(57)【要約】【課題】第２車軸に動力を分配する機構を簡易な構成とする。【解決手段】複合モータ１６のステータ２２とアウタロータ２４で構成される駆動モータ１６Ｔにより前車軸（第１車軸）１２を駆動する。複合モータ１６のアウタロータ２４とインナロータで構成される電磁カップリングモータ１６Ｃにより、複合モータ１６の動力の一部を後車軸（第２車軸）１４を駆動する。機械的な動力分配機構を設けずに前後の車軸に動力を分配することができる。【選択図】図１
2016220321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１車軸を駆動する駆動モータと、
駆動モータの動力の一部を第２車軸に送出可能な電磁カップリングモータであって、駆動モータのロータの回転速度と所定の関係の回転速度で回転する第１要素と、第１要素と相対回転可能であり第２車軸に動力を送出する第２要素とを有する電磁カップリングモータと、
を有し、
電磁カップリングモータの第１要素の回転速度と第２要素の回転速度が異なる速度となるように、第１要素から第１車軸に至る第１動力伝達経路の変速比と、第２要素から第２車軸に至る第２動力伝達経路の変速比が定められている、
車両の駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両の駆動装置であって、電磁カップリングモータの第２要素の回転速度が、第１要素の回転速度より速くなるように、第１動力伝達経路の変速比と、第２動力伝達経路の変速比が定められている、車両の駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両の駆動装置であって、駆動モータと電磁カップリングモータは、ステータの内側に２重に配置された外側ロータと内側ロータを有する複合モータとして構成され、ステータと外側ロータが駆動モータを構成し、外側ロータと内側ロータが電磁カップリングモータを構成する、車両の駆動装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の車両の駆動装置であって、駆動モータのロータと電磁カップリングモータの第１要素が機械式伝達機構を介して接続されている、車両用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の駆動装置、特に一つの駆動源からの動力を２つの車軸に分配可能な駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの車軸に駆動源の動力を伝達し、走行する車両が知られている。例えば、前車軸および後車軸に動力が伝達され、それぞれ２個の前輪および後輪で走行する四輪駆動車両が知られている。下記特許文献１には、内燃機関を駆動源とする四輪駆動車両が開示されている。この四輪駆動車両は、通常前輪のみの駆動で走行し、必要に応じて機械式クラッチにより後輪を内燃機関に接続し、後輪に動力を分配して四輪駆動による走行を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２８１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２つの車軸に駆動源からの動力を分配するために機械式の動力分配機構を用いる場合、駆動源とは別の新たな構成を追加することになり、構造が複雑となる。
【０００５】
本発明は、簡単な構造で、２つの車軸に駆動源の動力が分配される車両の駆動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】
【０００６】
本発明に係る車両の駆動装置は、第１車軸を駆動する駆動モータと、駆動モータの動力の一部を第２車軸に送出可能な電磁カップリングモータを含む。電磁カップリングモータは、駆動モータのロータの回転速度と所定の関係の回転速度で回転する第１要素と、第１要素と相対回転可能であり第２車軸に動力を送出する第２要素とを有する。電磁カップリングモータの第１要素の回転速度と第２要素の回転速度が異なる速度となるように、第１要素から第１車軸に至る第１動力伝達経路の変速比と、第２要素から第２車軸に至る第２動力伝達経路の変速比が定められている。
【０００７】
電磁カップリングモータを用いて動力の分配を行うことにより、機械式の動力分配機構が不要となる。また、電磁カップリングモータの第１要素と第２要素の回転速度を異なるようにすることで、電磁カップリングモータのコイルの１相に電力が集中しないようにすることができる。
【０００８】
また、電磁カップリングモータの第２要素の回転速度が、第１要素の回転速度より速くなるように、第１動力伝達経路の変速比と、第２動力伝達経路の変速比を定めるようにすることができる。第２要素の回転速度を第１要素の回転速度より速くすることで、第２車軸に動力分配するときにも効率の低下を抑制することができる。
【０００９】
また、駆動モータと電磁カップリングモータを、ステータの内側に２重に配置された外側ロータと内側ロータを有する複合モータとして構成することができる。この場合、ステータと外側ロータが駆動モータを構成し、外側ロータと内側ロータが電磁カップリングモータを構成する。
【００１０】
また、駆動モータのロータと電磁カップリングモータの第１要素を、機械式伝達機構を介して接続するようにできる。
【発明の効果】
【００１１】
電磁カップリングモータを用いることで、機械式の動力分配機構を設けない簡素な構成の駆動装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る駆動装置１０の概略構成を示す図である。
【図２】動力および電力の流れを示す図である。
【図３】動力および電力の流れを示す図である。
【図４】速度比ｅに対する伝達効率を示す図である。
【図５】本発明に係る駆動装置７０の概略構成を示す図である。
【図６】本発明に係る駆動装置８０の概略構成を示す図である。
【図７】本発明に係る駆動装置９０の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、車両の駆動装置１０の概略構成を示す図である。図中の矢印Ａの向きがこの車両の前方である。駆動装置１０は、四輪車両の駆動装置であり、２つの車軸、すなわち前車軸１２および後車軸１４に駆動源としての複合モータ１６からの動力が伝達される。前車軸１２には２個の前輪１８が、後車軸１４には２個の後輪２０が設けられている。複合モータ１６は、その軸が車両の前後方向に延びるように配置されている。
【００１４】
複合モータ１６は、最外周に設けられたステータ２２と、ステータ２２の内側に、ステータ２２と同軸配置された２個のロータ２４，２６とを含む。ステータ２２の直ぐ内側に配置されたロータをアウタロータ２４と記し、アウタロータ２４の更に内側に配置されたロータをインナロータ２６と記す。ステータ２２には、三相のコイルが設けられており、コイルに第１インバータ２８を介して二次電池３０から電力が供給される。また、インナロータ２６にも三相のコイルが設けられており、第２インバータ３２を介して二次電池３０から電力が供給される。回転体であるインナロータ２６に電力を供給するためにスリップリング３４が設けられている。アウタロータ２４には永久磁石が配置されている。
【００１５】
二次電池３０からの直流電力は、第１インバータ２８により三相交流電力に変換されて、ステータ２２のコイルに供給され、ステータ２２の内側に回転磁界が形成される。この回転磁界とアウタロータ２４に備えられた永久磁石との間の相互作用により、アウタロータ２４が回転駆動される。また、アウタロータ２４が回転することにより、ステータ２２のコイルに電流が誘導され、第１インバータ２８で直流電力に変換されて二次電池３０に充電される。また、二次電池３０からの直流電力を第２インバータ３２により交流電力に変換し、インナロータ２６のコイルに供給することで、インナロータ２６の外側に回転磁界が形成される。この回転磁界とアウタロータ２４に備えられた永久磁石との間の相互作用によりアウタロータ２４とインナロータ２６が相対的に回転駆動される。また、アウタロータ２４がインナロータ２６に対して回転することにより、インナロータ２６のコイルに電流が誘導され、第２インバータ３２で直流電力に変換されて二次電池３０に充電される。
【００１６】
アウタロータ２４からの動力は、前出力軸３６と前終減速装置３８で構成される前動力伝達経路４０を介して前車軸１２に伝達される。前出力軸３６は、アウタロータ２４に結合され、これと一体となって回転する。前終減速装置３８は、前終減速歯車対４２と前差動装置４４を含む。さらに、前終減速歯車対４２は、前出力軸３６と一体に回転する前終減速駆動歯車４６と、前終減速駆動歯車４６と噛み合う前終減速被駆動歯車４８を有する。前終減速被駆動歯車４８は、これと一体となった前差動装置４４の差動ケースを回転させ、前差動装置４４に備えられた周知の差動機構を介して左右の前輪１８に接続されている。
【００１７】
インナロータ２６からの動力は、後出力軸５０と後終減速装置５２で構成される後動力伝達経路５４を介して後車軸１４に伝達される。後出力軸５０は、インナロータ２６に結合され、これと一体となって回転する。後終減速装置５２は、後終減速歯車対５６と後差動装置５８を含む。さらに、後終減速歯車対５６は、後出力軸５０と一体に回転する後終減速駆動歯車６０と、後終減速駆動歯車６０と噛み合う後終減速被駆動歯車６２を有する。後終減速被駆動歯車６２は、これと一体となった後差動装置５８の差動ケースを回転させ、後差動装置５８に備えられた周知の差動機構を介して左右の後輪２０に接続されている。スリップリング３４は、後出力軸５０上に設けられている。
【００１８】
ステータ２２のコイルに電力が供給されるとアウタロータ２４が回転駆動され、前動力伝達経路４０を介して前車軸１２が駆動される。つまり、ステータ２２とアウタロータ２４が前車軸１２を駆動する駆動モータ１６Ｔとして機能する。インナロータ２６のコイルに電力を供給することで形成された磁界と、アウタロータ２４の永久磁石が相互作用して電磁カップリングが形成される。インナロータ２６に供給する電力を制御することで、ステータ２２とアウタロータ２４で構成される駆動モータ１６Ｔが発生する動力の一部を後車軸１４に送出することができる。つまり、アウタロータ２４とインナロータ２６が駆動モータの動力の一部を後車軸１４に送出する電磁カップリングモータ１６Ｃとして機能する。
【００１９】
駆動装置１０の動作について説明する。前後の車軸１２，１４と、前後の動力伝達経路４０，５４を構成する各要素の回転について、車両が前進するときの回転の向きを正とする。また、伝達されるトルクに関しても、車両を前進させる向きを正とする。この回転の正の向きが図１に太線の矢印で示されている。
【００２０】
駆動モータ１６ＴのトルクをＴTM、電磁カップリングモータ１６ＣのトルクをＴCMとし、アウタロータ２４の回転速度をωout、インナロータ２６の回転速度をωinとすると、駆動モータ１６Ｔの動力ＰTM、前車軸１２に向けて送り出される動力Ｐf、および後車軸１４に向けて送り出される動力Ｐrは、次式（１）−（３）で表される。
ＰTM ＝ＴTM・ωout  ・・・（１）
Ｐf＝(ＴTM−ＴCM)ωout  ・・・（２）
Ｐr＝ＴCM・ωin  ・・・（３）
前車軸１２と後車軸１４に送り出される動力の合計は、式（４）である。
Ｐf＋Ｐr＝ＴTM・ωout−ＴCM(ωout−ωin)
＝ＰTM−ＴCM・Δω  ・・・（４）
ここで、Δω＝ωout−ωin
【００２１】
式（４）は、左辺の車両を駆動する総動力と、右辺第１項の複合モータ１６に入力される動力（電力）の収支を表している。式（５）が、電磁カップリングモータ１６Ｃの発電電力または駆動動力ΔＰを表している。
ΔＰ＝ＴCM・Δω  ・・・（５）
【００２２】
電磁カップリングモータ１６Ｃは、Δω＞０の場合は発電状態であり、Δω＜０の場合は駆動状態である。Δω＞０の場合の動力および電力の流れが図２に示され、Δω＜０の場合の動力および電力の流れが図３に示されている。Δω＞０の場合、電磁カップリングモータ１６Ｃで発電された電力が二次電池３０から供給される電力に加算されて第１インバータ２８に供給される。つまり、一部の電力が第１インバータ２８から複合モータ１６と第２インバータ３２を介して第１インバータ２８に戻り、電力が循環する。Δω＜０の場合、二次電池３０からの電力が第１インバータ２８と第２インバータ３２に分割されて、駆動モータ１６Ｔと電磁カップリングモータ１６Ｃに供給される。Δω＝０の場合には、電磁カップリングモータ１６Ｃは、発電も駆動も行わず、駆動モータ１６Ｔの動力の一部を後車軸１４に伝達するカップリングの機能だけを果たす。
【００２３】
次に、効率について説明する。複合モータ１６および２個のインバータ２８，３２から構成されるモータシステムに外部から入る動力Ｐinは、Δω＞０の場合、駆動モータ１６Ｔが発生する動力と電磁カップリングモータ１６Ｃが発電する電力になる。なお動力Ｐinは機械的な動力と電力を含む。駆動モータ１６Ｔと第１インバータ２８の総合効率をη1、電磁カップリングモータ１６Ｃと第２インバータ３２の総合効率をη2とすると、モータシステムに入る動力Ｐinは、次式（６）で表される。
Ｐin＝(１/η1)ＰTM−η2ΔＰ
＝(１/η1)ＴTM・ωout−η2・ＴCM(ωout−ωin)  ・・・（６）
【００２４】
一方、モータシステムの送出する動力Ｐoutは、前後の車軸１２，１４に送出する動力の和であるから、式（７）で表される。
Ｐout＝Ｐf＋Ｐr
＝ＴTM・ωout−ＴCM(ωout−ωin)  ・・・（７）
よって、このモータシステムの伝達効率ηは、式（８）で表される。
【００２５】
【数１】
2016220321.tif 000003
【００２６】
Δω＜０の場合、モータシステムに入力する動力Ｐinは、駆動モータ１６Ｔと電磁カップリングモータ１６Ｃが発生する動力になる。駆動モータ１６Ｔと第１インバータ２８の総合効率と、電磁カップリングモータ１６Ｃと第２インバータ３２の総合効率を前述のη1、η2とすれば、モータシステムに入る動力Ｐinは、次式（９）で表される。
Ｐin＝(１/η1)ＰTM−(１/η2)ΔＰ
＝[(１/η1)ＴTM−(１/η2)ＴCM]ωout＋(１/η2)ＴCM・ωin  ・・・（９）
【００２７】
モータシステムの送出する動力Ｐoutは、前出の式（７）である。したがって、Δω＜０の場合の伝達効率ηは、式（１０）で表される。
【００２８】
【数２】
2016220321.tif 000004
【００２９】
簡単化のために、モータおよびインバータの効率を回転速度に依存しないとし、さらにη1とη2が等しいとすれば、式（１０）は、式（１１）となる。
η＝η1  ・・・（１１）
つまり、Δω＜０の場合、インナロータ２６とアウタロータ２４の速度比ｅによらず、伝達効率が一定となる。
【００３０】
図４は、インナロータ２６とアウタロータ２４の速度比ｅ(＝ωin/ωout)に対するモータシステムの伝達効率ηを示す図である。駆動モータトルクＴTMに対する電磁カップリングモータトルクＴCMの比ごとに伝達効率ηを比較する。ただし、η1＝η2＝８０％とする。速度比ｅが１以上（Δω≦０）とき、トルク比（ＴCM/ＴTM）に関わらず伝達効率ηは一定である。一方、速度比ｅが１未満のときは、トルク比が大きくなるほど伝達効率ηは低下し、またトルク比が０でないとき速度比ｅが小さくなるほど伝達効率ηが低下する。このことから、伝達効率の観点から、速度比ｅを１以上とする、つまりインナロータの回転速度ωinをアウタロータの回転速度ωout以上とすべきであることが理解できる。このうち、速度比ｅが１となることは望ましくない。速度比ｅが１、つまりインナロータ２６とアウタロータ２４の速度差がない場合、インナロータ内のコイルとアウタロータ内の永久磁石の相対的な位置関係が変化しない。このため、インナロータのコイルの１相に電力が集中し、この相のコイルが損傷する可能性がある。電力集中の観点から、速度比ｅを１とすることは避けるべきである。したがって、速度比ｅは１を超えるように、つまりインナロータの回転速度ωinをアウタロータの回転速度ωoutより速くすべきであることが理解できる。
【００３１】
前輪１８と後輪２０の半径が等しい場合には、インナロータの回転速度ωinを速くするために、前動力伝達経路４０の変速比を後動力伝達経路５４の変速比より小さくする。さらに、図１に示す駆動装置１０のように、前後の出力軸３６，５０が減速または増速されずに直接それぞれ対応する終減速装置３８，５２に接続される場合には、前後の終減速装置３８，５２の変速比が、前後の動力伝達経路４０，５４の変速比となる。このとき、前終減速装置３８の変速比をｄf、後終減速装置５２の変速比をｄrとすれば、速度比ｅが１を超える条件は式（１２）である。
ｄf＜ｄr  ・・・（１２）
【００３２】
図５は、本発明に係る他の駆動装置７０の概略構成を示す図である。前述の駆動装置１０と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。駆動装置７０において複合モータ１６は、その回転軸線が車両の前後方向に直交する方向に配置されている。複合モータ１６自身の構成は、駆動装置１０と同様であり、ステータ２２とアウタロータ２４で駆動モータが構成され、アウタロータ２４とインナロータ２６で電磁カップリングモータが構成される。インナロータ２６と一体に回転する後出力軸５０は、傘歯車またはハイポイドギアで構成される出力方向変更機構７２を介して車両前後方向に延びる中間出力軸７４と接続している。中間出力軸７４の後端に後終減速駆動歯車６０が設けられている。電磁カップリングモータから車両の左右方向に沿って出力された動力が、出力方向変更機構７２により前後方向に向きを変え後車軸１４に向けて送り出される。
【００３３】
スリップリング３４は、インナロータ２６と一体に回転する延長軸７６上に設けられている。延長軸７６は、後出力軸５０とはインナロータ２６の反対側に設けられている。このため、延長軸７６には車両を駆動するためのトルクがかからず、延長軸７６を後出力軸５０より細く構成することができる。これにより、延長軸７６の周速度を低くすることができ、スリップリング３４の寿命を延ばすことが可能となる。
【００３４】
駆動装置７０の後動力伝達経路７８は、後出力軸５０、出力方向変更機構７２、中間出力軸７４、および後終減速装置５２から構成される。後動力伝達経路７８の変速比は、出力方向変更機構７２と後終減速装置５２の総変速比である。インナロータの回転速度ωinをアウタロータの回転速度ωoutより速くするためには、前述の駆動装置１０の場合と同様、前動力伝達経路４０の変速比を後動力伝達経路７８の総変速比より小さくすればよい。また、出力方向変更機構７２の変速比が１であれば、上述の式（１２）のように前後の終減速装置４４，５２の変速比ｄf，ｄrを定めることで、インナロータの回転速度ωinが速くなる。
【００３５】
図６は、本発明に係る更に他の駆動装置８０の概略構成を示す図である。前述の駆動装置１０，７０と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。駆動装置８０においては、駆動モータ１６Ｔと電磁カップリングモータ１６Ｃが別個に配置されている。駆動モータ１６Ｔは、ステータ２２と独立ロータ８２を有する。独立ロータ８２には永久磁石が配置され、ステータ２２により形成される回転磁界と相互作用して回動駆動される。また、独立ロータ８２にコイルを配置し、駆動モータ１６Ｔを誘導電動機として構成してもよい。独立ロータ８２の出力軸が、前車軸１２に動力を送り出す前出力軸３６である。前出力軸３６に前終減速駆動歯車４６が設けられ、前終減速被駆動歯車４８と噛み合っている。前終減速被駆動歯車４８には、接続歯車８４が噛み合っており、これらの歯車にて接続歯車対８６が構成される。接続歯車８４は、電磁カップリングモータ１６Ｃのアウタロータ２４と一体に回転する接続軸８８に設けられている。前出力軸３６、前終減速歯車対４２、接続歯車対８６および接続軸８８により、駆動モータの独立ロータ８２と電磁カップリングモータのアウタロータ２４が接続され、これらは二つの歯車対の変速比で定められる速度比で回転する。
【００３６】
独立ロータ８２とアウタロータ２４は、前終減速被駆動歯車４８を含む歯車列により接続されているが、前終減速被駆動歯車４８を含まない歯車列により接続されてもよい。また、歯車列以外の伝達要素、例えばチェーンとスプロケットによって接続されてよい。
【００３７】
インナロータの回転速度ωinをアウタロータの回転速度ωoutより速くするためには、アウタロータ２４から前終減速装置３８に至る経路の変速比を、後動力伝達経路７８の総変速比より小さくすればよい。
【００３８】
駆動装置８０の構成は、すでに駆動モータ１６Ｔを備えた前輪駆動車両を四輪駆動車両とするための手法として有効である。配置空間の観点から駆動モータ１６Ｔを複合モータにすることができない場合、駆動モータ１６Ｔとは別に電磁カップリングモータ１６Ｃを設けることで、駆動モータ１６Ｔの動力の一部を後車軸１４に送出することができる。
【００３９】
図７は、本発明に係る更に他の駆動装置９０の概略構成を示す図である。前述の駆動装置１０と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。駆動装置９０は、後動力伝達経路の構成が駆動装置１０とは異なる。駆動装置９０の後動力伝達経路９２は、電磁カップリングモータ１６Ｃの出力は、インナロータ２６と一体に回転する後出力軸５０、伝達歯車対９４、中間出力軸９６、および後終減速装置５２を含む。伝達歯車対９４は、後出力軸５０に設けられた駆動歯車９８と、中間出力軸７４に設けられた被駆動歯車１００からなる。伝達歯車対９４を、３つ以上の歯車からなる歯車列、またはチェーンとスプロケットからなる伝達機構に替えることができる。
【００４０】
後動力伝達経路９２の変速比は、伝達歯車対９４と後終減速装置５２の総変速比である。インナロータの回転速度ωinをアウタロータの回転速度ωoutより速くするためには、前述の駆動装置１０の場合と同様、前動力伝達経路４０の変速比を後動力伝達経路９２の総変速比より小さくすればよい。
【００４１】
後出力軸５０には、駆動歯車９８を越えて延びる延長軸１０２が設けられている。スリップリング３４は、この延長軸１０２上に設けられている。駆動歯車９８を越えて延びる延長軸１０２は、動力の伝達を担わないの後出力軸５０より細く構成することができる。このため、延長軸１０２の周速度を低くすることができ、スリップリング３４の寿命を延ばすことができる。
【００４２】
駆動装置１０，７０，８０，９０において、前車軸１２は駆動モータ１６Ｔで駆動されるが、駆動モータで後車軸を駆動し、電磁カップリングモータによって前車軸に動力を伝達するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 駆動装置、１２ 前車軸、１４ 後車軸、１６ 複合モータ、１６Ｃ 電磁カップリングモータ、１６Ｔ 駆動モータ、１８ 前輪、２０ 後輪、２２ ステータ、２４ アウタロータ、２６ インナロータ、２８ インバータ、３０ 二次電池、３２ インバータ、３４ スリップリング、３６ 前出力軸、３８ 前終減速装置、４０ 前動力伝達経路、４２ 前終減速歯車対、４４ 前差動装置、４６ 前終減速駆動歯車、４８ 前終減速被駆動歯車、５０ 後出力軸、５２ 後終減速装置、５４ 後動力伝達経路、５６ 後終減速歯車対、５８ 後差動装置、６０ 後終減速駆動歯車、６２ 後終減速被駆動歯車、７０ 駆動装置、７２ 出力方向変更機構、７４ 中間出力軸、７６ 延長軸、７８ 後動力伝達経路、８０ 駆動装置、８２ 独立ロータ、８４ 接続歯車、８６ 接続歯車対、８８ 接続軸、９０ 駆動装置、９２ 後動力伝達経路、９４ 伝達歯車対、９６ 中間出力軸、９８ 駆動歯車、１００ 被駆動歯車、１０２ 延長軸、ＴTM  駆動モータトルク、ＴCM  電磁カップリングモータトルク、ωout  アウタロータ回転速度、ωin  インナモータ回転速度、ＰTM  駆動モータ動力、Ｐf  前車軸動力、Ｐr 後車軸動力、Ｐin 入力動力（電力）、Ｐout  出力動力。
【図１】
2016220321.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
2016220321.tif 000008
【図５】
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【図６】
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【図７】
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