(57)【要約】【課題】全ての負荷及び回転速度の範囲で高い伝達効率を得る。【解決手段】第１の電動モータ３０及び第１の電動モータ３０に接続される摩擦ローラ式変速機６０を具備した摩擦ローラ式変速機付電動モータ５０において、摩擦ローラ式変速機６０の外輪２を回転駆動させる第２の電動モータ７０を備え、第２の電動モータ７０を外輪２に同心に取り付けられた出力軸２ａの負荷及び回転速度に応じて駆動させると共に、第２の電動モータ７０の駆動時に第１の電動モータ３０と摩擦ローラ式変速機６０との動力伝達を遮断する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦ローラ式変速機と、前記摩擦ローラ式変速機を駆動する第１の電動モータと、前記摩擦ローラ式変速機を駆動する第２の電動モータと、を備えた摩擦ローラ式変速機付電動モータであって、
前記第２の電動モータは、前記第１の電動モータにより駆動される前記摩擦ローラ式変速機の出力軸の負荷及び回転速度に応じて前記出力軸を駆動し、前記第２の電動モータの駆動時に前記第１の電動モータと前記摩擦ローラ式変速機との動力伝達が遮断されることを特徴とする摩擦ローラ式変速機付電動モータ。
【請求項２】
前記摩擦ローラ式変速機は、
前記第１の電動モータの回転駆動軸の端部を回転軸とする中心ローラと、
前記中心ローラの周囲に前記出力軸としての回転軸を前記中心ローラの回転軸に対して偏心させた状態で配置され、前記中心ローラに対して相対回転可能とされた外輪と、
前記外輪と前記中心ローラとの間に形成された周方向の幅寸法の異なる環状空間と、
前記環状空間の幅寸法の広い領域に配置されてその外周面を前記中心ローラの外周面および前記外輪の内周面に当接させた状態で回転可能な第１の固定ガイドローラと、
前記環状空間の幅寸法の狭い領域に配置されてその外周面を前記中心ローラの外周面および前記外輪の内周面に当接させた状態で回転可能な第２固定ガイドローラと、
前記環状空間の幅寸法の狭い領域で円周方向に変位可能な可動ローラと、を備えたことを特徴とする請求項１記載の摩擦ローラ式変速機付電動モータ。
【請求項３】
前記第２の電動モータは、前記出力軸が低負荷でかつ高速回転である場合に駆動されることを特徴とする請求項１又は２記載の摩擦ローラ式変速機付電動モータ。
【請求項４】
前記第２の電動モータは、前記出力軸が高負荷でかつ低速回転である場合には、停止していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の摩擦ローラ式変速機付電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動アシスト自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車および燃料電池車等に組み込まれる摩擦ローラ式変速機付電動モータの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の摩擦ローラ式変速機付電動モータとしては、例えば図２〜図３に示したものがある。
【０００３】
この摩擦ローラ式変速機付電動モータ２０は、電動モータ（第１の電動モータ）３０と電動モータ３０に接続された摩擦ローラ式変速機４０とを備えている。
【０００４】
電動モータ３０は、モータケース３１内に略同心に挿通配置された回転駆動軸３２と、回転駆動軸３２の外周部に取り付けられたロータ磁石３３と、モータケース３１の内周面にロータ磁石３３と径方向に対向して取り付けられたステータ３４とを備えている。回転駆動軸３２は、モータケース３１の両端壁に設けられた転がり軸受３５を介してモータケース３１に回転可能に支持されており、一端部がモータケース３１の一端壁から突出している。
【０００５】
摩擦ローラ式変速機４０は、電動モータ３０の減速機として機能する。摩擦ローラ式変速機４０は、ハウジング４１内に配設されている。ハウジング４１は、電動モータ３０のモータケース３１の一端壁にボルト等を介して取り付けられている。摩擦ローラ式変速機４０は、モータケース３１の一端壁から突出する回転駆動軸３２の端部を回転軸とする中心ローラ１と、中心ローラ１の周囲にその回転軸を中心ローラ１の回転軸に対して偏心させた状態で配置されて中心ローラ１に対して相対回転可能とされた外輪２とを備えている。外輪２には、出力軸２ａが同心に設けられている。出力軸２ａは、ハウジング４１に転がり軸受４２を介して回転可能に支持されている。
【０００６】
図３は、摩擦ローラ式変速機４０の部分断面図である。外輪２に囲まれた内部空間３には、中心ローラ１の外周面及び外輪２の内周面に接する固定ローラ４、可動ローラ５ａ、及び、固定ガイドローラ５ｂが備えられている。固定ローラ４、可動ローラ５ａ、及び、固定ガイドローラ５ｂは、それぞれ回転可能に構成されており、中心ローラ１の回転力を外輪２に伝達する。
【０００７】
固定ローラ４のローラ径は、可動ローラ５ａ及び固定ガイドローラ５ｂのローラ径よりも若干大きい。中心ローラ１は、固定ローラ４と可動ローラ５ａ及び固定ガイドローラ５ｂとのローラ径の差により、外輪２の中心に関し偏心した状態に位置決めされている。可動ローラ５ａは、中心ローラ１と外輪２との間にくさび角θを有する状態で移動可能に保持されている。
【０００８】
図３において、中心ローラ１が反時計回りに回転すると、可動ローラ５ａは、時計回りに回転する。可動ローラ５ａは、中心ローラ１の入力トルクが大きくなるに従って、くさび方向（図３の斜め下方）に入り込み、中心ローラ１と各ローラ４，５ａ，５ｂとの間、及び、各ローラ４，５ａ，５ｂと外輪２との間に押付力が発生する。この押付力により、トラクション力が発生し中心ローラ１の動力が外輪２に伝達される。この押付力は、入力トルクの大きさに比例するため、入力トルクに応じた適正な押付力を得ることが可能である。
【０００９】
一方、出力側から時計回りでトルクが入力された時には、可動ローラ５ａはくさび方向から外れる方向（図３の斜め上方）に移動する。この状態では、中心ローラ１と各ローラ４，５ａ，５ｂとの間、及び、各ローラ４，５ａ，５ｂと外輪２との間に押付力が発生せず動力が伝達されない。
【００１０】
上記構成の摩擦ローラ式変速機付電動モータ２０によれば、電動モータ３０のステータ３４に通電することにより、回転駆動軸３２は正回転又は逆回転する。ここで、回転駆動軸３２の端部で構成される中心ローラ１が図３の矢印Ａ方向に回転する場合には、可動ローラ５ａは、くさび方向に移動する。従って、電動モータ３０の動力は、各ローラ４，５ａ，５ｂを介して外輪２ひいては出力軸２ａに効率よく伝達される。
【００１１】
一方、中心ローラ１が図３の矢印Ｂ方向に逆回転駆動される場合、すなわち、図３の矢印Ｂ方向に回転する場合には、可動ローラ５ａは、くさび方向から外れる方向に移動する。従って、電動モータ３０の動力を入力する中心ローラ１は、空転し、動力は外輪に伝達されない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の摩擦ローラ式変速機付電動モータにおいては、電動モータ３０の動力を可動ローラ５ａのくさび作用による押し付け力を利用して摩擦ローラ式変速機４０側の出力軸２ａに伝達している。従って、押し付け力は伝達トルクに比例したものとなり、全負荷領域にわたり良好な伝達効率が得られる。しかしながら、低負荷時、特に高速回転時には、図４に示すように、若干伝達効率が落ちてしまう。
【００１３】
本発明は上記課題を解消することに係り、略全ての負荷及び回転速度の範囲で高い伝達効率を得ることができる摩擦ローラ式変速機付電動モータを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１記載の摩擦ローラ式変速機付電動モータは、摩擦ローラ式変速機と、前記摩擦ローラ式変速機を駆動する第１の電動モータと、前記摩擦ローラ式変速機を駆動する第２の電動モータと、を備え、前記第２の電動モータは、前記第１の電動モータにより駆動される前記摩擦ローラ式変速機の出力軸の負荷及び回転速度に応じて前記出力軸を駆動し、前記第２の電動モータの駆動時に前記第１の電動モータと前記摩擦ローラ式変速機との動力伝達が遮断されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項２記載の摩擦ローラ式変速機付電動モータによれば、前記摩擦ローラ式変速機は、前記第１の電動モータの回転駆動軸の端部を回転軸とする中心ローラと、前記中心ローラの周囲に前記出力軸としての回転軸を前記中心ローラの回転軸に対して偏心させた状態で配置され、前記中心ローラに対して相対回転可能とされた外輪と、前記外輪と前記中心ローラとの間に形成された周方向の幅寸法の異なる環状空間と、前記環状空間の幅寸法の広い領域に配置されてその外周面を前記中心ローラの外周面および前記外輪の内周面に当接させた状態で回転可能な第１の固定ガイドローラと、前記環状空間の幅寸法の狭い領域に配置されてその外周面を前記中心ローラの外周面および前記外輪の内周面に当接させた状態で回転可能な第２固定ガイドローラと、前記環状空間の幅寸法の狭い領域で円周方向に変位可能な可動ローラと、を備えている。
【００１６】
また、本発明の請求項３記載の摩擦ローラ式変速機付電動モータによれば、前記第２の電動モータは、前記出力軸が低負荷でかつ高速回転である場合に駆動される。
【００１７】
また、本発明の請求項３記載の摩擦ローラ式変速機付電動モータによれば、前記第２の電動モータは、前記出力軸が高負荷でかつ低速回転である場合には、停止している。
【００１８】
上記構成によれば、前記出力軸の負荷が低負荷で高速回転時には前記第２の電動モータを駆動させて前記外輪ひいては出力軸を直接回転駆動させ、高負荷で低速回転時には第２の電動モータを停止させると共に、第１の電動モータの動力を摩擦ローラ式変速機を介して外輪ひいては出力軸に伝達して前記出力軸を回転させ高負荷に耐える出力を行う。
【００１９】
ここで、低負荷で高速回転時の第２の電動モータによる出力軸への動力伝達の際には、前記第１の電動モータと前記摩擦ローラ式変速機との動力伝達が遮断される。従って、前記摩擦ローラ式変速機を介しないため、摩擦ローラ式変速機によるトルク損失はなく効率よく動力伝達でき、また、第２の電動モータの速度範囲を広げることができる。
【００２０】
このように、出力軸の負荷及び回転速度により第１の電動モータと第２の電動モータとを使い分けることにより、略全ての負荷、回転速度の範囲で高い伝達効率を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態における摩擦ローラ式変速機付電動モータを詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係る摩擦ローラ式変速機付電動モータを説明するための断面図である。尚、図２〜図３に示した従来の摩擦ローラ式変速機付電動モータと実質的に同一部分については同符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
本発明の一実施形態に係る摩擦ローラ式変速機付電動モータ５０は、第１の電動モータ３０と電動モータ３０に接続された摩擦ローラ式変速機６０とを備えている。摩擦ローラ式変速機６０は、ハウジング６１が外輪２との間に所定の間隔をあけて第１の電動モータ３０のモータケース３１に取り付けられている。
【００２４】
外輪２の外周部には、ロータ磁石７１が取り付けられている。ハウジング６１の内周面には、ロータ磁石７１と径方向に対向するステータ７２が取り付けられている。ロータ磁石７１とステータ７２は、ハウジング６１内に外輪２を直接回転駆動させる第２の電動モータ７０を構成する。第２の電動モータ７０はトルクセンサや回転速度センサによって得られた出力軸２ａの負荷及び回転速度に応じて駆動される。外輪２の内周側の構造は、図３に示すものと同一である。
【００２５】
本実施形態の摩擦ローラ式変速機付電動モータ５０では、出力軸２ａの負荷が低負荷で高速回転時（例えば図４で回転速度４０００ｒｐｍでトルクが０．７Ｎ・ｍを下回ったとき）には図示しない制御装置が第２の電動モータ７０を駆動し、外輪２ひいては出力軸２ａを直接回転駆動する。
【００２６】
一方、高負荷で低速回転時には第２の電動モータ７０を停止させると共に、第１の電動モータ３０の動力を摩擦ローラ式変速機６０を介して外輪２ひいては出力軸２ａに伝達して出力軸２ａを回転させ高負荷に耐える出力を行う。これにより、略全ての負荷、回転速度の範囲で高い伝達効率を得ることができる。
【００２７】
低負荷、高速回転時に第２の電動モータ７０が出力軸２ａへ動力を伝達する場合、第１の電動モータ３０の回転駆動軸３２の角速度よりも出力軸２ａの角速度が上回る。よって、第２の電動モータによる動力伝達時は、図３において、中心ローラ３がＢ方向に回転する場合と同様の状態となる。従って、可動ローラ５ａは、くさび方向から外れる方向に移動する。
【００２８】
この結果、可動ローラ５ａは、外輪２から退避状態となる。そして、固定ガイドローラ４の中心ローラ１の外周面と外輪２の内周面との間の当接圧も低下し、外輪２から中心ローラ１（回転駆動軸３２）への回転駆動力の伝達が断たれる。即ち、第１の電動モータ３０と摩擦ローラ式変速機６０との動力伝達が遮断される。
【００２９】
これにより、第１の電動モータ３０及び摩擦ローラ式変速機６０が第２の電動モータ７０側の駆動力に対する抵抗（トルク損失）になるのが防止され、第２の電動モータ７０の出力軸２ａへの動力伝達を効率よく行うことができる（高負荷、低速時と同程度の伝達効率９５％程度）。また第１の電動モータ３０及び摩擦ローラ式変速機６０が抵抗として存在しないため、第２の電動モータ７０の速度範囲を広げることができる。
【００３０】
尚、本発明の摩擦ローラ式変速機付電動モータの第１及び第２の電動モータや摩擦ローラ式変速機の構成は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の形態を採り得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、上述した本発明の摩擦ローラ式変速機付電動モータによれば、出力軸の負荷及び回転速度により第１の電動モータと摩擦ローラ式変速機側の第２の電動モータとを使い分けることにより、略全ての負荷、回転速度の範囲で高い伝達効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る摩擦ローラ式変速機付電動モータを説明するための断面図である。
【図２】従来の摩擦ローラ式変速機付電動モータを説明するための断面図である。
【図３】摩擦ローラ式変速機を説明するための断面図である。
【図４】回転速度毎の入力トルクと伝達効率との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１　中心ローラ
２　外輪
３　環状空間
４　固定ガイドローラ
５ａ　可動ローラ
５ｂ　固定ガイドローラ
３０　第１の電動モータ
５０　摩擦ローラ式変速機付電動モータ
６０　摩擦ローラ式変速機
７０　第２の電動モータ
【図１】
2004072843.tif 000003
【図２】
2004072843.tif 000004
【図３】
2004072843.tif 000005
【図４】
2004072843.tif 000006