by the vehicle motor drive device A having any one of the above-described configurations.
  • the vehicle motor drive device A of the present invention is installed, so that when the motor is running, the small motor 10 can be smoothly accelerated and run at a high speed, and the optimum gear selection is highly efficient.
  • the motor can be driven, and comfortable driving can be performed without sudden torque fluctuation when the reduction ratio is switched.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 6. It is a longitudinal cross-sectional view which shows a gear ratio switching mechanism.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 6. It is sectional drawing which expands and shows a part of FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows a gear change state. It is a disassembled perspective view which shows each of the inner ring
  • (A)-(c) is a characteristic view which shows the relationship between the output rotational speed and the output torque in the reduction gear of 2 steps
  • the vehicle motor drive device A includes an electric motor 10 and a speed reducer 20 interposed in a torque transmission system between the motor 10 and the wheels 1 and 1.
  • the speed reducer 20 has two gear trains 23 and 24 each having a fixed reduction ratio, that is, a reduction gear ratio small side and a reduction gear ratio large side, and the torque transmission path is switched between the two gear trains 23 and 24.
  • the mechanism 50 can be switched.
  • the gear ratio switching mechanism 50 is of a type that performs switching by engaging and releasing a clutch, which will be described later.
  • the output of the speed reducer 20 is distributed and transmitted to the left and right wheels 1, 1 of the vehicle by a differential gear 80.
  • the motor 10 is a synchronous motor, for example, an embedded magnet type synchronous motor.
  • FIG. 1 (B) show the output rotational speeds in the gear trains 24 and 23 on the small reduction ratio side and the large reduction ratio side and the output torque obtained at the maximum at the output rotational speed.
  • Driving force curves L2 and L1 indicating the relationship are shown, respectively.
  • the driving force curves L1 and L2 are determined by the output characteristics of the motor 10 and the reduction ratio, but the output rotation speeds from zero to certain fixed torque reduction start speeds V1a and V2a are the maximum as the respective gear train outputs.
  • the torque constant curve portions L1a and L2a that continue with the maximum torque are obtained, and the torque gradually decreasing curve portions L1b and L2b in which the output torque gradually decreases as the rotational speed increases from the torque reduction start speeds V1a and V2a to the maximum rotational speed.
  • the speed constant curve portions L1c and L2c at which the output torque becomes the minimum value at the speed and the rotational speed is constant are obtained.
  • the two gear trains 23 and 24 are driven by the driving force curve L1 of the gear train 23 on the large reduction ratio side and the drive of the gear train 24 on the small reduction ratio side.
  • the force curve L2 is set to have a reduction ratio relationship so that the torque reduction curve portions L1b and L2b have a continuous reduction ratio with an overlapping portion Lba. That is, the two driving force curves L1 and L2 are set to be continuous with the overlapping portion Lba.
  • the length of the overlapping portion Lba is not required to be less than zero, and is appropriately designed.
  • the speed reducer 20 can be switched in two stages, the small motor 10 can be accelerated rapidly and traveled at high speed, and the motor drive device A for a small and light vehicle is obtained.
  • the two-stage shown in FIG. 3B is compared with the case where the reduction gear 20A having a fixed reduction ratio is used as shown in FIG.
  • the speed reducer 20 becomes larger, but the motor 10 is downsized, and the effect of this motor downsizing is stronger than the downsizing of the speed reducer. Smaller and lighter.
  • the speed reducer 20 includes a torque reduction curve portion L1b and L2b in which the driving force curve L1 of the gear train 23 on the large reduction ratio side and the driving force curve L2 of the gear train 24 on the small reduction ratio side are Since the reduction ratio is continuous with the overlapping portion Lba, a sudden torque fluctuation does not occur when the reduction ratio is switched. Therefore, even the small motor 10 can be smoothly accelerated from a low speed range to a high speed range, and comfortable driving can be performed.
  • the high efficiency range is expanded, and the motor can be driven with high efficiency by selecting the optimum gear.
  • the high-efficiency region H in each of the two gear trains 23 and 24 is indicated by hatching, but when two-stage switching is performed to switch both gear trains 23 and 24, FIG. As shown in (c), the high efficiency region H is expanded. In this way, by appropriately switching between two stages, it is possible to expand the high-speed traveling region and increase the driving force (torque) in the low-speed region, expand the high-efficiency region H, and operate in the high-efficiency region H as much. Probability is increased, and you can drive with low power consumption.
  • the torque transmission path between the two gear trains 23 and 24 is switched by the gear ratio switching mechanism 50 that performs switching by engaging and releasing the clutch.
  • the gear ratio switching mechanism 50 that performs switching by engaging and releasing the clutch.
  • the driving force curve L1 of the gear train 23 on the large reduction ratio side and the driving force curve L2 of the gear train 24 on the small reduction ratio side are the torque gradually decreasing curve portion.
  • the effect of having a continuous reduction ratio with overlapping portions Lba at L1b and L2b becomes more effective.
  • the output of the speed reducer 20 is distributed and transmitted to the left and right wheels 1 and 1 of the vehicle via a differential gear 80.
  • a single motor is used.
  • the two-stage vehicle motor drive device A of this embodiment is effective.
  • the motor 10 may be of any type, but an embedded magnet type synchronous motor is excellent in various aspects for vehicle travel.
  • an embedded magnet type synchronous motor is used, the above-described effect of the vehicle motor drive device A having a two-stage reduction configuration of the type of this embodiment can be exhibited more efficiently.
  • FIG. 4A shows an electric vehicle EV in which the vehicle motor driving device A according to this embodiment drives the wheels 1 that are a pair of left and right front wheels.
  • FIG. 4B shows a hybrid in which the engine E drives a wheel 1 that is a front wheel as a pair of left and right drive wheels, and a motor 2 that drives a wheel 2 that is a rear wheel as a pair of left and right auxiliary drive wheels.
  • the vehicle HV is shown, and the rotation of the engine E is transmitted to the front wheel 1 through the transmission T and the differential gear D.
  • the vehicle motor drive device A converts the motor 10, the speed reducer 20 that shifts the rotation of the output shaft 11 of the motor 10, and the power output from the speed reducer 20, as shown in FIG. A differential gear 80 that distributes to the pair of left and right front wheels 1 of the electric vehicle EV shown in A) or distributes to the pair of left and right rear wheels 2 of the hybrid vehicle HV shown in FIG.
  • the reduction gear 20 is a two-stage switching transmission, and is always meshed with a first reduction gear train 23 and a second reduction gear train 24 having a fixed reduction ratio between the first shaft 21 and the second shaft 22, respectively. It consists of a type reduction gear.
  • the first shaft 21 and the second shaft 22 are rotatably supported by a pair of opposed bearings 26 incorporated in the housing 25 and arranged in parallel.
  • the first shaft 21 is connected to the output shaft 11 of the motor 10. Has been.
  • the first reduction gear train 23 is provided with a first input gear 23 a on the first shaft 21, and a first output gear 23 b that meshes with the first input gear 23 a is rotatable about the second shaft 22.
  • the second reduction gear train 24 is provided with a second input gear 24a on the first shaft 21, and a second output gear 24b meshing with the second input gear 24a is rotatable about the second shaft 22,
  • the reduction ratio of the second reduction gear train 24 is smaller than the reduction ratio of the first reduction gear train 23.
  • a first two-way roller clutch that fastens and releases the first output gear 23b and the second shaft 22 between the first output gear 23b and the second shaft 22. 30A is incorporated. Further, a second two-way roller clutch 30B for fastening and releasing the second output gear 24b and the second shaft 22 is incorporated between the second output gear 24b and the second shaft 22.
  • first two-way roller clutch 30A and the second two-way roller clutch 30B have the same configuration and are symmetrically oriented, the first two-way roller clutch 30A will be described below.
  • symbol is attached
  • the first two-way roller clutch 30 ⁇ / b> A stops the inner ring 31 on the second shaft 22 by fitting with the spline 32, and a cylindrical surface 33 formed on the outer periphery of the inner ring 31 on the inner periphery of the first output gear 23 b.
  • a plurality of flat cam surfaces 34 that form a wedge-shaped space whose both ends in the circumferential direction are narrow in the circumferential direction are provided at equal intervals in the circumferential direction, and a roller 35 is incorporated between each cam surface 34 and the cylindrical surface 33. 35 is held by a cage 36 incorporated between the first output gear 23 b and the inner ring 31.
  • a circular concave portion 37 is formed on one end surface of the inner ring 31 in the axial direction, a circular portion 38a of a switch spring 38 is fitted into the concave portion 37, and outward from both ends of the circular portion 38a.
  • the pair of pressing pieces 38b are inserted into a notch 40 formed on one end surface of the retainer 36 from a notch 39 formed on the outer peripheral wall of the recess 37, and the pair of pressing pieces 38b cuts out.
  • the retainer 36 is elastically held at a neutral position where the rollers 35 are disengaged from the cylindrical surface 33 and the cam surface 34 by pressing opposite end surfaces of the circumferential surface 39 and the notch 40 in opposite directions. .
  • the inner ring 31 incorporated inside the first output gear 23b and the inner ring 31 incorporated inside the second output gear 24b are a spacer as a rotating member incorporated between the opposing portions. 41 and a pair of stopper rings 44 fitted to the second shaft 22 are sandwiched from both sides to be non-movable in the axial direction. In addition, the spacer 41 rotates integrally with each of the pair of opposed inner rings 31.
  • a cylindrical bearing fitting surface 42 is formed on the outer end facing the stopper ring 44 in the pair of inner rings 31, and the first output gear 23 b and the bearing 43 fitted to the bearing fitting surface 42 are used.
  • the second output gear 24 b is rotatably supported with respect to the inner ring 31.
  • the engagement and release of the first two-way roller clutch 30A and the second two-way roller clutch 30B are controlled by the transmission ratio switching mechanism 50 shown in FIG.
  • the gear ratio switching mechanism 50 is fitted on the outer periphery of the spacer 41 with a control ring 51 that is movable in the axial direction and rotatably supported, and is disposed on both sides of the control ring 51.
  • One of the pair of friction plates 52a and 52b is prevented from rotating on the retainer 36 of the first two-way roller clutch 30A, and the other is prevented from rotating on the retainer 36 of the second two-way roller clutch 30B.
  • the ring 51 is moved toward the first output gear 23b by the shift mechanism 60, and the retainer 36 is connected to the first output gear 23b by friction engagement of the friction plate 52a pressed against the side surface of the first output gear 23b.
  • the roller 35 is engaged with the cylindrical surface 33 and the cam surface 34 by the relative rotation of the cage 36 and the inner ring 31.
  • the control ring 51 is moved toward the second output gear 24b by the shift mechanism 60, and the retainer 36 is connected to the second output gear 24b by the frictional engagement of the friction plate 52b pressed against the side surface of the second output gear 24b.
  • the roller 35 is engaged with the cylindrical surface 33 and the cam surface 34 by the relative rotation of the cage 36 and the inner ring 31.
  • the pair of friction plates 52a and 52b are annular, and an L-shaped engagement piece 53 formed on the inner diameter surface of the friction plates 52a and 52b is engaged with the cutout portion 40 formed on the retainer 36, so that the friction plates 52a and 52b Each is locked to the retainer 36.
  • a washer 54 and an elastic member 55 are incorporated between the opposing surfaces of the engagement piece 53 and the inner ring 31, and the friction plates 52 a and 52 b are attached to the engagement release positions that are separated from the inner ring 31 by the elastic member 55. It is fast.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view showing each of the inner ring 31, the retainer 36, the switch spring 38, the elastic member 55 of the transmission ratio switching mechanism, the washer 54, and the friction plate 52a of the two-way roller clutch 30A. Since the 2-way roller clutch 30B side has the same configuration as the 2-way roller clutch 30A side, illustration and description thereof are omitted.
  • an engagement groove 57 is formed at the inner end of the engagement piece 53, while a plurality of engagement members 56 are formed on the outer periphery of the spacer 41 with the engagement groove 57.
  • the shift mechanism 60 slidably supports a shift rod 61 arranged in parallel with the second shaft 22 by a pair of sliding bearings 62 attached to the housing 25, and the shift rod 61
  • a shift fork 63 is attached, while a sleeve 65 is rotatably supported by a rolling bearing 64 fitted to the outer periphery of the control ring 51 and is supported non-movably in the axial direction.
  • a groove 66 is provided, and a forked piece 63a at the tip of the shift fork 63 is fitted into the annular groove 66.
  • the shift rod 61 is moved in the axial direction by the actuator 67, and the control ring 51 is moved in the axial direction together with the sleeve 65. I try to let them.
  • a cylinder or a solenoid connected to the shift rod 61 can be used as the actuator 67.
  • a motor 68 is used, and the rotation of the output shaft 69 of the motor 68 is rotated by the motion conversion mechanism 70. It is converted to movement in the axial direction.
  • a drive gear 71 provided on the output shaft 69 of the motor 68 is engaged with a driven gear 72 as a nut member, and the driven gear 72 is rotatably supported by a pair of opposed bearings 73.
  • the internal thread 74 formed on the circumference is screw-engaged with the external thread 75 formed on the outer periphery of the end of the shift rod 61, and the shift rod 61 is moved in the axial direction by the rotation of the driven gear 72 at a fixed position. ing.
  • an output gear 76 that transmits the rotation of the second shaft 22 to the differential gear 80 is provided at the shaft end of the second shaft 22.
  • a ring gear 81 that meshes with the output gear 76 is attached to a differential case 82 that is rotatably supported by the housing 25, and a pair of pinions 84 is attached to a pinion shaft 83 that is rotatably supported at both ends by the differential case 82.
  • a pair of side gears 85 are engaged with each of the pair of pinions 84, and a shaft end portion of the axle 86 is connected to each of the pair of side gears 85.
  • the vehicle motor drive device A shown in this embodiment has the above-described structure, and FIG. 6 shows that the pair of friction plates 52a and 52b are held at the disengagement positions where they are separated from the first output gear 23b and the second output gear 24b.
  • each of the friction plates 52a and 52b that are prevented from rotating by the cage 36 is prevented from rotating with respect to the inner ring 31 by engaging with the engaging groove 57 and the engaging protrusion 58, so It is in a state of being prevented from rotating with respect to the inner ring 31. Therefore, the drag torque acting on the roller 35 does not cause the inner ring 31 and the retainer 36 to rotate relative to each other, and the first and second two-way roller clutches 30A and 30B are erroneously engaged. There is no occurrence.
  • the retainer 36 of the first two-way roller clutch 30A rotates relative to the inner ring 31, the roller 35 engages with the cylindrical surface 33 and the cam surface 34, and the rotation of the first output gear 23b 1 is immediately transmitted to the second shaft 22 via the two-way roller clutch 30A. Further, the rotation of the second shaft 22 is transmitted to the axle 86 through the differential gear 80.
  • FIG. 12 shows the shift switching state performed in this way.
  • the first 2-way roller clutch 30A or the second 2-way roller clutch 30B is immediately engaged and engaged. In order to cancel, the shift can be quickly switched.
  • a control ring 51 and two friction plates 52a and 52b are incorporated between the first output gear 23b and the second output gear 24b, and one friction plate 52a is connected to the first two-way roller clutch 30A.
  • the other friction plate 52b is prevented from rotating around the retainer 36 of the second two-way roller clutch 30B so that the control ring 51 can be shifted in the left-right direction by the shift mechanism 60, If one gear ratio switching mechanism 50 can be configured to control the engagement and disengagement of the two sets of the two-way roller clutches 30A and 30B, the motor drive device can be reduced in size.
  • the friction plates 52a and 52b are smoothly rotated relative to the control ring 51 when the friction plates 52a and 52b are pressed against the first output gear 23b and the second output gear 24b to be frictionally engaged.
  • the two-way roller clutches 30A and 30B can be reliably engaged.
  • a cylindrical surface 33 is formed on the inner periphery of the first output gear 23b and the second output gear 24b, and a cam surface 34 is provided on the outer periphery of the inner ring 31 incorporated inside each output gear 23b, 24b.
  • cam surfaces may be formed on the inner periphery of the first output gear 23b and the second output gear 24b, and a cylindrical surface may be provided on the outer periphery of the inner ring.
  • the retainer 36 is elastically held so that the roller 35 is in a neutral state by incorporating a switch spring 38 between the first output gear 23b and the second output gear 24b and the retainer 36.
  • the motor 10 is a radial gap type IPM motor in which a radial gap is provided between a motor stator 173 fixed to a cylindrical motor housing 172 and a motor rotor 175 attached to the output shaft 11.
  • the motor stator 173 includes a stator core portion 177 and a coil 178 made of a soft magnetic material.
  • the stator core portion 177 is held by the motor housing 172 with the outer peripheral surface thereof fitted into the inner peripheral surface of the motor housing 172.
  • the motor rotor 175 includes a rotor core portion 179 that is externally fitted to the output shaft 11 concentrically with the motor stator 173, and a plurality of permanent magnets 180 built in the rotor core portion 179.
  • the permanent magnet 180 is arranged in a V shape.
  • the speed reducer 20 is a two-stage switching type having the two-stage gear trains 23 and 24.
  • the speed reducer 20 has three fixed speed reduction ratios and different speed reduction ratios.
  • the above gear train may be provided, and the torque transmission path may be switched between three or more gear trains.
  • the driving force curve of the train and the driving force curve of the gear train having the smaller reduction gear ratio have a continuous reduction gear ratio with an overlapping portion in the torque gradually decreasing curve portion.
  • the means for switching the torque transmission path between the plurality of gear trains of the speed reducer 20 is the roller clutch 30A, 30B.
  • the clutch used as the switching means is a dog clutch (not shown). It may be.

Abstract

　電動式のモータ(10)と、固定ギヤ比の切り換え可能な２つのギヤ列(23,24)を有する減速機(20)とを備える。モータ(10)の出力特性によって定まる、前記各ギヤ列(23,24)における出力回転速度とその出力回転速度で最大に得られる出力トルクとの関係を示す駆動力曲線(L1，L2)が、いずれも、トルク一定曲線部(L1a，L2a)、トルク漸減曲線部(L1b，L2b)および速度一定曲線部(L1c，L2c)を有する。各ギヤ列(23,24)は、両ギヤ列(23,24)の駆動力曲線(L1，L2)が、トルク漸減曲線部(L1b，L2b)で重なり部分(Lba)を持って連続する減速比を有するものとする。

Description

車両用モータ駆動装置および自動車 関連出願
　本出願は、２０１１年９月１３日出願の特願２０１１－１９９００８の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、電動式のモータを駆動源として備え、そのモータの出力を減速して車輪に伝える車両用モータ駆動装置、およびこの車両用モータ駆動装置を搭載した自動車に関する。
　電動式のモータは、回転速度と出力トルクとの関係が、或る範囲で高効率となる特性を持つ。そのため、モータの回転は減速機を介して車輪に伝えるのが一般的である。前記減速機の減速比は、優れた効率が得られる出力トルク・回転速度の関係で使用されるように定められる。しかし、車両では、車庫入れ時等の低速走行から、高速道路での高速走行時など、走行速度の範囲が広範囲となる。そのため、固定した減速比では、モータを高効率に駆動させることができない。これを解消するため、車両用モータ駆動装置において、減速比を２段に切り換え可能な減速機、つまり変速機を用いたものが提案されている（例えば、特許文献１。）
特開２０１１－５８５３４号公報
　上記のように、車両用モータ駆動装置において、減速比を２段に切り換え可能とすることが提案されている。しかし、各段の間の減速比の関係をどのような関係に設定するかについては、未解決である。
　図１５（ａ）～（ｃ）は、電動式のモータの出力特性によって定まる、減速機の各ギヤ列における出力回転速度とその出力回転速度で最大に得られる出力トルクとの関係の例を示す。前記出力回転速度は車速と考えても良い。図１５（ａ）は減速比小（高速重視）の場合、同図（ｂ）は減速比大（低速高トルク重視）の場合を示す。
　出力回転速度と出力トルクの関係を示す駆動力曲線Ｌ１（図１５（ａ）），Ｌ２（図１５（ｂ））は、一般的に同図のように、出力回転速度が零から或る定まったトルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａまでは、それぞれのギヤ列出力として最大となる最大トルクが続くトルク一定曲線部Ｌ１ａ，Ｌ２ａとなり、前記トルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａから最大回転速度までは出力回転速度が速くなるに従って出力トルクが次第に低下するトルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂとなり、最大回転速度で出力トルクが最低値となって出力回転速度一定となる速度一定曲線部Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃとなる。この駆動力曲線Ｌ１，Ｌ２よりも内部（原点側：ハッチングを施した範囲）で、種々の走行条件に応じた出力トルク・回転速度の関係でモータ駆動されることになる。各図のクロスハッチング部分が一般的にモータが高効率となる領域である。
　図１５（ａ）の減速比小の場合は、高速走行が可能であるが、出力トルクは小さいため、高速重視の場合に適する。同図（ｂ）の減速比大の場合は、出力トルクは大きく得られるが、走行速度は遅いため、低速大トルク重視の場合に適する。減速比を２段に切り換え可能とすると、同図（ａ）と（ｂ）を重ね合わせた同図（ｃ）の駆動力曲線Ｌの範囲で走行可能となり、高速小トルク走行と低速大トルク走行とが可能となる。
　しかし、減速比小の場合の減速比と、減速比大の場合の減速比との関係を適切に設定しなければ、同図（ｃ）のように、駆動力曲線Ｌにおける、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂが不連続となって、速度一定曲線部Ｌ１ｃおよびトルク一定曲線部Ｌ２ａに続く領域である不連続領域Ｃ（網点を施した領域）が生じる。この不連続領域Ｃは、減速機出力として得ることのできない回転速度と出力トルクの関係の領域である。この不連続領域Ｃが生じる減速比の場合、例えば図１５（ｃ）の点Ｑ１の条件でモータ駆動されているような場合は、変速操作を行っても支障は生じないが、不連続領域Ｃの付近で、点Ｑ２，点Ｑ点の条件のように、駆動力曲線Ｌ上や駆動力曲線Ｌに沿う位置に近い条件で走行している場合は、そのときに変速操作を行うと急激なトルク変動が生じることになる。そのため、スムーズな変速操作が行えなくて、走行の快適性が損なわれる。特に、高速道路等における料金所通過時等の低速走行から高速走行に至るまで急に加速しようとした場合などは、上記不連続領域Ｃの影響でスムーズな加速が行えない。
　この発明の目的は、複数段の変速機能を持ち、減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることがなく、小型の電動式のモータでもスムーズな加速と高速走行が可能で、快適な走行が行え、かつ最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行える車両用モータ駆動装置を提供することである。この発明の他の目的は、モータ出力を減速する複数段の変速機能を持ち、減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることなく、小型の電動式のモータでもスムーズな加速と高速走行が可能で、快適な走行が行え、かつ最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行える電気自動車、ハイブリッド自動車を提供することである。以下、この発明の概要について、実施形態を示す図面中の符号を用いて説明する。
　この発明の車両用モータ駆動装置は、電動式のモータ１０と、この電動式のモータ１０と車輪１との間のトルク伝達系に介在し、それぞれ固定減速比であって互いに減速比が異なる複数のギヤ列２３，２４およびこれら２つのギヤ列２３，２４の間でトルク伝達経路を切り換える手段を有する減速機２０とを備えた車両用モータ駆動装置Ａであって、
　前記モータ１０の出力特性によって定まる、前記各ギヤ列２３，２４における出力回転速度とその出力回転速度で最大に得られる出力トルクとの関係を示す駆動力曲線Ｌ１，Ｌ２が、いずれも、出力回転速度が零から或る定まったトルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａまでは、それぞれのギヤ列出力として最大となる最大トルクが続くトルク一定曲線部Ｌ１ａ，Ｌ２ａとなり、前記トルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａから最大回転速度までは出力回転速度が速くなるに従って出力トルクが次第に低下するトルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂとなり、最大回転速度で出力トルクが最低値となって出力回転速度一定となる速度一定曲線部Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃとなり、
　前記各ギヤ列２３，２４は、前記減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、前記トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有する。
　なお、ギヤ列が３つ以上の場合、上記の減速比大側のギヤ列および減速比小側のギヤ列は、その３つ以上のギヤ列のうち、減速比が互いに１段異なる各２つのギヤ列間における減速比大側のギヤ列および減速比小側のギヤ列を言う。
　この構成によると、減速機２０を複数段に切換え可能としたため、モータ１０が小型でも急加速，高速走行が可能となり、小型軽量な車両用モータ駆動装置Ａとなる。特に、前記減速機２０は、減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｃで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有するものとしたため、減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることなく、モータ１０が小型でも低速域から高速域までスムーズな加速が可能となり、快適な走行が行える。しかも、出力回転速度と出力トルクの関係において、高効率域Ｈが拡大し、最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行える。
　この発明において、前記減速機２０の前記複数のギヤ列２３，２４の間でトルク伝達経路を切り換える手段が、クラッチの係合、解除によって切換えを行う変速比切換機構５０であっても良い。クラッチの係合、解除によって切換えを行う形式の場合に、減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有することによる効果が、より効果的となる。前記クラッチは、例えば、ローラクラッチ３０Ａ，３０Ｂまたはドグクラッチ（図示せず）であっても良い。ローラクラッチ３０Ａ，３０Ｂやドグクラッチ（図示せず）では、駆動側と被駆動側で回転差があっても切換が可能であるが、このようなクラッチの場合に、上記の重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有することによる効果、さらに効果的となる。
　この発明において、前記減速機２０の出力を車両の左右の車輪１，１に分配して伝達するディファレンシャルギヤ８０を有するものとしても良い。この場合に、前記車両は走行駆動源として前記モータ１０を１台のみ有するものであっても良い。この発明の車両用モータ駆動装置Ａは、車輪１を個別に駆動する場合にも適用可能ではあるが、減速比の切換えに対する安定した走行性の確保のため、１台のモータ１０で左右両輪１，１を駆動する場合、特に１台のモータ１０で車両を駆動する場合に、より効果的である。
　この発明において、前記モータ１０が、埋め込み磁石形同期モータであっても良い。埋め込み磁石形同期モータは、車両走行用のモータとして各種の優れた性能を有するが、この発明の複数段減速構成とすることで、より効率的に駆動することができる。
　この発明の電気自動車ＥＶは、この発明の上記いずれか構成の車両用モータ駆動装置Ａを搭載したものである。この構成の電気自動車ＥＶによると、この発明の車両用モータ駆動装置Ａの搭載によって、小型のモータ１０でもスムーズな加速と高速走行が可能で、かつ最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行え、また減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることなく、快適な走行が行える。
　この発明のハイブリッド自動車ＨＶは、車両の前部に設けられた左右一対の前輪１，１と後部に設けられた左右一対の後輪２，２の一方をエンジンＥで駆動し、他方を、この発明の上記いずれかの構成の車両用モータ駆動装置Ａで駆動する。この構成のハイブリッド自動車ＨＶによると、この発明の車両用モータ駆動装置Ａの搭載により、モータ走行時に、小型のモータ１０でもスムーズな加速と高速走行が可能で、かつ最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行え、また減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることなく、快適な走行が行える。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
（Ａ）はこの発明の一実施形態に係る車両用モータ駆動装置を概念構成を示す説明図、（Ｂ）の（ａ）～（ｃ）は、その各ギヤ列およびこれらギヤ列を組み合わせた出力の回転速度と出力トルクの関係を示す特性図である。 （ａ）～（ｃ）は同回転速度と出力トルクの関係および高効率域を示す特性図である。 （Ａ），（Ｂ）は、減速比固定の車両用モータ駆動装置と実施形態の車両用モータ駆動装置との外形の大きさを比較する説明図である。 （Ａ）は、同車両用モータ駆動装置を採用した電気自動車の概略平面図、（Ｂ）は、上記車両用モータ駆動装置を採用したハイブリッド車の概略平面図である。 同実施形態に係る車両用モータ駆動装置の縦断面図である。 図５の変速機の要部を拡大して示す断面図である。 図６のVII－VII線に沿った断面図である。 図６のVIII－VIII線に沿った断面図である。 変速比切換機構を示す縦断面図である。 図６のＸ－Ｘ線に沿った断面図である。 図９の一部を拡大して示す断面図である。 変速切換状態を示す縦断面図である。 ２ウェイローラクラッチの内輪、保持器、スイッチばねおよび変速比切換機構の弾性部材、ワッシャ、摩擦板のそれぞれを示す分解斜視図である。 同車両用モータ駆動装置におけるモータの一例の縦断面図である。 （ａ）～（ｃ）は提案例に係る２段切り換えの減速機における出力回転速度と出力トルクの関係を示す特性図である。
　この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１（Ａ）に示すように、この車両用モータ駆動装置Ａは、電動式のモータ１０と、このモータ１０と車輪１，１との間のトルク伝達系に介在した減速機２０とを備える。減速機２０は、それぞれ固定減速比である減速比小側と減速比大側の２つのギヤ列２３，２４を有し、これら２つのギヤ列２３，２４の間でトルク伝達経路を変速比切換機構５０で切り換え可能とされている。変速比切換機構５０は、後述のクラッチの係合、解除によって切換えを行う形式のものである。減速機２０の出力は、ディファレンシャルギヤ８０により車両の左右の車輪１，１に分配して伝達される。モータ１０は、同期形のモータ、例えば埋め込み磁石形同期モータである。
　図１（Ｂ）の（ａ），（ｂ）に、前記減速比小側および減速比大側の各ギヤ列２４，２３における出力回転速度とその出力回転速度で最大に得られる出力トルクとの関係を示す駆動力曲線Ｌ２，Ｌ１をそれぞれ示す。この駆動力曲線Ｌ１，Ｌ２は、モータ１０の出力特性と減速比によって定まるが、出力回転速度が零から或る定まったトルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａまでは、それぞれのギヤ列出力として最大となる最大トルクが続くトルク一定曲線部Ｌ１ａ，Ｌ２ａとなり、前記トルク低下開始速度Ｖ１ａ，Ｖ２ａから最大回転速度までは回転速度が速くなるに従って出力トルクが次第に低下するトルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂとなり、最大回転速度で出力トルクが最低値となって回転速度一定となる速度一定曲線部Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃとなる。
　前記２つのギヤ列２３，２４は、図１（Ｂ）の（ｃ）に示すように、前記減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、前記トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有するように、互いの減速比の関係に設定される。すなわち、両駆動力曲線Ｌ１，Ｌ２が重なり部分Ｌｂａを持って連続するように設定される。重なり部分Ｌｂａの長さは、零未満でなければ良く、適宜設計される。
　この構成によると、減速機２０を２段切換え可能としたため、小型のモータ１０でも急加速，高速走行が可能となり、小型軽量な車両用モータ駆動装置Ａとなる。例えば、図３（Ａ），（Ｂ）に概念的に示すように、同図（Ａ）のように減速比固定の減速機２０Ａを用いた場合に比べ、同図（Ｂ）に示す２段変速の場合は減速機２０が大きくなるが、モータ１０が小型化されて、このモータ小型化の影響の方が、減速機大型化よりも影響が強く、車両用モータ駆動装置Ａの全体としては小型軽量化される。
　また、この実施形態では、減速機２０は、減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有するものとしたため、減速比の切り換え時に急激なトルク変動が生じることない。そのため、小型のモータ１０でも、低速域から高速域までスムーズな加速が可能となり、快適な走行が行える。
　しかも、出力回転速度と出力トルクの関係において、高効率域が拡大し、最適なギヤ選択により高効率のモータ駆動が行える。例えば、図２（ａ），（ｂ）に２段の各ギヤ列２３，２４おける高効率域Ｈを斜線部で示すが、両ギヤ列２３，２４を切り換える２段切り換えとした場合、同図（ｃ）に示すように、高効率域Ｈが拡大することになる。このように、適切な２段切り換えとすることで、高速走行域の拡大、低速域での駆動力（トルク）増が得られると共に、高効率域Ｈが拡大し、それだけ高効率域Ｈで運転される確率も増えて、低電力使用量で走行できる。
　また、この実施形態では、２つのギヤ列２３，２４の間でのトルク伝達経路を切り換えを、クラッチの係合、解除によって切換えを行う変速比切換機構５０で行うようにしているが、このようなクラッチ使用の変速比切換機構５０を用いた場合に、前記減速比大側のギヤ列２３の駆動力曲線Ｌ１と、減速比小側のギヤ列２４の駆動力曲線Ｌ２が、トルク漸減曲線部Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで重なり部分Ｌｂａを持って連続する減速比を有することによる効果が、より効果的となる。
　また、減速機２０の出力はディファレンシャルギヤ８０を介して車両の左右の車輪１，１に分配して伝達されるが、減速比の切換えに対する安定した走行性の確保のため、１台のモータで左右両輪を駆動する場合、特に１台のモータで車両を駆動する場合に、この実施形態の２段切り換えの車両用モータ駆動装置Ａが効果的である。
　モータ１０は、任意の形式のもので良いが、埋め込み磁石形同期モータが、車両走行用として種々の面で優れている。埋め込み磁石形同期モータを用いた場合に、この実施形態の形式の２段減速構成の車両用モータ駆動装置Ａの上記効果が、より一層効率的に発揮される。
　次にこの車両用モータ駆動装置を搭載した自動車の例、および減速機等の具体的な構成例を、図４（Ａ），（Ｂ）ないし図１４と共に説明する。図４（Ａ）は、この実施形態に係る車両用モータ駆動装置Ａによって、左右一対の前輪である車輪１を駆動するようにした電気自動車ＥＶを示す。図４（Ｂ）は、エンジンＥによって左右一対の駆動輪としての前輪である車輪１を駆動し、上記モータ駆動装置Ａによって左右一対の補助駆動輪としての後輪である車輪２を駆動するハイブリッド車ＨＶを示し、上記エンジンＥの回転を、トランスミッションＴ、およびディファレンシャルギヤＤを介して前輪である車輪１に伝達するようにしている。
　図５に示すように、車両用モータ駆動装置Ａは、モータ１０と、そのモータ１０の出力軸１１の回転を変速する減速機２０と、その減速機２０から出力される動力を、図４（Ａ）に示す電気自動車ＥＶの左右一対の前輪１に分配し、または、図４（Ｂ）に示すハイブリッド車ＨＶの左右一対の後輪２に分配するディファレンシャルギヤ８０とを有している。
　減速機２０は、２段切り換えの変速機であり、第１シャフト２１と第２シャフト２２間に、それぞれ固定減速比の第１減速ギヤ列２３と第２減速ギヤ列２４を設けた常時噛合い式減速機からなる。
　第１シャフト２１および第２シャフト２２は、ハウジング２５内に組込まれた対向一対の軸受２６により回転自在に支持されて平行の配置とされ、上記第１シャフト２１がモータ１０の出力軸１１に接続されている。
　第１減速ギヤ列２３は、第１シャフト２１に第１入力ギヤ２３ａを設け、その第１入力ギヤ２３ａに噛合する第１出力ギヤ２３ｂを、第２シャフト２２を中心にして回転自在としている。
　第２減速ギヤ列２４は、第１シャフト２１に第２入力ギヤ２４ａを設け、その第２入力ギヤ２４ａに噛合する第２出力ギヤ２４ｂを第２シャフト２２を中心にして回転自在としており、その第２減速ギヤ列２４の減速比は第１減速ギヤ列２３の減速比より小さくなっている。
　図６ないし図８に示すように、第１出力ギヤ２３ｂと第２シャフト２２との間には、その第１出力ギヤ２３ｂと第２シャフト２２とを締結、解除する第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａが組込まれている。また、第２出力ギヤ２４ｂと第２シャフト２２間には、その第２出力ギヤ２４ｂと第２シャフト２２を締結、解除する第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂが組込まれている。
　第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａと、第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂは、同一の構成であって左右対称の向きとされているため、第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａを以下に説明し、第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂについては、同一の部品に同一の符号を付して説明を省略する。
　第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａは、第２シャフト２２に内輪３１を、スプライン３２による嵌合として回り止めし、その内輪３１の外周に第１出力ギヤ２３ｂの内周に形成された円筒面３３との間で周方向の両端が狭小のくさび形空間を形成する複数の平坦なカム面３４を周方向に等間隔に設け、各カム面３４と円筒面３３間にローラ３５を組込み、そのローラ３５を第１出力ギヤ２３ｂと内輪３１間に組込まれた保持器３６で保持している。
　図８に示すように、内輪３１の軸方向の一端面に円形の凹部３７を形成し、その凹部３７内にスイッチばね３８の円形部３８ａを嵌合し、その円形部３８ａの両端から外向きに設けられた一対の押圧片３８ｂを、凹部３７の外周壁に形成された切欠き３９から保持器３６の一端面に形成された切欠部４０に挿入し、その一対の押圧片３８ｂで切欠き３９および切欠部４０の周方向で対向する端面を相反する方向に押圧して、ローラ３５が円筒面３３およびカム面３４に対して係合解除する中立位置に保持器３６を弾性保持している。
　図６に示すように、第１出力ギヤ２３ｂの内側に組込まれた内輪３１と第２出力ギヤ２４ｂの内側に組込まれた内輪３１は、その対向部間に組込まれた回転部材としての間座４１と、第２シャフト２２に嵌合された一対のストッパリング４４により両側から挟持されて軸方向に非可動の支持とされている。また、間座４１は対向一対の内輪３１のそれぞれと一体に回転するようになっている。
　一対の内輪３１には、ストッパリング４４と対向する外端部に円筒形の軸受嵌合面４２が形成され、その軸受嵌合面４２に嵌合された軸受４３によって、第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂが内輪３１に対して回転自在に支持されている。
　第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａと第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂは、図９に示す変速比切換機構５０によって係合、解除が制御される。
　図９に示すように、変速比切換機構５０は、間座４１の外周に軸方向に移動可能な制御リング５１を嵌合して回転自在に支持し、その制御リング５１の両側に配置された一対の摩擦板５２ａ、５２ｂの一方を第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａの保持器３６に回り止めし、かつ、他方を第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂの保持器３６に回り止めし、上記制御リング５１をシフト機構６０により第１出力ギヤ２３ｂに向けて移動させ、その第１出力ギヤ２３ｂの側面に押し付けられる摩擦板５２ａの摩擦係合により保持器３６を第１出力ギヤ２３ｂに連結して、その保持器３６と内輪３１の相対回転により、ローラ３５を円筒面３３およびカム面３４に係合させるようにしている。
　シフト機構６０により制御リング５１を第２出力ギヤ２４ｂに向けて移動させ、その第２出力ギヤ２４ｂの側面に押し付けられる摩擦板５２ｂの摩擦係合により保持器３６を第２出力ギヤ２４ｂに連結して、その保持器３６と内輪３１の相対回転により、ローラ３５を円筒面３３およびカム面３４に係合させるようにしている。
　一対の摩擦板５２ａ、５２ｂは環状をなし、その内径面に形成されたＬ形の係合片５３を保持器３６に形成された前記切欠部４０に係合して、摩擦板５２ａ、５２ｂのそれぞれを保持器３６に回り止めしている。また、係合片５３と内輪３１の対向面間にワッシャ５４と弾性部材５５とを組込み、その弾性部材５５によって摩擦板５２ａ、５２ｂのそれぞれを内輪３１から離反する係合解除位置に向けて付勢している。図１３は２ウェイローラクラッチ３０Ａの内輪３１、保持器３６、スイッチばね３８および変速比切換機構の弾性部材５５、ワッシャ５４、摩擦板５２ａのそれぞれを示す分解斜視図である。なお、２ウェイローラクラッチ３０Ｂ側についても２ウェイローラクラッチ３０Ａ側と同様の構成となるため、図示およびその説明は省略する。
　図１０に示すように、係合片５３の内端に係合溝５７を形成し、一方、間座４１の外周には、その係合溝５７とで係合手段５６を形成する複数の係合突条５８を設け、上記摩擦板５２ａ、５２ｂが係合解除位置まで移動した際、係合溝５７を係合突条５８の一つに係合させて、間座４１に一体化された内輪３１と保持器３６とが相対的に回転するのを防止し、ローラ３５を中立位置に保持するようにしている。
　また、図９に示すように、シフト機構６０は、第２シャフト２２に平行に配置されたシフトロッド６１をハウジング２５に取り付けられた一対の滑り軸受６２によりスライド自在に支持し、そのシフトロッド６１にシフトフォーク６３を取付け、一方、制御リング５１の外周に嵌合された転がり軸受６４でスリーブ６５を回転自在に支持し、かつ、軸方向に非可動に支持し、そのスリーブ６５の外周に環状溝６６を設け、その環状溝６６にシフトフォーク６３の先端の二股片６３ａを嵌合し、上記シフトロッド６１をアクチュエータ６７により軸方向に移動させて、スリーブ６５と共に制御リング５１を軸方向に移動させるようにしている。
　アクチュエータ６７として、シフトロッド６１に接続されるシリンダやソレノイドを採用することができるが、ここでは、モータ６８を採用し、そのモータ６８の出力軸６９の回転を運動変換機構７０によりシフトロッド６１の軸方向への移動に変換するようにしている。
　すなわち、モータ６８の出力軸６９に設けられた駆動ギヤ７１にナット部材としての従動ギヤ７２を噛合し、その従動ギヤ７２を対向一対の軸受７３により回転自在に支持し、その従動ギヤ７２の内周に形成された雌ねじ７４をシフトロッド６１の端部外周に形成された雄ねじ７５にねじ係合し、上記従動ギヤ７２の定位置での回転により、シフトロッド６１を軸方向に移動させるようにしている。
　図５に示すように、第２シャフト２２の軸端部には、その第２シャフト２２の回転をディファレンシャルギヤ８０に伝達するアウトプットギヤ７６が設けられている。
　ディファレンシャルギヤ８０は、アウトプットギヤ７６に噛合するリングギヤ８１をハウジング２５によって回転自在に支持されたデフケース８２に取付け、上記デフケース８２により両端部が回転自在に支持されたピニオン軸８３に一対のピニオン８４を取付け、その一対のピニオン８４のそれぞれに一対のサイドギヤ８５を噛合した構成とされ、その一対のサイドギヤ８５のそれぞれにアクスル８６の軸端部が接続されている。
　この実施形態で示す車両用モータ駆動装置Ａは上記の構造からなり、図６は、一対の摩擦板５２ａ、５２ｂが第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂから離反する係合解除位置に保持された状態を示し、上記第１出力ギヤ２３ｂの内側に組込まれた第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａおよび第２出力ギヤ２４ｂの内側に組込まれた第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂのそれぞれは、図７に示すように、係合解除状態にある。
　このため、モータ１０が駆動されて第１シャフト２１が回転しても、その回転は第１入力ギヤ２３ａからこれに噛合する第１出力ギヤ２３ｂに伝達され、また、第２入力ギヤ２４ａからこれに噛合する第２出力ギヤ２４ｂに伝達されるが、第２シャフト２２に伝達されず、第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂが空転する。
　第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂの空転状態において、２ウェイローラクラッチ３０Ａ、３０Ｂの中立状態にあるローラ３５には円筒面３３との接触により、ドラグトルクが作用して、保持器３６を回転させようとする。
　このとき、保持器３６に回り止めされた摩擦板５２ａ、５２ｂのそれぞれは、係合溝５７と係合突条５８に係合によって内輪３１に対して回り止めされているため、保持器３６も内輪３１に対して回り止めされる状態にある。このため、ローラ３５に作用するドラグトルクによって、内輪３１と保持器３６とが相対回転するようなことはなく、第１、第２の２ウェイローラクラッチ３０Ａ、３０Ｂが誤係合するという不都合の発生はない。
　モータ１０の駆動によって第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂのそれぞれが空転する状態において、図９に示すモータ６８の駆動によりシフトロッド６１を同図の右方向に移動させると、シフトフォーク６３によってスリーブ６５および制御リング５１がシフトロッド６１と同方向に移動され、その制御リング５１により、摩擦板５２ａが第１出力ギヤ２３ｂの側面に押し付けられる。
　このとき、摩擦板５２ａの係合溝５７と間座４１の係合突条５８の係合が解除し、また、摩擦板５２ａは、第１出力ギヤ２３ｂの側面に摩擦係合するため、保持器３６は第１出力ギヤ２３ｂに連結される状態になる。
　このため、第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａの保持器３６が内輪３１に対して相対回転し、ローラ３５が円筒面３３およびカム面３４に係合し、第１出力ギヤ２３ｂの回転は、第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａを介して第２シャフト２２に直ちに伝達される。また、第２シャフト２２の回転はディファレンシャルギヤ８０を介してアクスル８６に伝達される。
　その結果、図４（Ａ）に示す電気自動車ＥＶにおいては、前輪１が回転することになり、その電気自動車ＥＶを走行させることができると共に、図４（Ｂ）に示すハイブリッド車ＨＶにおいては、補助駆動輪としての後輪２が回転し、前輪１の駆動をアシストすることになる。
　ここで、内輪３１と保持器３６が相対回転すると、スイッチばね３８が弾性変形する。そのため、モータ６８を上記の逆方向に回転し、シフトロッド６１を上記の逆の方向に移動（図９の左方向）させて、制御リング５１を第１出力ギヤ２３ｂから離反する方向に移動させると、摩擦板５２ａは弾性部材５５（図１１）の復元弾性により、第１出力ギヤ２３ｂから離反し、同時にスイッチばね３８の復元弾性により、保持器３６が復帰回動され、ローラ３５は中立位置に戻されることになり、第１シャフト２１から第２シャフト２２への回転伝達が直ちに遮断されることになる。
　シフトロッド６１を同方向（図９の左方向）にさらに移動させると、制御リング５１の押圧により、摩擦板５２ｂが第２出力ギヤ２４ｂの側面に押し付けられて摩擦係合する。
　このため、第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂの保持器３６が内輪３１に対して相対回転し、ローラ３５が円筒面３３およびカム面３４に係合し、第２出力ギヤ２４ｂの回転は、第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂを介して第２シャフト２２に直ちに伝達されることになり、トルク伝達経路が直ちに切換えられることになる。図１２はこのようにして行われる変速切換状態を示している。
　上記のように、アクチュエータとしてのモータ６８を駆動してシフトロッド６１を軸方向に移動させることにより、第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａまたは第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂが直ちに係合および係合解除するため、変速の切換えを迅速に行なうことができる。
　この実施形態で示すように、第１出力ギヤ２３ｂと第２出力ギヤ２４ｂ間に制御リング５１と２枚の摩擦板５２ａ、５２ｂを組込み、一方の摩擦板５２ａを第１の２ウェイローラクラッチ３０Ａの保持器３６に回り止めし、他方の摩擦板５２ｂを第２の２ウェイローラクラッチ３０Ｂの保持器３６に回り止めし、上記制御リング５１をシフト機構６０で左右方向にシフトできるようにして、１つの変速比切換機構５０によって２組の２ウェイローラクラッチ３０Ａ、３０Ｂの係合、解除を制御し得るように構成すると、モータ駆動装置の小型化を図ることができる。
　ここで、図では省略したが、摩擦板５２ａ、５２ｂと制御リング５１の対向面間に転がり軸受を組込んでおくのがよい。その転がり軸受の組込みによって、摩擦板５２ａ、５２ｂと制御リング５１との接触部に作用する摩擦抵抗の低減化を図ることができる。このため、摩擦板５２ａ、５２ｂが第１出力ギヤ２３ｂ、第２出力ギヤ２４ｂに押し付けられて摩擦係合する係合時に、摩擦板５２ａ、５２ｂを制御リング５１に対して円滑に相対回転させることができ、２ウェイローラクラッチ３０Ａ，３０Ｂを確実に係合させることができる。
　この実施形態においては、第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂの内周に円筒面３３を形成し、各出力ギヤ２３ｂ、２４ｂの内側に組込まれた内輪３１の外周にカム面３４を設けたが、その逆に、第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂの内周にカム面を形成し、内輪の外周に円筒面を設けるようにしてもよい。この場合、第１出力ギヤ２３ｂおよび第２出力ギヤ２４ｂと保持器３６との間にスイッチばね３８を組込むようにして、ローラ３５が中立状態となるよう保持器３６を弾性保持する。
　図１４において、モータ１０は、円筒状のモータハウジング１７２に固定したモータステータ１７３と、出力軸１１に取り付けたモータロータ１７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータである。
　モータステータ１７３は、軟質磁性体からなるステータコア部１７７とコイル１７８とでなる。ステータコア部１７７は、その外周面がモータハウジング１７２の内周面に嵌合して、モータハウジング１７２に保持されている。モータロータ１７５は、モータステータ１７３と同心に出力軸１１に外嵌するロータコア部１７９と、このロータコア部１７９に内蔵される複数の永久磁石１８０とでなる。永久磁石１８０はＶ字状に配置されている。
　なお、上記実施形態では、減速機２０を２段のギヤ列２３，２４を有する２段切換式のものとしたが、減速機２０は、それぞれ固定減速比であって互いに減速比が異なる３つ以上のギヤ列を有していて、これ３つ以上のギヤ列の間でトルク伝達経路を切り換え可能なものとしても良い。この場合、その３つ以上のギヤ列のうち、減速比が互いに１段異なる各２つのギヤ列間における減速比大側のギヤ列および減速比小側のギヤ列につき、減速比大側のギヤ列の駆動力曲線と、減速比小側のギヤ列の駆動力曲線が、前記トルク漸減曲線部で重なり部分を持って連続する減速比を有するものとする。また、上記実施形態では、減速機２０の前記複数のギヤ列の間でトルク伝達経路を切り換える手段を、ローラクラッチ３０Ａ、３０Ｂとしたが、この切り換え手段として用いるクラッチは、ドグクラッチ（図示せず）であっても良い。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
１，２…車輪
１０…電動式のモータ
２０…減速機
２１…第１シャフト
２２…第２シャフト
２３…第１減速ギヤ列
２４…第２減速ギヤ列
３０Ａ…第１の２ウェイローラクラッチ
３０Ｂ…第２の２ウェイローラクラッチ
５０…変速比切換機構
８０…ディファレンシャルギヤ
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…駆動力曲線
Ｌ１ａ，Ｌ２ａ…トルク一定曲線部
Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂ…トルク漸減曲線部
Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃ…速度一定曲線部
Ｌｂａ…重なり部分
Ｈ…高効率域

Claims (8)

  1. 　電動式のモータと、この電動式のモータと車輪との間のトルク伝達系に介在し、それぞれ固定減速比であって互いに減速比が異なる複数のギヤ列およびこれら複数のギヤ列の間でトルク伝達経路を切り換える手段を有する減速機とを備えた車両用モータ駆動装置であって、
    　前記モータの出力特性によって定まる、前記各ギヤ列における出力回転速度とその出力回転速度で最大に得られる出力トルクとの関係を示す駆動力曲線が、いずれも、出力回転速度が零から或る定まったトルク低下開始速度までは、それぞれのギヤ列出力として最大となる最大トルクが続くトルク一定曲線部となり、前記トルク低下開始速度から最大回転速度までは出力回転速度が速くなるに従って出力トルクが次第に低下するトルク漸減曲線部となり、最大回転速度で出力トルクが最低値となって出力回転速度一定となる速度一定曲線部となり、
    　前記各ギヤ列は、前記減速比大側のギヤ列の駆動力曲線と、減速比小側のギヤ列の駆動力曲線が、前記トルク漸減曲線部で重なり部分を持って連続する減速比を有する、
    車両用モータ駆動装置。
  2. 　請求項１において、前記減速機の前記複数のギヤ列の間でトルク伝達経路を切り換える手段が、クラッチの係合、解除によって切換えを行う変速比切換機構である車両用モータ駆動装置。
  3. 　請求項２において、前記クラッチが、ローラクラッチまたはドグクラッチである車両用モータ駆動装置。
  4. 　請求項１において、前記減速機の出力を車両の左右の車輪に分配して伝達するディファレンシャルギヤを有する車両用モータ駆動装置。
  5. 　請求項１において、前記モータが、埋め込み磁石形同期モータである車両用モータ駆動装置。
  6. 　請求項１において、前記車両は走行駆動源として前記モータを１台のみ有する車両用モータ駆動装置。
  7. 　車両の左右の車輪が、請求項１に記載の車両用モータ駆動装置で駆動される電気自動車。
  8. 　車両の前部に設けられた左右一対の前輪と後部に設けられた左右一対の後輪のいずれか一方をエンジンで駆動し、他方を請求項１に記載の車両用モータ駆動装置で駆動するハイブリッド自動車。
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