(57)【要約】【課題】ブラシを介した通電を必要に応じて適切にかつ過不足なく行うことで、ブラシの寿命を有効に延ばすことができる集電装置を提供する。【解決手段】  本発明による集電装置１６は、モータ６のアウタロータ１４に一体に設けられたスリップリング１７と、バッテリ２３に第１及び第２通電経路１９Ａ、１９Ｂをそれぞれ介して電気的に接続され、スリップリング１７に対する接触位置と離間位置との間で移動自在の第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂを備える。第１ブラシ１８Ａを接触位置に駆動した状態で、第１通電経路１９Ａを通電状態に制御し、第１ブラシ１８Ａを介して通電を行う第１通電モードと、第２ブラシ１８Ｂを接触位置に駆動した状態で、第２通電経路１９Ｂを通電状態に制御し、第２ブラシ１８Ｂを介して通電を行う第２通電モードとを、交互に切り替えるブラシ交替制御が実行される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電又は充電が可能な電力装置と回転電機のロータのコイルとの間で通電を行うための集電装置であって、
前記回転電機の前記ロータに一体に設けられ、前記コイルと電気的に接続されたスリップリングと、
前記電力装置に第１通電経路及び第２通電経路をそれぞれ介して電気的に接続されるとともに、前記スリップリングに接触する接触位置と、前記スリップリングから離間する離間位置との間で移動自在の第１ブラシ及び第２ブラシと、
前記第１通電経路及び前記第２通電経路を通電状態又は非通電状態に互いに独立して制御する通電制御装置と、
前記第１ブラシ及び前記第２ブラシを前記接触位置又は前記離間位置に互いに独立して駆動するブラシ駆動機構と、
前記通電制御装置及び前記ブラシ駆動機構を制御することにより、通電モードを、前記第１ブラシを前記接触位置に駆動した状態で、前記第１通電経路を通電状態に制御することによって、前記第１ブラシを介して通電を行う第１通電モードと、前記第２ブラシを前記接触位置に駆動した状態で、前記第２通電経路を通電状態に制御することによって、前記第２ブラシを介して通電を行う第２通電モードとに、交互に切り替えるブラシ交替制御を実行する集電制御手段と、を備え、
前記集電制御手段は、
前記通電モードを前記第１通電モードから前記第２通電モードに切り替える際には、前記第２ブラシを前記接触位置に駆動した後に、前記第２通電経路を通電状態に制御するとともに、その後、前記第１通電経路を非通電状態に制御した後に、前記第１ブラシを前記離間位置に駆動し、
前記通電モードを前記第２通電モードから前記第１通電モードに切り替える際には、前記第１ブラシを前記接触位置に駆動した後に、前記第１通電経路を通電状態に制御するとともに、その後、前記第２通電経路を非通電状態に制御した後に、前記第２ブラシを前記離間位置に駆動するように、前記通電制御装置及び前記ブラシ駆動機構を制御することを特徴とする集電装置。
【請求項２】
前記集電制御手段は、前記通電モードの切替を所定時間ごとに実行することを特徴とする、請求項１に記載の集電装置。
【請求項３】
前記電力装置と前記回転電機の間に通電されている電流量を検出する電流量検出手段をさらに備え、
前記集電制御手段は、前記所定時間を前記検出された電流量に応じて設定することを特徴とする、請求項２に記載の集電装置。
【請求項４】
前記回転電機の前記ロータは、
相対的に回転しながら相反するトルクを発生させるように構成され、前記回転電機の回転軸線に対する径方向に互いに対向するように配置されたアウタロータ及びインナロータと、
前記アウタロータに前記回転軸線方向に連なるように一体に設けられ、前記アウタロータよりも径の小さな縮径部と、を有し、
前記スリップリングは前記縮径部に設けられていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の集電装置。
【請求項５】
前記回転電機のトルクを取得するトルク取得手段と、
前記回転電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、をさらに備え、
前記集電制御手段は、前記取得された回転電機のトルクが所定のトルク用しきい値未満で、かつ前記検出された回転電機の回転速度が所定の回転速度用しきい値未満のときに、前記第１通電モード及び前記第２通電モードを交互に切り替える前記ブラシ交替制御を実行し、前記トルクが前記トルク用しきい値以上のとき、又は前記回転速度が前記回転速度用しきい値以上のときに、前記第１通電モード及び前記第２通電モードを同時に用いるブラシ併用制御を実行することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の集電装置。
【請求項６】
前記トルク用しきい値及び前記回転速度用しきい値はそれぞれ、前記ブラシ交替制御から前記ブラシ併用制御への切替の際に用いられる第１所定値と、前記ブラシ併用制御から前記ブラシ交替制御への切替の際に用いられ、前記第１所定値よりも小さな第２所定値とによって構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の集電装置。
【請求項７】
当該集電装置は、車両に搭載されており、前記回転電機は、前記車両の駆動輪との間で動力を伝達可能に構成されていることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の集電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電又は充電が可能な電力装置と回転電機のロータのコイルとの間で通電を行うための集電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータの集電装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。このモータは、例えば、車両の左右の後輪をそれぞれ駆動する左右一対のモータで構成されている。各モータは、直流モータから成るモータジェネレータで構成されており、モータハウジングに固定されたステータと、電機子を有し、電力の供給を受けて回転するロータを有する。集電装置は、モータごとに設けられており、ステータに移動自在に取り付けられたブラシと、ロータに取り付けられた整流子と、ブラシを整流子側に付勢するばねと、ソレノイドで構成され、ブラシを整流子と反対側に駆動するためのアクチュエータを備えている。
【０００３】
この集電装置では、力行又は発電のためのモータの作動中には、アクチュエータを非励磁にすることによって、ばねの付勢力でブラシが整流子に接触し、相対的に摺動した状態で、ブラシ及び整流子を介して電力の授受（通電）が行われる。一方、モータの停止中には、アクチュエータを励磁し、ブラシを整流子から離間させることによって、整流子との不要な摺動接触（摺接）に起因するブラシの摩耗及び騒音を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２４７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した構成により、この従来の集電装置では、モータの作動中、ブラシを整流子に接触した状態に保持することが必要である。このため、モータの作動が長時間、継続する場合には、その間、ブラシが整流子に摺接し続けるため、ブラシの摩耗や発熱による劣化が進行しやすく、ブラシの寿命を縮める原因になる。
【０００６】
また、この集電装置では、整流子へのブラシの接触・離間のタイミングに対して、ブラシの通電タイミングをどのように設定するかについては、何ら示されていない。このため、ブラシの通電タイミングにずれが生じ、例えば、ブラシが整流子にまだ接触しない状態で、あるいはブラシと整流子の間に微小な隙間が生じている状態で、通電が行われることがある。このため、前者の場合には電力が無駄に消費され、後者の場合にはブラシの放電摩耗が進行し、その寿命をさらに縮めるなどの不具合が生じるおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ブラシを介した通電を必要に応じて適切にかつ過不足なく行うことができ、それにより、ブラシの寿命を有効に延ばすことができる集電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、給電又は充電が可能な電力装置（実施形態における（以下、本項において同じ）バッテリ２３）と回転電機（モータ６）のロータ（アウタロータ１４）のコイルとの間で通電を行うための集電装置１６であって、回転電機のロータに一体に設けられ、コイルと電気的に接続されたスリップリング１７と、電力装置に第１通電経路１９Ａ及び第２通電経路１９Ｂをそれぞれ介して電気的に接続されるとともに、スリップリング１７に接触する接触位置と、スリップリング１７から離間する離間位置との間で移動自在の第１ブラシ１８Ａ及び第２ブラシ１８Ｂと、第１通電経路１９Ａ及び第２通電経路１９Ｂを通電状態又は非通電状態に互いに独立して制御する通電制御装置（制御装置２２）と、第１ブラシ１８Ａ及び第２ブラシ１８Ｂを接触位置又は離間位置に互いに独立して駆動するブラシ駆動機構（リフトアップ機構２０、２０）と、通電制御装置及びブラシ駆動機構を制御することにより、通電モードを、第１ブラシ１８Ａを接触位置に駆動した状態で、第１通電経路１９Ａを通電状態に制御することによって、第１ブラシ１８Ａを介して通電を行う第１通電モードと、第２ブラシ１８Ｂを接触位置に駆動した状態で、第２通電経路１９Ｂを通電状態に制御することによって、第２ブラシ１８Ｂを介して通電を行う第２通電モードとに、交互に切り替えるブラシ交替制御を実行する集電制御手段（制御装置２２）と、を備え、集電制御手段は、通電モードを第１通電モードから第２通電モードに切り替える際には、第２ブラシ１８Ｂを接触位置に駆動した後に、第２通電経路１９Ｂを通電状態に制御するとともに、その後、第１通電経路１９Ａを非通電状態に制御した後に、第１ブラシ１８Ａを離間位置に駆動し、通電モードを第２通電モードから第１通電モードに切り替える際には、第１ブラシ１８Ａを接触位置に駆動した後に、第１通電経路１９Ａを通電状態に制御するとともに、その後、第２通電経路１９Ｂを非通電状態に制御した後に、第２ブラシ１８Ｂを離間位置に駆動するように、通電制御装置及びブラシ駆動機構を制御することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、回転電機のロータと一体に設けられ、ロータのコイルに電気的に接続されたスリップリングと、電力装置に第１通電経路及び第２通電経路をそれぞれ介して電気的に接続された第１ブラシ及び第２ブラシを備える。また、第１及び第２通電経路は、通電制御装置により、通電状態又は非通電状態に互いに独立して制御され、第１及び第２ブラシは、ブラシ駆動機構により、スリップリングに接触する接触位置と、スリップリングから離間する離間位置とに、互いに独立して駆動される。
【００１０】
そして、これらの通電制御装置及びブラシ駆動機構を制御することにより、集電装置の通電モードを第１通電モードと第２通電モードに交互に切り替えるブラシ交替制御が実行される。ここで、第１通電モードは、第１ブラシを接触位置に駆動した状態で、第１通電経路を通電状態に制御することによって、第１ブラシを介して通電を行う通電モードであり、第２通電モードは、第２ブラシを接触位置に駆動した状態で、第２通電経路を通電状態に制御することによって、第２ブラシを介して通電を行う通電モードである。
【００１１】
以上のように、本発明の集電装置によれば、ブラシとスリップリングの間の通電を、第１ブラシを介した第１通電モードと第２ブラシを介した第２通電モードを交互に切り替えながら実行する。したがって、一方のブラシがスリップリングに接触した状態で、通電が行われた後に、他方のブラシは、スリップリングから離間した状態で休止され、このような通電／休止状態が、第１ブラシと第２ブラシの間で定期的に切り替えられる。これにより、回転電機の作動が長時間、継続するような場合でも、１つのブラシがスリップリングに接触し続けることがなく、ブラシを定期的に休止させ、冷却できるので、発熱による劣化や摩耗が一方のブラシに偏ることがなくなり、ブラシ全体としての寿命を延ばすことができる。
【００１２】
また、この構成によれば、通電モードを第１通電モードから第２通電モードに切り替える際には、第２ブラシを接触位置に駆動した後に、第２通電経路を通電状態に制御するとともに、その後、第１通電経路を非通電状態に制御した後に、第１ブラシが離間位置に駆動される。同様に、通電モードを第２通電モードから第１通電モードに切り替える際には、第１ブラシを接触位置に駆動した後に、第１通電経路を通電状態に制御するとともに、その後、第２通電経路を非通電状態に制御した後に、第２ブラシが離間位置に駆動される。
【００１３】
このような制御により、通電モードを第１通電モードと第２通電モードの間で切り替える際、スリップリングに対する第１ブラシ又は第２ブラシの接触及び離間を、対応する第１通電経路又は第２通電経路が非通電の状態で行うことができる。これにより、第１又は第２ブラシがスリップリングに対して接触・離間する際の放電を確実に防止でき、放電摩耗を有効に抑制することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の集電装置において、集電制御手段は、通電モードの切替を所定時間ＴＲＥＦごとに実行することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、第１通電モードと第２通電モードの切替が所定時間ごとに行われるので、ブラシの発熱による摩耗や劣化を抑制し、ブラシ全体としての寿命を延ばすという前述した請求項１による作用を、確実に得ることができる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の集電装置において、電力装置と回転電機の間に通電されている電流量（モータ電流ＩＭ）を検出する電流量検出手段（電流センサ３４）をさらに備え、集電制御手段は、所定時間を検出された電流量に応じて設定することを特徴とする。
【００１７】
電力装置と回転電機の間に流れる電流量は、ブラシの発熱状態を良好に反映し、電流量が大きいほど、ブラシの発熱量はより大きくなる。この構成によれば、第１及び第２通電モードの切替の時間間隔である所定時間を、検出された電流量に応じて設定する。これにより、第１又は第２ブラシの発熱量に応じた適切なタイミングで、通電モードの切替を行うことができ、したがって、ブラシの発熱による摩耗や劣化をさらに有効に抑制することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の集電装置において、回転電機のロータは、相対的に回転しながら相反するトルクを発生させるように構成され、回転電機の回転軸線に対する径方向に互いに対向するように配置されたアウタロータ１４及びインナロータ１５と、アウタロータ１４に回転軸線方向に連なるように一体に設けられ、アウタロータ１４よりも径の小さな縮径部（第２中空部４Ｒｃ）と、を有し、スリップリング１７は縮径部に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、回転電機のアウタロータに回転軸線方向に連なるように、アウタロータよりも小径の縮径部が一体に設けられ、この縮径部にスリップリングが設けられている。このようなスリップリングの配置により、回転電機の回転軸線に対する径方向における集電装置のコンパクト化を図ることができる。また、アウタロータの１回転当たりの第１及び第２ブラシとスリップリングとの周方向の接触長さを短縮でき、すなわち、単位時間あたりの接触長さを短縮でき、したがって、第１及び第２ブラシの摩耗をさらに抑制することができる。
【００２０】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の集電装置において、回転電機のトルク（モータ電流ＩＭ）を取得するトルク取得手段（電流センサ３４）と、回転電機の回転速度（差回転速度ΔＮ）を検出する回転速度検出手段（回転速度センサ３１、３２）と、をさらに備え、集電制御手段は、取得された回転電機のトルクが所定のトルク用しきい値（第２所定値ＩＭ２）未満で、かつ検出された回転電機の回転速度が所定の回転速度用しきい値（第２所定値Ｎ２）未満のときに、第１通電モード及び第２通電モードを交互に切り替えるブラシ交替制御を実行し、トルクがトルク用しきい値（第１所定値ＩＭ１）以上のとき、又は回転速度が回転速度用しきい値（第１所定値Ｎ１）以上のときに、第１通電モード及び第２通電モードを同時に用いるブラシ併用制御を実行することを特徴とする。
【００２１】
回転電機のトルク及び回転速度はそれぞれ、回転電機と電力装置の間で授受されるべき電力（以下「回転電機の要求電力」という）と高い相関性を有し、トルクが大きいほど、また回転速度が高いほど、回転電機の要求電力はより大きくなる。この構成によれば、取得された回転電機のトルクが所定のトルク用しきい値未満で、かつ検出された回転電機の回転速度が所定の回転速度用しきい値未満のときには、第１通電モード及び第２通電モードを交互に切り替えるブラシ交替制御を実行する。これにより、回転電機の要求電力が比較的小さい場合には、その要求電力に見合った通電を、第１及び第２ブラシの一方のみによって不足なく行えるとともに、他方のブラシを休止させることで、その摩耗を抑制することができる。
【００２２】
一方、回転電機のトルクがトルク用しきい値以上で、かつ回転電機の回転速度が回転速度用しきい値以上のときには、第１通電モード及び第２通電モードを同時に用いるブラシ併用制御を実行する。これにより、回転電機の要求電力が比較的大きい場合には、その要求電力に見合った通電を、第１及び第２ブラシの両方によって十分に行うことができる。
【００２３】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の集電装置において、トルク用しきい値及び回転速度用しきい値はそれぞれ、ブラシ交替制御からブラシ併用制御への切替の際に用いられる第１所定値（第１所定値ＩＭ１、第１所定値Ｎ１）と、ブラシ併用制御からブラシ交替制御への切替の際に用いられ、第１所定値よりも小さな第２所定値（第２所定値ＩＭ２、第２所定値Ｎ２）とによって構成されていることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、トルク用しきい値及び回転速度用しきい値がそれぞれ、ブラシ併用制御への切替の際に用いられる第１所定値と、ブラシ交替制御への切替の際に用いられる、より小さな第２所定値とによって構成され、ヒステリシスが設定されているので、ブラシ交替制御とブラシ併用制御の間の制御ハンチングを有効に防止し、両制御の切替を円滑に行うことができる。
【００２５】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の集電装置において、集電装置１６は、車両Ｖに搭載されており、回転電機は、車両Ｖの駆動輪（左右の前輪ＷＦＬ、ＷＦＲ）との間で動力を伝達可能に構成されていることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、回転電機は、車両の駆動輪との間で動力を伝達するのに用いられる。また、車両用の集電装置に関し、ブラシの発熱による摩耗や劣化を抑制し、ブラシの性能を維持し、その寿命を延ばすことができるという前述した請求項１による作用を、有効に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態による集電装置を有するモータを搭載した車両を概略的に示す図である。
【図２】車両に搭載された集電装置を含むモータを駆動力伝達装置とともに示す図である。
【図３】ピニオンシャフトの（ａ）側面図、及び（ｂ）Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】ピニオンシャフトの他の例を示す図である。
【図５】差動装置の左サイドギヤ、デフケース及び右サイドギヤの間の回転速度の関係を示す共線図である。
【図６】制御装置などを示すブロック図である。
【図７】車両の直進状態における、駆動力伝達装置及びモータによって得られる車両の動作を説明するための図である。
【図８】車両の加速・右旋回状態における、図７と同様の図である。
【図９】車両の左前輪のスリップ状態における、図７と同様の図である。
【図１０】集電装置の動作例を示すタイミングチャートである。
【図１１】集電装置の制御モードを決定するためのマップである。
【図１２】集電装置の制御モードを決定するための、図１１とは異なるマップである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示すように、本発明を適用した車両Ｖは、左右の前輪ＷＦＬ、ＷＦＲ及び後輪ＷＲＬ、ＷＲＲを有するＦＦ式の四輪車両である。なお、図１では、便宜上、一部の要素の符号の図示を省略している。車両Ｖの前部には、内燃機関（以下「エンジン」という）１が設けられており、エンジン１のクランク軸１ａは、トルクコンバータＴ／Ｃ及びクラッチの少なくとも一方を介して変速機２に連結されている。エンジン１の駆動力は、変速機２で変速された後、変速機２に連結された入力軸１２を介して駆動力伝達装置３に入力される。入力された駆動力は、駆動力伝達装置３によって左右の出力軸（ドライブシャフト）４Ｌ、４Ｒに配分され、駆動輪としての左右の前輪ＷＦＬ、ＷＦＲに伝達される。
【００２９】
なお、本発明は、前輪駆動式（ＦＦ式）の車両Ｖに限らず、後輪駆動式の車両に適用してもよい。この場合、エンジンの配置位置は、車両の前部（ＦＲ式）、車両の中央部（ＭＲ式）、又は車両の後部（ＲＲ式）のいずれでもよい。
【００３０】
図２に示すように、駆動力伝達装置３は、車両Ｖの旋回時などに両前輪ＷＦＬ、ＷＦＲに差回転を発生させるための差動装置５と、両前輪ＷＦＬ、ＷＦＲへのトルクの配分を調整するためのモータ６を備えている。差動装置５は、上述したトルクコンバータＴ／Ｃ及びクラッチの少なくとも一方並びに変速機２とともに、変速機ケース４１に収容されている。変速機ケース４１は、エンジン１の本体１ｂに取り付けられており、その内部には、差動装置５などに供給される潤滑油が充填されている。
【００３１】
差動装置５は、ベベルギヤ式のものであり、ドリブンギヤ７を一体に有するデフケース８と、デフケース８に収容された２つのピニオンギヤ９及び左右一対のサイドギヤ１０Ｌ、１０Ｒを備えている。
【００３２】
デフケース８は、変速機ケース４１に、一対の軸受Ｂ１、Ｂ１を介して回転自在に支持されている。デフケース８のドリブンギヤ７には、入力軸１２に一体に設けられたドライブギヤ１３が噛み合っている。
【００３３】
２つのピニオンギヤ９は、ベベルギヤで構成されており、２つのピニオンシャフト９ａにそれぞれ回転自在に支持されている。図２及び図３に示すように、これらのピニオンシャフト９ａは、サイドギヤ１０Ｌ、１０Ｒの回転軸線上に、左右方向に貫通する円形の中空部９ｂを有し、この中空部９ｂから径方向に延びるとともに、デフケース８と一体に設けられている。なお、ピニオンギヤ９及びピニオンシャフト９ａの数は任意であり、図４は、ピニオンギヤ９及びピニオンシャフト９ａをそれぞれ３つとした場合のピニオンシャフト９ａを示している。
【００３４】
左右のサイドギヤ１０Ｌ、１０Ｒもまたベベルギヤで構成されており、各ピニオンギヤ９に噛み合っている。サイドギヤ１０Ｌ、１０Ｒには、左右の出力軸４Ｌ、４Ｒの一端部が直結され、これらの出力軸４Ｌ、４Ｒの他端部は、それぞれ左右の前輪ＷＦＬ、ＷＦＲに連結されている。また、サイドギヤ１０Ｌ、１０Ｒにはそれぞれ、同心状の孔から成る中空部１０Ｌａ、１０Ｒａが形成されている。
【００３５】
以上の構成により、エンジン１の駆動力は、変速機２で変速された後、入力軸１２からドライブギヤ１３及びドリブンギヤ７を介して、減速された状態でデフケース８に伝達される。これにより、デフケース８が回転し、それと一緒にピニオンシャフト９ａ及び各ピニオンギヤ９が回転（公転）することによって、これに噛み合う左右のサイドギヤ１０Ｌ、１０Ｒが互いに同じ方向に回転する。周知のように、この場合の左サイドギヤ１０Ｌの回転速度ＮＬ、デフケース８の回転速度ＮＤ及び右サイドギヤ１０Ｒの回転速度ＮＲは、共線図において単一の直線上にこの順で並ぶ共線関係にある（図５参照）。
【００３６】
以上の構成によれば、例えば車両Ｖの直進状態では、左右のサイドギヤ１０Ｌ、１０Ｒは、デフケース８と一体に、互いに同じ速度で回転する（図５の実線）。また、例えば車両Ｖの右旋回状態では、旋回の外周輪である左前輪ＷＦＬの回転軌跡が、内周輪である右前輪ＷＦＲの回転軌跡よりも大きいために、ピニオンギヤ９がデフケース８に対して回転（自転）し、左サイドギヤ１０Ｌを余分に回転させることによって、両前輪ＷＦＬ、ＷＦＲへの配分トルクが等しく、かつ左前輪ＷＦＬの回転速度がより大きな状態で、差回転が発生する（同図の破線）。車両Ｖが左旋回状態の場合には、サイドギヤ１０Ｌ、１０Ｒの回転速度は、上記と逆の関係になる（同図の１点鎖線）。
【００３７】
また、前述した右出力軸４Ｒは、右サイドギヤ１０Ｒに直結され、そこから右方に延びており、左側から順に、第１中空部４Ｒａ、モータ収容部４Ｒｂ、第２中空部４Ｒｃ及び中実部４Ｒｄで構成されている。第１中空部４Ｒａは、右サイドギヤ１０Ｒに直結され、右サイドギヤ１０Ｒの中空部１０Ｒａに連なるとともに、デフケース８及び変速機ケース４１を貫通している。また、第２中空部４Ｒｃには、中空の回転軸４Ｒｅが一体に設けられている。回転軸４Ｒｅは、中実部４Ｒｄを部分的に覆うとともに、後述するモータケース４２に設けられた軸受Ｂ２に挿入されており、それにより、第２中空部４Ｒｃを含む右出力軸４Ｒは、モータケース４２に回転自在に支持されている。
【００３８】
上記の中実部４Ｒｄは、モータケース４２を貫通し、外部に延びており、その先端部に右前輪ＷＦＲが取り付けられている。また、モータ収容部４Ｒｂは、両側の第１及び第２中空部４Ｒａ、４Ｒｃよりも拡径されており、その内部にモータ６の後述するアウタロータ１４及びインナロータ１５が収容されている。なお、変速機ケース４１に収容された潤滑油は、右サイドギヤ１０Ｒの付近から右出力軸４Ｒの第１中空部４Ｒａの内部を通って、モータ６側に供給される。
【００３９】
一方、左出力軸４Ｌは、中実状のものであり、左サイドギヤ１０Ｌに直結され、そこから左方にデフケース８及び変速機ケース４１を貫通して外部に延びていて、その先端部に左前輪ＷＦＬが取り付けられている。また、左サイドギヤ１０Ｌには、左出力軸４Ｌと同軸状の連結軸４Ｌａが一体に設けられている。この連結軸４Ｌａは、左サイドギヤ１０Ｌから右方に延びており、左サイドギヤ１０Ｌの中空部１０Ｌａ、ピニオンシャフト９ａの中空部９ｂ、右サイドギヤ１０Ｒの中空部１０Ｒａ、及び右出力軸４Ｒの第１中空部４Ｒａを貫通して、モータ収容部４Ｒｂ内に延び、インナロータ１５に直結されている。
【００４０】
モータ６は、上述した回転自在のアウタロータ１４及びインナロータ１５を有する、いわゆる相反モータで構成されるとともに、力行及び発電が可能なモータジェネレータとして構成されている。ここで、相反モータとは、一般的な、ステータとロータを備えるモータのステータに相当する部分を回転自在のロータとしたもので、互いのロータの間に周方向の斥力が発生した時に、同じ大きさの逆方向のトルクが両方のロータに発生するように構成したものである。
【００４１】
モータ６は、例えば３相同期モータで構成されている。アウタロータ１４は、リング状に形成され、３相の界磁巻線（図示せず）が巻かれるとともに、右出力軸４Ｒのモータ収容部４Ｒｂの内周面に固定されており、右出力軸４Ｒによって直結された右サイドギヤ１０Ｒと一体に回転する。インナロータ１５は、例えばリング状の永久磁石で構成され、アウタロータ１４の径方向の内側に対向するように配置されており、連結軸４Ｌａによって直結された左サイドギヤ１０Ｌと一体に回転する。なお、モータ６は２相同期モータでもよく、その場合、後述するブラシ１８の数は２の倍数でもよい。
【００４２】
次に、本発明に係る集電装置１６について説明する。この集電装置１６は、アウタロータ１４の界磁コイルと後述するバッテリ２３との間で通電を行うものである。集電装置１６は、スリップリング１７と、スリップリング１７との間で通電を行うための第１ブラシ１８Ａ及び第２ブラシ１８Ｂと、第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂをそれぞれスリップリング１７からリフトアップする（離間させる）ためのリフトアップ機構２０、２０を備えている。以下、第１ブラシ１８Ａ及び第２ブラシ１８Ｂを特定しない場合には、これらを単に「ブラシ１８」という。
【００４３】
スリップリング１７は、導電材料で構成されており、右出力軸４Ｒの第２中空部４Ｒｃに嵌合し、一体に設けられている。また、スリップリング１７は、３相用の３つのスリップリング（図２には一括して図示）で構成されている。これらの３つのスリップリングは、互いに絶縁された状態で、右出力軸４Ｒの回転軸線方向に並んでおり、それぞれのリード線１７ａ（１つのみ図示）を介して、アウタロータ１４の界磁コイルに接続されている。
【００４４】
第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂはそれぞれ、スリップリング１７を構成する３つのスリップリングに対応する３つのブラシをホルダ２１に並設したものであり、支持ケース１１に取り付けられ、スリップリング１７の外側に配置されている。なお、ブラシ１８の数は３の倍数でもよい。ホルダ２１は、スリップリング１７に対して進退自在に設けられるとともに、ばね（図示せず）でスリップリング１７側に付勢されており、それにより、第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂは通常、スリップリング１７に接触した状態になっている。
【００４５】
また、第１ブラシ１８Ａは、第１通電経路１９Ａ及び制御装置２２を介して、バッテリ２３に接続され、第２ブラシ１８Ｂは、第２通電経路１９Ｂ及び制御装置２２を介して、バッテリ２３に接続されている（図６参照）。以下、第１通電経路１９Ａ及び第２通電経路１９Ｂを特定しない場合には、これらを単に「通電経路１９」という。
【００４６】
制御装置２２は、モータ６とバッテリ２３との間の電力の授受を制御するＰＤＵと、モータ６の他の制御を行うモータＥＣＵ（いずれも図示せず）などを一体化したものである。上記の第１通電経路１９Ａ及び第２通電経路１９Ｂの通電／非通電状態は、ＰＤＵによって、互いに独立して制御される。
【００４７】
以上の構成により、制御装置２２によってモータ６を力行制御すると、バッテリ２３から各ブラシ１８に電力が供給され、さらに、各ブラシ１８からスリップリング１７及びリード線１７ａを介して、アウタロータ１４の界磁巻線に供給される。これにより、そのときの電流の向きに応じた方向のトルクがインナロータ１５に付与され、その反作用として、このトルクと同じ大きさの逆方向のトルクがアウタロータ１４に付与される。
【００４８】
また、両ロータ１４、１５の間に差回転が生じている状態で、制御装置２２によってモータ６を発電制御すると、両ロータ１４、１５間の差回転分に相当する機械エネルギが電気エネルギに変換されることによって、モータ６で発電が行われる。これにより、両ロータ１４、１５間の差回転が減少する方向にトルクが作用するとともに、モータ６で発生した電力は、スリップリング１７及びブラシ１８などを介して、バッテリ２３に回収される。この発電制御中においても、アウタロータ１４及びインナロータ１５に作用するトルクは、互いに同じ大きさで、逆方向になる。
【００４９】
また、上述したリフトアップ機構２０、２０はそれぞれ、上述したような給電や充電のためのバッテリ２３とモータ６との間の通電が不要な場合などに、第１ブラシ１８Ａ及び第２ブラシ１８Ｂをスリップリング１７から離間させるものであり、アクチュエータ２４を備えている。このアクチュエータ２４は、ソレノイドなどで構成され、ブラシユニット１９のホルダ２１に連結されている。
【００５０】
この構成により、アクチュエータ２４がＯＦＦ状態のときには、ブラシ１８を保持するホルダ２１が、ばねによりスリップリング１７側に付勢されることで、ブラシ１８はスリップリング１７に接触する接触位置（以下「ダウン位置」という）に位置する。一方、アクチュエータ２４がＯＮされると、ホルダ２１が、アクチュエータ２４により、ばねの付勢力に抗してスリップリング１７と反対側に駆動されることで、ブラシ１８はスリップリング１７から離間する離間位置（以下「アップ位置」という）に位置する。
【００５１】
アクチュエータ２４、２４のＯＮ／ＯＦＦは、制御装置２２によってそれぞれ制御され（図６参照）、それにより、第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂが、ダウン位置又はアップ位置に互いに独立して制御される。その詳細については後述する。
【００５２】
また、モータ６は、モータ収容部４Ｒｂ及び集電装置１６とともに、モータケース４２に収容されている。モータケース４２は、変速機ケース４１の右側面の差動装置５と対応する部分に取り付けられている。
【００５３】
また、左右の出力軸４Ｌ、４Ｒには、それらの回転速度ＮＬ、ＮＲを検出する回転速度センサ３１、３２が設けられており、その検出信号は、制御装置２２に出力される（図６参照）。前述したように、左出力軸４Ｌは、差動装置５の左サイドギヤ１０Ｌ、左前輪ＷＦＬ及びインナロータ１５と一体に構成されているので、回転速度センサ３１で検出される回転速度ＮＬは、これらの構成要素の回転速度を共通に表す。同様に、回転速度センサ３２で検出される回転速度ＮＲは、右出力軸４Ｒ、右サイドギヤ１０Ｒ、右前輪ＷＦＲ及びアウタロータ１４の回転速度を共通に表す。
【００５４】
さらに、制御装置２２には、操舵角センサ３３から、車両Ｖの操舵角ＡＳを表す検出信号が、電流センサ３４から、モータ６を流れる電流（以下「モータ電流」という）ＩＭを表す検出信号が、入力される。
【００５５】
制御装置２２は、入力されたこれらの検出信号などに基づき、車両Ｖの走行状態を判定するとともに、判定された車両Ｖの走行状態に応じて、モータ６及びリフトアップ機構２０、２０を制御する。なお、本実施形態では、制御装置２２が通電制御装置及び集電制御手段に相当する。
【００５６】
次に、これまでに説明した差動装置５及びモータ６を含む駆動力伝達装置３の動作を、図７〜図９を参照しながら説明する。
【００５７】
まず、図７に示すように、車両Ｖがエンジン１の駆動力により直進走行しているときには、左右の前輪ＷＦＬ、ＷＦＲへの配分トルクＴＬ、ＴＲが互いに等しく、かつ両前輪ＷＦＬ、ＷＦＲの回転速度ＮＬ、ＮＲも互いに等しい。
【００５８】
また、図８に示すように、車両Ｖが上記の直進状態から右旋回状態に移行すると、差動装置５の作用により、前輪ＷＦＬ、ＷＦＲへの配分トルクＴＬ、ＴＲが等しい状態で、差回転が発生し、外輪側である左前輪ＷＦＬの回転速度ＮＬが、内輪側である右前輪ＷＦＲの回転速度ＮＲより大きくなる。これに伴い、インナロータ１５の回転速度ＮＬは、アウタロータ１４の回転速度ＮＲを上回るようになる。
【００５９】
この状態で、さらに右旋回させるには、制御装置２２により、インナロータ１５とアウタロータ１４との差回転（＝ＮＬ−ＮＲ）が増加する方向に、モータ６を力行制御する。
【００６０】
これにより、インナロータ１５から左出力軸４Ｌを介して左前輪ＷＦＬに、駆動トルク（＋ＴＭ）が付与されると同時に、アウタロータ１４から右出力軸４Ｒを介して右前輪ＷＦＲに、駆動トルクＴＭと同じ大きさの制動トルク（−ＴＭ）が付与される。その結果、左前輪ＷＦＬの駆動トルクが増加し、右前輪ＷＦＲの駆動トルクが減少することによって、右旋回ヨーモーメントが増加するので、車両Ｖの右旋回性能を向上させることができる。
【００６１】
図９は、車両Ｖの高速の直進走行時などにおいて左前輪ＷＦＬが若干スリップする（弱スリップ）ことによって、その回転速度ＮＬが右前輪ＷＦＲの回転速度ＮＲよりも大きくなった状態を示す。この状態では、例えば、検出された操舵角度ＡＳが比較的小さく、かつ左右の前輪ＷＦＬ、ＷＦＲの回転速度ＮＬ、ＮＲの差が大きくなるのに応じて、制御装置２２により、インナロータ１５とアウタロータ１４との差回転が減少するように、モータ６を発電制御する。
【００６２】
これにより、左前輪ＷＦＬに制動トルク（−ＴＭ）が付与されると同時に、右前輪ＷＦＲに駆動トルク（＋ＴＭ）が付与される結果、両前輪ＷＦＬ、ＷＦＲの差回転が減少し、両者の差動が制限されることによって、車輪のスリップによるエンジン１の吹き上がりを防止することができる。
【００６３】
次に、前述した構成の集電装置１６の動作を、図１０〜図１２を参照しながら、詳細に説明する。図１０に示すように、集電装置１６の制御モードは、制御装置２２によるリフトアップ機構２０の制御によって、ブラシ併用制御、ブラシ交替制御又はブラシ休止制御のいずれかに設定される。
【００６４】
ここで、ブラシ併用制御は、第１及び第２通電経路１９Ａ、１９Ｂの両方を通電状態に制御するとともに、第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂの両方をダウン位置に制御し、スリップリング１７に接触させるものであり、換言すれば、第１通電経路１９Ａ及び第１ブラシ１８Ａを介した第１通電モードと、第２通電経路１９Ｂ及び第２ブラシ１８Ｂを介した第２通電モードを同時に用いる制御である。
【００６５】
ブラシ交替制御は、一方のブラシ１８をダウン位置に制御した後に、それに対応する一方の通電経路１９を通電状態に制御し、他方の通電経路１９を非通電状態に制御した後に、他方のブラシ１８をアップ位置に制御し、スリップリング１７から離間させるという動作を、両ブラシ１８Ａ、１８Ｂの間で交互に切り替えるものであり、換言すれば、第１通電モードと第２通電モードを交互に切り替える制御である。
【００６６】
また、ブラシ休止制御は、両通電経路１９Ａ、１９Ｂを非通電状態に制御するとともに、両ブラシ１８Ａ、１８Ｂをアップ位置に制御するものである。
【００６７】
具体的には、前述したモータ６の力行制御又は発電制御がいずれも実行されておらず、バッテリ２３とモータ６の間の通電が不要なときには、集電装置１６の制御モードは、ブラシ休止制御に設定される（図１０のｔ９以降）。これにより、第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂがいずれもアップ位置に位置し、スリップリング１７から離間するので、非通電時におけるスリップリング１７との不要な接触を防止し、ブラシ１８の摩耗を抑制することによって、その寿命を延ばすことができる。また、このブラシ休止制御中、第１及び第２通電経路１９Ａ、１９Ｂがいずれも非通電状態に制御されることによって、電力の無駄な消費が抑制される。
【００６８】
また、モータ６の力行制御中又は発電制御中には、集電装置１６の制御モードは、検出されたモータ電流ＩＭとインナロータ１５及びアウタロータ１４の回転速度ＮＬ、ＮＲに応じて、ブラシ併用制御又はブラシ交替制御に設定される。
【００６９】
具体的には、図１１に示すマップを用い、モータ電流ＩＭが第１所定値ＩＭ１以上のとき、又は、インナロータ１５及びアウタロータ１４の回転速度ＮＬ、ＮＲの差の絶対値である差回転速度ΔＮ（＝｜ＮＬ−ＮＲ｜）が第１所定値Ｎ１以上のときには、力行制御中にモータ６に供給すべき電力又は発電制御中にモータ６で発電すべき電力（以下、総称して「モータ６の要求電力」という）が比較的大きな強電力状態にあるとして、制御モードをブラシ併用制御に設定する（ｔ６〜ｔ７）。これにより、ダウン位置に位置する両ブラシ１８Ａ、１８Ｂによって、モータ６の大きな要求電力に見合った通電を十分に行うことができる。
【００７０】
一方、モータ電流ＩＭが第１所定値ＩＭ１よりも小さな第２所定値ＩＭ２未満で、かつ差回転速度ΔＮが第１所定値Ｎ１よりも小さな第２所定値Ｎ２未満のときには、モータ６の要求電力が比較的小さな弱電力状態にあるとして、制御モードをブラシ交替制御に設定する（ｔ６以前、ｔ７〜ｔ９）。これにより、モータ６の小さな要求電力に見合った通電を、ダウン位置に位置する一方のブラシ１８のみによって不足なく行えるとともに、他方のブラシ１８をアップ位置で休止させることで、その摩耗を抑制することができる。
【００７１】
また、制御モードを決定するためのモータ電流ＩＭ及び差回転速度ΔＮのしきい値はそれぞれ、第１及び第２所定値ＩＭ１、ＩＭ２と第１及び第２所定値Ｎ１、Ｎ２によって構成され、ヒステリシス（図１１のハッチング領域）が設定されている。これにより、ブラシ併用制御とブラシ交替制御の間の制御ハンチングを防止し、制御モードの切替を円滑に行うことができる。
【００７２】
なお、制御モードの決定は、上記以外の手法で行うことが可能であり、例えば、図１１のマップに代えて、図１２に示すマップを用いて行ってもよい。このマップは、図１１のマップと同様、モータ電流ＩＭ及び差回転速度ΔＮをパラメータとする一方、その領域を、モータ電流ＩＭと差回転速度ΔＮとの積が一定である点を結んだラインによって、ブラシ併用制御領域とブラシ交替制御領域に区分したものである。
【００７３】
モータ６が相反モータで構成される場合、モータ電流ＩＭと、アウタロータ１４とインナロータ１５の差回転速度ΔＮとの積は、モータ６の要求電力に相当する。したがって、上述した図１２のマップを用いることによって、制御モードを、モータ６の要求電力に応じてより適切に決定することができる。また、このマップにおいても、ブラシ併用制御領域とブラシ交替制御領域の間にヒステリシス（ハッチング領域）が設定されているので、制御ハンチングを防止し、制御モードの切替を円滑に行うことができる。
【００７４】
図１０に示すように、ブラシ交替制御中、第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂは、所定時間ＴＲＥＦごとに、ダウン位置とアップ位置に交互に切り替えられる。これにより、一方のブラシ１８のみがスリップリング１７に長時間、接触し続けることがなく、ブラシ１８を定期的に休止させ、冷却できるので、発熱による劣化や摩耗が一方のブラシ１８に偏ることがなくなり、ブラシ１８全体としての寿命をさらに延ばすことができる。
【００７５】
なお、上記の例では、第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂの交替を、一定の所定時間ＴＲＥＦごとに行っているが、この所定時間を、モータ６の動作状態に応じて設定してもよい。例えば、モータ電流ＩＭと差回転速度ΔＮとの積の積算値を算出するとともに、算出された積算値が所定値に達した時間を、所定時間として設定し、そのタイミングで、第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂの交替を行ってもよい。前述したように、モータ電流ＩＭと差回転速度ΔＮとの積はモータ６の要求電力に相当するため、その積算値はブラシ１８の発熱状態を良好に表す。したがって、第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂの交替を、それらの発熱状態を反映した、より適切なタイミングで行うことができる。
【００７６】
さらに、上述した第１及び第２ブラシ１８Ａ、１８Ｂの駆動のタイミングと、第１及び第２通電経路１９Ａ、１９Ｂの通電／非通電状態の切替のタイミングは、次のように設定される。図１０に示すように、ブラシ交替制御からブラシ併用制御への切替のために、又はブラシ交替制御中のブラシ１８の交替のために、例えば第１ブラシ１８Ａをアップ位置からダウン位置に駆動する場合には、先に第１ブラシ１８Ａをダウン位置に移動させ（例えばｔ５）、その後、所定の第１待機時間ＴＤＬＹ１が経過したタイミング（ｔ６）で、第１通電経路１９Ａを非通電状態から通電状態に切り替え、通電を開始する。
【００７７】
一方、ブラシ併用制御からブラシ交替制御への切替のために、又はブラシ交替制御中のブラシ１８の交替のために、例えば第１ブラシ１８Ａをダウン位置からアップ位置に駆動する場合には、先に第１通電経路１９Ａを通電状態から非通電状態に切り替え（例えばｔ７）、その後、所定の第２待機時間ＴＤＬＹ２が経過したタイミング（ｔ８）で、第１ブラシ１８Ａの駆動を開始する。
【００７８】
以上のようなブラシ１８の駆動タイミング及び通電経路１９の通電／非通電状態の切替タイミングの設定により、ブラシ１８がダウン位置でスリップリング１７に確実に接触した状態で、ブラシ１８の通電を行うことができる。その結果、スリップリング１７との間に微小な隙間が発生した状態での放電を確実に防止でき、ブラシ１８の放電摩耗を抑制することができる。
【００７９】
また、ブラシ交替制御中にブラシ１８を交替させる際には、新たに作動させる一方のブラシ１８をダウン位置に先に移動させ（例えばｔ１）、その後、すでに作動していた他方のブラシ１８のアップ位置への移動を開始する（ｔ４）。これにより、両ブラシ１８Ａ、１８Ｂがダウン位置にある状態が、時間的に必ずオーバーラップする。
【００８０】
同様に、第１及び第２通電経路１９Ａ、１９Ｂの通電／非通電状態の切替についても、上記一方のブラシ１８に対応する通電経路１９を通電状態に先に制御し（ｔ２）、その後、上記他方のブラシ１８に対応する通電経路１９を非通電状態に制御する（ｔ３）。これにより、両通電経路１９Ａ、１９Ｂの通電状態が、時間的に必ずオーバーラップする。以上のような両ブラシ１８Ａ、１８Ｂのダウン状態及び両通電経路１９Ａ、１９Ｂの通電状態のオーバーラップにより、ブラシ１８の交替時における通電を、中断することなく確実に行うことができる。
【００８１】
また、本実施形態によれば、モータ６のアウタロータ１４よりも小径の第２中空部４Ｒｃにスリップリング１７が設けられているので、モータ６の回転軸線方向に対する径方向において、集電装置１６のコンパクト化を図ることができる。また、アウタロータ１４の１回転当たりのブラシ１８とスリップリング１７との周方向の接触長さを短縮でき、したがって、ブラシ１８の摩耗をさらに抑制することができる。
【００８２】
さらに、本実施形態では、車両Ｖ用の集電装置１６に関し、ブラシ１８の発熱による摩耗や劣化を抑制し、ブラシ１８の性能を維持し、その寿命を延ばすことができるという前述した効果を、有効に得ることができる。
【００８３】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態は、集電装置を車両Ｖに搭載するとともに、電力装置としてバッテリ２３を用い、回転電機として、モータジェネレータでかつ相反モータであるモータ６を用いた例である。これに限らず、本発明は、車両以外の用途に広く適用することができる。
【００８４】
また、電力装置は、給電又は充電が可能であればよく、例えばジェネレータでもよい。さらに、回転電機は、ブラシ及びスリップリングを介してロータのコイルとの間で通電を行うものである限り、他のタイプのモータやジェネレータを採用することができる。
【００８５】
また、実施形態では、モータ６のトルクを表すパラメータとして、電流センサ３４で検出されたモータ電流ＩＭを用いているが、これに限らず、他の適当なパラメータを採用することができる。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００８６】
４Ｒｃ  第２中空部（縮径部）
６  モータ（回転電機）
１４  アウタロータ
１５  インナロータ
１６  集電装置
１７  スリップリング
１８  ブラシ
１８Ａ  第１ブラシ
１８Ｂ  第２ブラシ
１９Ａ  第１通電経路
１９Ｂ  第２通電経路
２０  リフトアップ機構（ブラシ駆動機構）
２２  制御装置（通電制御装置、集電制御手段）
２３  バッテリ（電力装置）
３１  回転速度センサ（回転速度検出手段）
３２  回転速度センサ（回転速度検出手段）
３４  電流センサ（電流量検出手段、トルク取得手段）
ＴＲＥＦ  所定時間
ＩＭ  モータ電流（電流量、回転電機のトルク）
ΔＮ  アウタロータとインナロータとの差回転速度（回転電機の回転速度）
ＩＭ１  第１所定値（トルク用しきい値の第１所定値）
ＩＭ２  第２所定値（トルク用しきい値の第２所定値）
Ｎ１  第１所定値（回転速度用しきい値の第１所定値）
Ｎ２  第２所定値（回転速度用しきい値の第２所定値）
Ｖ  車両
ＷＦＬ  左前輪（駆動輪）
ＷＦＲ  右前輪（駆動輪）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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