特許 7301213 変速部を内蔵した電気モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-22

(45)【発行日】2023-06-30

(54)【発明の名称】変速部を内蔵した電気モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/116 20060101AFI20230623BHJP

   F16H 3/52 20060101ALI20230623BHJP

   F16H 3/66 20060101ALI20230623BHJP

【ＦＩ】

H02K7/116

F16H3/52

F16H3/66

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022506719

(86)(22)【出願日】2020-11-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-15

(86)【国際出願番号】 KR2020016746

(87)【国際公開番号】W WO2022034977

(87)【国際公開日】2022-02-17

【審査請求日】2022-01-31

(31)【優先権主張番号】10-2020-0101888

(32)【優先日】2020-08-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】522042991

【氏名又は名称】クォン，ジョンウ

【氏名又は名称原語表記】ＫＷＯＮ， Ｊｕｎｇｗｏｏ

【住所又は居所原語表記】１００６ｈｏ， １０１ｄｏｎｇ， ７８５， Ｍａｎｇｈｙａｎｇ－ｒｏ， Ｓｅｏｎｇｇｅｏ－ｅｕｐ， Ｓｅｏｂｕｋ－ｇｕ， Ｃｈｅｏｎａｎ－ｓｉ， Ｃｈｕｎｇｃｈｅｏｎｇｎａｍ－ｄｏ，ＫＯＲＥＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100217076

【弁理士】

【氏名又は名称】宅間 邦俊

(74)【代理人】

【識別番号】100218604

【弁理士】

【氏名又は名称】池本 理絵

(72)【発明者】

【氏名】クォン，ジョンウ

【審査官】中島 亮

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１１－００１２１７７（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００５－２８７２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－０００６３７０（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－０９１１１５１（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ７／００－ ７／２０

Ｆ１６Ｈ ３／５２

Ｆ１６Ｈ ３／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体の内周面に配置され、電磁力を発生する第１部材を備える固定子と、
前記固定子の内周面に対向する外周面に配置されて前記第１部材と共に電磁力を発生する第２部材を備える回転子と、
前記回転子の内部に備えられ、変速可能に形成されたギアアセンブリと、
前記ギアアセンブリを制御する制御部と、
を含み、
前記回転子の内部には、前記ギアアセンブリに備えられたギアプレートに結合されるギア歯が形成され、
前記ギアアセンブリは、前記回転子が回転することにより、出力シャフトに動力が伝達されるように構成され、
前記ギアアセンブリは、
前記回転子が回転することにより回転する少なくとも１つのギアプレートと、
前記少なくとも１つのギアプレートのいずれかと選択的に結合するように形成された連結ギアと、
前記連結ギアを軸方向に移動させる移動部と、
前記連結ギアが回転することにより共に回転して回転力を外部に伝達する出力シャフトと、
を含み、
前記制御部は、変速信号に応じて前記移動部を移動させ、前記連結ギアが前記少なくとも１つのギアプレートのいずれかに結合されるか、又は結合が解除されるようにして前記出力シャフトを制御する、
変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項2】

前記第１部材は、電流が供給されるコイル部であり、
前記第２部材は、磁石である、
請求項１に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項3】

前記少なくとも１つのギアプレートは、少なくとも１つの衛星ギアを含む、請求項１に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項4】

前記少なくとも１つのギアプレートは、
前記回転子の回転速度より遅い速度で回転する第１ギアプレートと、
前記第１ギアプレートより速い速度で回転する第２ギアプレートと、
前記第２ギアプレートより速い速度で回転する第３ギアプレートと、
を含む、請求項３に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項5】

前記少なくとも１つのギアプレートのそれぞれは、前記連結ギアに結合するように凹凸形状の内周面を有する連結部を含む、請求項１に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項6】

前記衛星ギアは、
回転子の内部に形成されるギア歯（Gear Tooth）に噛み合うように配置された第１衛星ギアと、
前記第１衛星ギアが回転することにより回転し、前記連結ギアが結合できるようにする結合中空が形成された中心ギア又はキャリアと、
を含む、請求項３に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項7】

前記衛星ギアは、前記第１衛星ギアに噛み合って前記第１衛星ギアの回転により回転する第２衛星ギアをさらに含み、
前記中心ギアは、前記第２衛星ギアに噛み合って回転する、
請求項６に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項8】

前記少なくとも１つのギアプレートのうち、前記連結ギアが連結されていないギアプレートのギアプレートキャリア又は中心ギアは、筐体との固定が解除されるように形成されている、請求項７に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項9】

前記少なくとも１つのギアプレートの少なくとも１つは、
隣接するギアプレート間に設けられ、前記連結ギアの外周部より大きい内径の中空が形成されるニュートラル領域を含む、
請求項５に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項10】

前記連結ギアは、前記出力シャフトに嵌合され、
前記連結ギアが前記少なくとも１つのギアプレートのいずれかに連結され、前記出力シャフトが回転するように前記連結ギアの移動を制御する制御部を含む、
請求項９に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項11】

前記制御部は、前記連結ギアが前記ニュートラル領域から前記少なくとも１つのギアプレートのいずれかに連結されるように前記移動部により移動すると、前記連結ギアに連結されるギアプレートを前記連結ギアと同程度の速度で回転させるように構成されている、請求項１０に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項12】

前記移動部は、
一側にネジ山が形成され、前記出力シャフトを覆う移動ロッドと、
回転することにより、前記移動ロッドに形成されたネジ山に噛み合って前記連結ギアを移動させるベベルギアと、
前記移動ロッドの位置及び移動距離を保存するエンコーダと、
前記ベベルギアを回転させる移動モータと、
を含む、請求項１０に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項13】

前記移動ロッドのネジ山が形成された領域には、両側に扁平な回転制限面が備えられ、
前記移動ロッドは、前記回転制限面により前記ベベルギアの回転に応じて直線移動するように構成されている、
請求項１２に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【請求項14】

前記移動部は、移動ロッド固定装置をさらに含み、
前記移動ロッド固定装置は、前記移動モータの回転がない場合、前記連結ギアが軸方向に移動せずに前記移動ロッドが固定されるように構成されている、
請求項１２に記載の変速部を内蔵した電気モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変速部を内蔵した電気モータに関し、電気モータの内部に変速可能な少なくとも１つのギアプレートを含む、変速部を内蔵した電気モータに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境問題に対する関心や認識が高まっており、自動車産業のパラダイムは、温室ガス低減のための様々な環境規制強化に応じた燃費向上を目標とする。

【0003】

よって、ハイブリッド自動車の出現をはじめとして、近年、プラグインハイブリッド、電気自動車、水素燃料電池自動車などの電力ベース自動車の開発及び商用化が全世界的に徐々に拡大している現状である。

【0004】

このような電力ベース自動車のコア構成要素の１つが駆動用モータである。

【0005】

現在は、従来のエンジン自動車の構造を用いており、モータがエンジンを代替して動力を供給する。しかし、効率面でエンジン自動車よりは良いものの、依然として低い効率であり、電気自動車固有の機能を実現することができない。その理由は、電気モータに適用する変速システムが十分に開発されていないからである。

【0006】

特に、インホイールモータ（In-wheel motor）においては、自動車の車体構造とは独立して動作するので、エンジンなどのパワートレイン部品を用いなくても各車輪の駆動力を制御することができる。各車輪にそれぞれ配置されて駆動力を独立して制御するので、動力損失を最小限に抑えることができ、環境改善に役立ち、性能が改善される。また、重心が下部に移動するので、安全性が向上し、自動車製造時の効率性が向上し、車体重量が減少する。さらに、内部に配置される部品が減少するので、車内の空間をさらに大きくすることができる。

【0007】

現在、主な電気自動車会社は、電気自動車のための変速機を開発することができず、減速機のみ追加したモータを用いている現状である。しかし、減速機のみでは、登坂能力が著しく低下し、高速、定速走行時に過度な速度でモータを駆動するので、エネルギー効率が低く、走行距離も短く、バッテリー消費量も大きい。

【0008】

以前から自動車の減速機に多く用いられていたのが遊星ギアである。特に、エンジン自動車の自動変速機に採用されており、耐久性、性能などが確保されている。しかし、変速衝撃をなくすために、クラッチ、トルクコンバータ、シンクロナイザーなど、含まれる部品点数が多く、それを駆動するための油圧システムを必要とするので、部品のサイズが大きくなり、重量が増える。また、エネルギー効率も大幅に低下せざるを得ない。

【0009】

電気自動車においては、加速及び坂道走行に必要な大きな駆動トルクと高速時の十分な速度とを得るためにモータを大きくし、高機能で用いると、エネルギー効率が低くなるので、相対的に大きなバッテリーが必要になる。よって、電気自動車の価格が上昇し、重量が増加するという問題があった。

【0010】

電気モータは、低いＲＰＭでも大きなトルクを発生するという利点がある。また、短時間で高いＲＰＭに達して動作することができる。自動車の速度が低速であれば減速比が大きいギア比を用いて出力を大きくし、高速や定速であれば減速比が小さいギア比を用いてモータの回転速度を効率よく維持するので、エネルギー効率が高くなる。

【0011】

電気自動車用変速機は、モータの速度／トルク特性がよいので、従来のエンジン自動車用変速機の構造を採用することなく簡単に製作することができる。特に、インホイールモータにおいては、限られた空間内に配置するために、小型化が必須である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、電気自動車の動力である電気モータに変速機能を組み込み、制御可能な変速部を内蔵した電気モータ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】

【0013】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータは、筐体の内周面に配置され、電磁力を発生する第１部材を備える固定子と、前記固定子の内周面に対向する外周面に配置されて前記第１部材と共に電磁力を発生する第２部材を備える回転子と、前記回転子の内部に備えられたギアアセンブリと、前記ギアアセンブリを制御する制御部とを含み、前記ギアアセンブリは、前記回転子が回転することにより回転する少なくとも１つのギアプレートと、前記少なくとも１つのギアプレートのいずれかと選択的に結合するように形成された連結ギアと、連結ギアを所望のギアプレート位置に移動させる移動部と、前記連結ギアが回転することにより共に回転して回転力を外部に伝達する出力シャフトとを含み、前記制御部は、変速信号に応じて前記連結ギアが前記少なくとも１つのギアプレートのいずれかに結合されるか、又は結合が解除されるように前記移動部を制御する。

【0014】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記第１部材は、電流が供給されるコイル部であってもよく、前記第２部材は、磁石であってもよい。

【0015】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記少なくとも１つのギアプレートは、少なくとも１つの衛星ギアを備え、前記回転子の回転速度より遅い速度で回転するキャリアを備える第１ギアプレートと、前記回転子と同じ速度で回転する第２ギアプレートと、少なくとも１つの衛星ギアを備え、前記回転子の回転速度より速い速度で回転する中心ギアを備える第３ギアプレートとを含んでもよい。

【0016】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記少なくとも１つのギアプレートは、前記連結ギアに結合するように凹凸形状の内周面を有する連結部を含んでもよい。

【0017】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記少なくとも１つのギアプレートは、少なくとも１つの衛星ギアを備え、前記第１ギアプレートのキャリアの回転速度より遅い速度で回転するキャリアを備える第４ギアプレートと、少なくとも１つの衛星ギアを備え、前記第３ギアプレートの中心ギアの回転速度より速い速度で回転する中心ギアを備える第５ギアプレートとを含んでもよい。

【0018】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記ギアプレートは、回転子の内部に形成されるギア歯（Gear Tooth）に噛み合うように配置された第１衛星ギアと、前記第１衛星ギアに噛み合って回転し、前記連結ギアが結合できるようにする結合中空が形成された中心ギア又はキャリアとを含んでもよい。

【0019】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記ギアプレートは、前記第１衛星ギアに噛み合って前記第１衛星ギアの回転により回転する第２衛星ギアをさらに含み、前記中心ギアは、前記第２衛星ギアに噛み合って回転する。

【0020】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記少なくとも１つのギアプレートのうち、前記連結ギアが連結されていないギアプレートが減速ギアである場合、筐体に固定されていた中心ギアの固定が解除されるように構成されてもよい。

【0021】

また、本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、増速ギアである場合、筐体に固定されていたギアプレートキャリアの固定を解除して増速機能を行わないようにすることにより、ギアの寿命を延長し、負荷を減らすように動作するようにしてもよい。

【0022】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記少なくとも１つのギアプレートの少なくとも１つは、隣接するギアプレート間に設けられ、前記連結ギアの外周部より大きい内径の中空が形成されるニュートラル領域を含んでもよい。

【0023】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記ニュートラル領域は、前記少なくとも１つのギアプレートのいずれかから突設されてもよい。

【0024】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記連結ギアは、前記出力シャフトに嵌合され、前記連結ギアが前記少なくとも１つのギアプレートのいずれかに連結され、前記出力シャフトが回転するように前記連結ギアの移動を制御する移動部を含んでもよい。

【0025】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記ニュートラル領域から前記少なくとも１つのギアプレートのいずれかに連結されるように前記移動部により移動すると、連結されるギアプレートが連結ギアと同程度の速度で回転して前記連結ギアと容易に結合するようにしてもよい。

【0026】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記移動部には、前記連結ギアの一側にネジ山が形成され、ベベルギアと、エンコーダと、移動モータとを含んでもよい。ベベルギアは、回転することにより、前記移動ロッドに形成されたネジ山に噛み合って前記連結ギアを軸方向に移動させる。エンコーダは、前記連結ギアの位置及び移動距離が分かるようにし、移動モータは、前記ベベルギアを回転させる。

【0027】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記移動ロッドのネジ山が形成された領域には、両側に扁平な回転制限面が備えられ、前記移動ロッドは、前記回転制限面により前記ベベルギアの回転に応じて直線移動するように構成されてもよい。

【0028】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、前記移動部は、前記移動モータの回転がない場合、前記軸方向に移動せずに固定されるように構成されてもよい。

【0029】

本発明の一態様による変速部を内蔵した電気モータにおいて、連結ギアは、移動部に結合され、連結ギアは、出力シャフトに嵌合されて共に回転し、移動部は、扁平な回転制限面により連結ギアと出力シャフトが回転しても回転せず、直線方向に連結ギアを移動させるようにしてもよい。

【発明の効果】

【0030】

本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータは、連結ギアがニュートラル領域から少なくとも１つのギアプレートのいずれかに連結されるように移動部により移動すると、ギアプレートが連結ギアと同程度の速度で回転する。よって、連結ギアが回転するギアプレートに連結される際に発生し得る衝撃を低減することができる。

【0031】

また、本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータは、回転子の内部に変速機能を有するギアアセンブリを含むため、外部に別途の変速機を備えなくてもよいので、電気モータのサイズを小さくすることができるという利点がある。

【0032】

さらに、本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータは、回転子の内部に５段以上の多重ギアを有する電気モータを実現することができ、より狭い空間に高効率、高出力を達成するモータを実現することができる。

【0033】

さらに、本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータは、モータのサイズを増加させることなく、変速部を追加することができる。よって、サイズと重量が減少するので、同じ容量のバッテリーであってもより長い距離の運行が可能であり、バッテリー効率を向上させることができる。

【0034】

さらに、本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータは、小さなサイズに製作することができるので、インホイールモータ（In-Wheel Motor）として容易に用いられるという利点がある。インホイールモータであれば、ホイールサイズに合わせてモータの外径を大きくすることができるので、モータのサイズに囚われることなく、出力が大きなモータを装着することができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータを示す斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータを示す斜視図である。

【図3】図１の変速部を内蔵した電気モータの変速機部分を示す分解斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータについて説明するために構成の一部を示す斜視図である。

【図5】本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータについて説明するために構成の一部を示す斜視図である。

【図6】本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータについて説明するために構成の一部を示す斜視図である。

【図7】本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータについて説明するために構成の一部を示す斜視図である。

【図8】本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータについて説明するために構成の一部を示す斜視図である。

【図9】本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータについて説明するために構成の一部を示す斜視図である。

【図10】本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータにおける変速について説明するための概念図である。

【図11A】本発明の他の実施形態による変速部を内蔵した電気モータの変速機部分を示す分解斜視図である。

【図11B】本発明の他の実施形態による変速部を内蔵した電気モータの変速機部分を示す分解斜視図である。

【図12】図１１Ａ及び図１１Ｂの変速部を内蔵した電気モータにおけるギアの変速について説明するための概念図である。

【図13】本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータを用いる変速制御方法について説明するためのフローチャートである。

【図14】本発明の第１実施形態による変速部を内蔵した電気モータを用いた加速及び減速について説明するためのグラフである。

【図15】本発明の第２実施形態による変速部を内蔵した電気モータを用いた加速及び減速について説明するためのグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0036】

本発明には様々な変形を加えることができ、様々な実施形態が可能であるため、特定の実施形態を例示して詳細に説明する。しかし、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び技術範囲におけるあらゆる変換、均等物又は代替物を含むものと理解されるべきである。

【0037】

本発明において用いる用語は、単に特定の実施形態について説明するために用いるものであり、本発明を限定するものではない。単数の表現には、特に断らない限り複数の表現が含まれる。本発明における「含む」、「有する」などの用語は、明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はそれらの組み合わせが存在することを示すものであり、１つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はそれらの組み合わせの存在又は付加可能性を予め排除するものではないことが理解されるべきである。

【0038】

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。ここで、添付図面において、同一構成要素にはできる限り同一符号を付す。また、本発明の要旨を不明にするおそれのある公知の機能や構成についての詳細な説明は省略する。同じ理由により、添付図面において、一部の構成要素を誇張したり、省略したり、概略的に示すこともある。

【0039】

図１及び図２は本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータを示す斜視図である。図３は図１の変速部を内蔵した電気モータの変速機部分を示す分解斜視図である。図４～図９は本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータについて説明するために構成の一部を示す斜視図である。

【0040】

本発明においては、一例として遊星ギアの実施形態を挙げて説明するが、遊星ギアを変更して用いることもでき、遊星ギア以外の方式を用いることもできる。また、一般的には減速を多く用いるが、実施形態を詳細に説明するために、増速、等速も追加した。

【0041】

また、本発明の一実施形態とは異なり、ギアプレートが１つのみ備えられてもよい。例えば、変速部にギアプレートが１つのみ備えられてもよい。よって、電気モータの回転子は短時間で非常に速い回転速度に達して回転するので、ギアプレートを回転子の回転速度の減速のために用いてもよい。

【0042】

本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータＭは、電気モータを用いる自動車などの運送手段に設置される。特に、電気モータは、そのサイズが小さく、制御が容易であるため、空間の制約をそれほど受けないので、自動車のホイールの近傍に配置される。

【0043】

本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータＭは、固定子１００と、回転子２００と、ギアアセンブリＧＡと、制御部４００とを含む。

【0044】

具体的には、図１及び図２に示すように、固定子１００は、変速部を内蔵した電気モータＭの少なくとも一部を覆うように形成される。固定子１００の外面には、モータなどを覆う追加カバーがさらに備えられる。

【0045】

固定子１００は、固定子１００の内周面に配置されて電磁力を発生する第１部材を含む。固定子１００は回転しない。第１部材、及び後述する第２部材に印加される電磁力により、後述する回転子２００が回転する。一方、固定子１００を覆う筐体には、放熱板１０１が備えられる。回転子２００には、固定子１００の内周面に対向する外周面に配置されて第１部材と共に電磁力を発生する第２部材が備えられている。回転子２００が回転することにより、第１部材と第２部材とが互いに近づく動作と遠ざかる動作が繰り返して行われる。第１部材と第２部材間に形成される電磁力により、回転子２００が回転する。

【0046】

回転子２００の内部には、ギア歯２０５が形成されている。回転子２００のギア歯２０５に少なくとも１つのギアプレート３００が連結されて回転する。すなわち、回転子２００が回転することにより、回転子２００の内部に配置される少なくとも１つのギアプレート３００が回転する。

【0047】

一方、固定子１００の第１部材は電流が供給されるコイルであり、回転子２００の第２部材は磁石である。また、上記説明とは異なり、第１部材は磁石であり、第２部材は電流が供給されるコイルであってもよい。

【0048】

また、前述した実施形態とは異なり、固定子１００と回転子２００の位置が入れ替わって形成されてもよい。その場合は、回転子２００が固定子１００に比べて長く形成され、回転子２００の内部に形成されるギア歯に少なくとも１つのギアプレート３００が連結されて回転するようにしてもよい。また、回転子の中心に回転軸を形成し、固定子の内面にギア歯を形成し、そこに少なくとも１つのギアプレートを備えて変速するようにしてもよい。

【0049】

ギアアセンブリＧＡは、回転子２００の内部に備えられる。具体的には、ギアアセンブリＧＡは、回転子２００の内部に備えられ、モータのギアが変速できるようにする。

【0050】

図２及び図３に示すように、ギアアセンブリＧＡは、少なくとも１つのギアプレート３００と、連結ギア４１０と、移動部４２０と、出力シャフト４２１とを含む。

【0051】

ギアプレートは、平行に複数配置される。ギアプレートのそれぞれは、回転子２００が回転することにより回転するように構成される。

【0052】

具体的には、少なくとも１つのギアプレート３００は、第１ギアプレート３１０と、第２ギアプレート３２０と、第３ギアプレート３３０とを含む。ここで、第１ギアプレート３１０及び第３ギアプレート３３０は、少なくとも１つの衛星ギア及び衛星ギアを固定するためのキャリアを含む。

【0053】

図７の（ａ）及び（ｂ）は連結ギア４１０と第１ギアプレート３１０が連結された状態を異なる方向から見た図である。

【0054】

第１ギアプレート３１０は、少なくとも１つの衛星ギアを備え、回転子２００の回転速度より遅い速度で回転するギアプレートキャリア３１０を含む。

【0055】

具体的には、図３に示すように、第１ギアプレート３１０は、第１衛星ギア３１１と、中心ギア３１５と、第１ギアプレートキャリア３１０ａとを含む。

【0056】

第１衛星ギア３１１は、前述した回転子２００の内部のギア歯２０５に連結されるように配置される。すなわち、第１衛星ギア３１１は、回転子２００の内部に形成されるギア歯（Gear Tooth）に噛み合うように配置される。よって、第１衛星ギア３１１は、回転子２００が回転することにより直接回転する。

【0057】

中心ギア３１５は、第１衛星ギア３１１に噛み合うように配置され、ピン３０１により筐体に固定されている。

【0058】

中心ギア３１５の中心には連結ギア４１０が貫通しており、連結ギア４１０と第１ギアプレート３１０との連結が解除されるニュートラル領域が形成される。

【0059】

また、第１ギアプレートキャリア３１０ａの内部に、結合中空が形成される。

【0060】

図８は第２ギアプレート３２０と連結ギア４１０が連結された状態を示す図である。

【0061】

第２ギアプレート３２０は、回転子２００と同じ速度で回転する。具体的には、第２ギアプレート３２０の外周面に形成されたギア歯と、回転子２００の内周面に形成されたギア歯とが噛み合って回転するので、第２ギアプレート３２０は、回転子２００の回転速度と同じ速度で回転する。

【0062】

図４の（ｂ）に示すように、第２ギアプレート３２０は、第１ギアプレート３１０及び第３ギアプレート３３０に向かって突設されるニュートラル領域３２９を含む。具体的には、図４の（ｂ）に示すように、第２ギアプレート３２０の連結部３２８を中心に、両側に突出した第１ニュートラル領域３２９ａ及び第２ニュートラル領域３２９ｂが配置される。ただし、設計上の理由から、第２ギアプレート３２０のニュートラル領域が１つのみ備えられるようにしてもよい。

【0063】

図６に示すように、第３ギアプレート３３０は、少なくとも１つの衛星ギアを含み、回転子２００の回転速度より速い速度で回転する中心ギア３３５を含む。

【0064】

図９の（ａ）及び（ｂ）は第３ギアプレート３３０と連結ギア４１０が連結された状態を異なる方向から見た図である。第３ギアプレート３３０は、第１衛星ギア３３１と、第２衛星ギア３３２と、中心ギア３３５とを含む。

【0065】

第１衛星ギア３３１は、回転子２００に噛み合って回転する。すなわち、第１衛星ギア３３１と回転子２００の内側のギア歯が噛み合って回転する。また、第２衛星ギア３３２は、第１衛星ギア３３１に噛み合って第１衛星ギア３３１の回転により回転する。さらに、中心ギア３３５は、第２衛星ギア３３２に噛み合って回転する。

【0066】

すなわち、回転子２００から伝達される回転力は、第３ギアプレート３３０の第１衛星ギア３３１、第２衛星ギア３３２及び中心ギア３３５を介して連結ギア４１０に伝達される。ここで、中心ギア３３５は、第１衛星ギア３３１及び第２衛星ギア３３２が配置されるので、相対的に直径が小さくなる。中心ギア３３５の直径が小さく形成されるので、回転子２００が１回転すると、第３ギアプレート３３０の中心ギア３３５はそれより多く回転する。

【0067】

図２に示すように、第３ギアプレート３３０に連結された連結ギア４１０も、それより多く回転する。よって、連結ギア４１０に連結された出力シャフト４２１がそれより多く回転する。

【0068】

図１に示すように、第３ギアプレート３３０は、電気モータのカバーなどに固定されるように、第３ギアピン３３１を備える。第３ギアピン３３１は、第３ギアプレートキャリア３３０ａを電気モータのカバーに固定する。

【0069】

図４の（ａ）に示すように、ギアアセンブリＧＡは、移動部４２０のネジ山が形成された部分から一側に向かって、第１ギアプレート３１０、第２ギアプレート３２０及び第３ギアプレート３３０が整列して配置される。第１ギアプレート３１０と第２ギアプレート３２０間には、第１ニュートラル領域３２９ａが形成され、第２ギアプレート３２０と第３ギアプレート３３０間には、第２ニュートラル領域３２９ｂが形成される。また、第１ギアプレート３１０の中心ギア３１５の内周面にも、ニュートラル領域が形成される。

【0070】

前述した少なくとも１つのギアプレート３００のそれぞれは、連結ギア４１０に結合されるように、凹凸形状の内周面を有する連結部を含む。

【0071】

具体的には、中心ギア３１５の内周面が連結部３１８となる。ただし、第２ギアプレート３２０においては、中心ギアが備えられないので、第２ギアプレートキャリア３２０に連結部３２８が形成される。

【0072】

各ギアプレートの連結部は、各ギアプレートと連結ギア４１０の外周面とを結合するので、回転子２００から伝達される回転力により連結ギア４１０を回転させる。よって、連結ギア４１０に連結された出力シャフト４２１に回転力が伝達される。

【0073】

一方、少なくとも１つのギアプレート３００のうち、連結ギア４１０が連結されていないギアプレートのキャリア３３０ａ又は中心ギア３１５は、筐体から固定解除される。

【0074】

例えば、連結ギア４１０が第１ギアプレート３１０に連結される場合、第３ギアプレート３３０の第３ギアプレートキャリア３３０ａは筐体から固定が解除されるように構成されている。具体的には、第３ギアプレートキャリア３３０ａと筐体を連結するピンが解除されるので、増速機能を行うことなく、回転子と同じ回転速度で回転する。よって、第３ギアプレート３３０に加えられる駆動力が減少するので、回転子２００に印加される負荷が減少し、ギアの寿命が延びる。

【0075】

本発明の一実施形態による少なくとも１つのギアプレート３００の少なくとも１つは、隣接するギアプレート間に設けられて、連結ギア４１０の外周部より大きい内径の中空が形成されるニュートラル領域を含む。

【0076】

ニュートラル領域は、少なくとも１つのギアプレート３００のいずれかから突設される。図３に示すように、第２ギアプレート３２０は、第２ギアプレート３２０から両側に突出した２つのニュートラル領域を含む。具体的には、第２ギアプレート３２０は、第１ギアプレート３１０に向かって突出した第１ニュートラル領域３２９ａと、第３ギアプレート３３０に向かって突出した第２ニュートラル領域３２９ｂとを含む。また、第１ギアプレート３１０においては、中心ギア３１５の内面にニュートラル領域が含まれている。

【0077】

一方、本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータＭは、移動部４２０を含む。移動部４２０は、連結ギア４１０が少なくとも１つのギアプレート３００のいずれかに連結されるように連結ギア４１０を移動させる。ここで、制御部４００は、信号に応じて移動部４２０を移動させる。移動部４２０については詳細に後述する。

【0078】

連結ギア４１０は、少なくとも１つのギアプレート３００のいずれかに選択的に結合されるように形成される。連結ギア４１０は、前述した各ギアプレートの連結部に結合されるように、外周面にギア歯が形成される。

【0079】

連結ギア４１０は、出力シャフト４２１に嵌合されている。すなわち、連結ギア４１０は、出力シャフト４２１に沿って移動可能に形成されている。よって、出力シャフト４２１は、連結ギア４１０がギアプレートに結合されて回転することにより、共に回転して回転力を外部に伝達する。

【0080】

また、出力シャフト４２１は、車両のホイールに連結される。さらに、連結ギア４１０は、出力シャフト４２１に連結される。よって、車両のホイールの回転はすなわち連結ギア４１０の回転である。また、連結ギア４１０の回転はすなわち出力シャフト４２１の回転である。

【0081】

出力シャフト４２１の一側に、回転速度検出用エンコーダ４２０ａが設けられている。回転速度検出用エンコーダ４２０ａは、移動ロッド４２５の内部で回転する出力シャフト４２１の回転速度を検出する。

【0082】

また、移動ロッド４２５の内部には、出力シャフト４２１が存在する。出力シャフト４２１は、ネジ山が形成された領域の後ろまで延びている。また、連結ギア４１０は、出力シャフト溝４２２に嵌合される（図７参照）。

【0083】

一方、連結ギア４１０がニュートラル領域から少なくとも１つのギアプレート３００のいずれかに連結されるように移動部４２０により移動すると、ギアプレートが連結ギア４１０の回転速度と同程度の速度に瞬間的に加速又は減速される。これは、ギアプレートの回転速度が連結される連結ギア４１０と同程度の速度に合わせられることを意味する。こうして、連結ギア４１０の回転速度が、連結されるギアプレートの回転速度と同程度になり、連結ギア４１０とギアプレートが容易に結合されるようにする。

【0084】

ここで、連結ギア４１０が連結されるギアプレートに応じて、回転子２００の回転速度が変化することがある。これは、各ギアプレートの連結部が連結ギア４１０に変速衝撃が生じることなく連結されるために必要な回転速度になるからである。

【0085】

例えば、連結ギア４１０が一定の速度で回転していると仮定すると、第１ギアプレート３１０に連結されるために必要な回転子２００の回転速度は、第２ギアプレート３２０や第３ギアプレート３３０に連結されるために必要な回転子２００の回転速度より大きい。

【0086】

すなわち、連結ギア４１０が第１ギアプレート３１０、第２ギアプレート３２０、及び第３ギアプレート３３０に連結された状態で回転子２００が同じ１の回転速度で回転する場合、連結ギア４１０に伝達される回転速度はそれぞれ０．５、１及び２である。

【0087】

逆に、連結ギア４１０の回転速度が同じ１である場合、連結ギア４１０が第１ギアプレート３１０、第２ギアプレート３２０及び第３ギアプレート３３０に連結されるために必要な回転子２００の回転速度はそれぞれ２、１及び０．５である。

【0088】

図５に示すように、制御部４００は、出力シャフト４２１とギアアセンブリＧＡとの間に配置される。制御部４００は、ギアアセンブリＧＡを制御する。具体的には、制御部４００は、変速のために、ギアアセンブリＧＡから出力シャフト４２１に連結されるギアを選択して連結を制御する。

【0089】

制御部４００は、変速信号に応じて、連結ギア４１０が少なくとも１つのギアプレート３００のいずれかに結合されるか、又は結合が解除されるように、移動部４２０を制御する。

【0090】

例示したギアプレートは、中心ギアと、衛星ギアと、キャリアとを含む遊星ギアセットである。ここで、回転子の内周面に加工されたギアが遊星ギアの入力となるリングギアの役割を果たす。また、減速ギアにおいては、中心ギアを固定し、キャリアに連結部を形成してギアプレートの出力として用いる。逆に、増速ギアにおいては、キャリアを固定し、中心ギアに連結部を形成してギアプレートの出力として用いる。

【0091】

制御部４００は、連結ギア４１０がニュートラル領域３２９に位置し、連結ギア４１０が特定ギアプレートに結合されるようにする信号を受信すると、次のように変速部を内蔵した電気モータＭを制御する。制御部４００は、連結ギア４１０がどのギアプレートに連結されているかを把握し、その後当該ギアプレートの連結部の回転速度と連結ギア４１０の回転速度が同程度になるように、回転子２００を回転させる。

【0092】

図６に示すように、移動部４２０において、連結ギア４１０の一側には、ネジ山が形成される。移動部４２０のネジ山は、ベベルギア４３０に噛み合い、ベベルギアの回転により移動部４２０を軸方向に移動させる。

【0093】

移動部４２０のネジ山が形成された領域には、両側に扁平な回転制限面４２６が備えられる。具体的には、回転制限面４２６は、移動部４２０のネジ山が形成された領域において、移動部４２０の両側に整列して形成されている。

【0094】

回転制限面４２６は、前述したベベルギア４３０の内面に形成されたネジ溝に噛み合わない。また、筐体の回転制限面４２６の形態に応じた孔を通過する。よって、移動部４２０に回転制限面４２６が形成されるので、ベベルギア４３０が回転しても回転しない。すなわち、移動部４２０の周囲にネジ山と回転制限面４２６が形成されるので、ベベルギア４３０が回転すると、回転運動ではなく、直線移動が行われる。

【0095】

一方、移動部４２０を固定する固定装置４４０は、移動モータ４５０の回転がないときは移動部４２０が軸方向に移動しないように、移動部４２０の移動を固定するように構成されている。具体的には、連結ギア４１０が特定のギアプレートに連結されて回転する場合、連結ギア４１０に連結された移動部４２０の移動が制限される必要がある。よって、連結ギア４１０が特定のギアプレートに連結されて回転する間、固定装置４４０は、連結ギア４１０が出力シャフト４２１の軸方向に移動しないように、移動部４２０の移動を制限する。

【0096】

移動部４２０は、移動ロッド４２５と、ベベルギア４３０と、エンコーダ（移動位置確認用）と、移動モータ４５０とを含む。

【0097】

ベベルギア４３０は、移動モータ４５０により回転する。ベベルギア４３０の内面には、移動部４２０に形成されたネジ山に噛み合うように形成された溝が形成されている。

【0098】

ベベルギア４３３が回転することにより、移動部４２０に取り付けられたベベルギア４３０が回転し、このベベルギア４３０が移動部４２０に形成されたネジ山に噛み合い、移動部４２０を軸方向に移動させる。移動部４２０が軸方向に移動することにより、移動部４２０に連結された連結ギア４１０が少なくとも１つのギアプレート３００のいずれかに連結されるか、又はそこから分離される。

【0099】

前記エンコーダは、連結ギア４１０の位置及び移動距離を保存する。エンコーダは、後述する移動モータ４５０の内部に含まれている。また、保存されている連結ギア４１０の位置及び移動距離は、制御部４００に伝送される。よって、制御部４００は、連結ギア４１０が連結されているか、連結されていないか、どのギアプレートに連結されているかを把握することができる。すなわち、制御部４００は、連結ギア４１０の位置を把握することができる。

【0100】

移動モータ４５０は、動力が供給されると、ベベルギア４３０を回転させる。よって、移動部４２０が軸方向に移動する。

【0101】

本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータＭは、回転子２００の内部に変速機能を有するギアアセンブリＧＡを含む。そのため、別途の変速機を備えなくてもよいので、電気モータのサイズを小さくすることができるという利点がある。

【0102】

また、本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータは、衛星ギアを含む遊星ギアの形式ではない一般的なギアを用いるようにしてもよい。その場合も、回転子の内部にギアアセンブリを含むので、電気モータのサイズを小さくすることができる。

【0103】

一方、前述した実施形態とは異なり、少なくとも１つのギアプレートは、全て減速のためのギアプレートであってもよい。すなわち、電気モータの回転子の回転速度（ｒｐｍ）は、非常に速い回転速度であるので、少なくとも１つのギアプレートのそれぞれが回転子に対して異なる減速比を有するように配置されてもよい。

【0104】

図１０は本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータＭにおける変速について説明するための概念図である。

【0105】

図１０の（ａ）は、連結ギア４１０と第１ギアプレート３１０の連結が解除された状態である。モータの変速が行われない基本状態ともいう。

【0106】

図１０の（ｂ）は、移動部により連結ギア４１０が第１ギアプレートキャリア３１０ａ側に移動した状態である。すなわち、連結ギア４１０は、第１ギアプレート３１０のギアプレートキャリア３１０ａに連結された状態である。ここでは、連結ギア４１０が回転子２００の回転速度より遅い角速度で回転する。自動車のギアで言えば、１速のローギアに入った状態と言える。

【0107】

図１０の（ｃ）は、移動部により連結ギア４１０が移動し、連結ギア４１０が第１ニュートラル領域３２９ａに配置された状態である。

【0108】

図１０の（ｄ）は、移動部により連結ギア４１０が移動し、連結ギア４１０が第２ギアプレート３２０に連結された状態である。ここでは、連結ギア４１０が回転子２００の回転速度と同じ角速度で回転する。自動車のギアで言えば、２速のセカンドギアに入った状態と言える。

【0109】

図１０の（ｅ）は、移動部により連結ギア４１０が移動し、連結ギア４１０が第２ニュートラル領域３２９ｂに配置された状態である。

【0110】

図１０の（ｆ）は、移動部により連結ギア４１０が移動し、連結ギア４１０が第３ギアプレート３３０に連結された状態である。ここでは、連結ギア４１０が回転子２００の回転速度より速い角速度で回転する。自動車のギアで言えば、３速のサードギアに入った状態と言える。

【0111】

前述したように、連結ギア４１０は、少なくとも１つのギアプレート３００のいずれかに連結されるか、又はギアプレートに連結されていないニュートラル領域に配置される。

【0112】

連結ギア４１０がニュートラル領域にあるとき、ギアプレートから連結ギア４１０には回転力が伝達されないが、連結ギア４１０は、出力シャフト４２１及びホイールに連結されているので、ホイール及び出力シャフト４２１の速度で回転する。

【0113】

ここで、連結ギア４１０がニュートラル領域から、少なくとも１つのギアプレート３００のいずれかに連結されるように、移動部により移動する際に、前記ギアプレートのうち連結ギア４１０に連結されるギアプレートは、前記連結ギアと同程度の速度で回転するように、制御部４００により回転子２００の回転速度が制御される。よって、連結ギア４１０が回転するギアプレートに連結される際に発生し得る衝撃を低減することができる。

【0114】

図１１Ａ及び図１１Ｂは本発明の他の実施形態による変速部を内蔵した電気モータの変速機部分を示す分解斜視図である。図１２は図１１Ａ及び図１１Ｂの変速部を内蔵した電気モータにおけるギアの変速について説明するための概念図である。

【0115】

本実施形態による変速部を内蔵した電気モータは、図１～図１０で説明した変速部を内蔵した電気モータと比較して、ギアプレートを２つ多く備えるという差異があるだけにすぎず、他の構成要素は同一又は類似するので、同一又は類似する構成要素についての説明は省略する。

【0116】

本実施形態において、変速部を内蔵した電気モータＭ’は、第１ギアプレート３１０と、第２ギアプレート３２０と、第３ギアプレート３３０とを含む。あるいは、第１ギアプレート３１０に類似した形態のギアプレートをいくつか含むようにしてもよい。

【0117】

第１ギアプレート３１０は、連結ギア４１０を回転子２００の回転速度より遅い速度で回転させるためのギアプレートであり、第２ギアプレート３２０は、連結ギア４１０を回転子２００の回転速度と同じ速度で回転させるためのギアプレートである。第３ギアプレート３３０は、連結ギア４１０を回転子２００の回転速度より速い速度で回転させるためのギアプレートである。

【0118】

ここで、本発明の一実施形態による少なくとも１つのギアプレート３００は、第４ギアプレート３４０と、第５ギアプレート３５０とをさらに含む。

【0119】

図１１Ａに示すように、第４ギアプレート３４０、第１ギアプレート３１０、第２ギアプレート３２０、第３ギアプレート３３０、第５ギアプレート３５０の順に配置される。第４ギアプレート３４０のギアの段数が最も低く、第１ギアプレート３１０、第２ギアプレート３２０、第３ギアプレート３３０、第５ギアプレート３５０へ行くほどギアの段数が高くなる。

【0120】

第４ギアプレート３４０は、少なくとも１つの衛星ギアを含み、筐体に固定された中心ギア３４５を含む。

【0121】

図１１Ａに示すように、第４ギアプレート３４０は、第４ギアプレートキャリア３４０ａの一側に配置される第１衛星ギア３４１と、中心ギア３４５とを含む。また、図１１Ｂに示すように、第４ギアプレート３４０は、第４ギアプレートキャリア３４０ａの他側に配置される動力伝達ギア３４７を含む。

【0122】

動力伝達ギア３４７は、第４ギアプレートキャリア３４０ａの回転力を第１ギアプレート３１０の衛星ギアに伝達する。具体的には、同図に示すように、動力伝達ギア３４７は、第１ギアプレート３１０の第１衛星ギア３１１に噛み合って回転する。

【0123】

第１ギアプレート３１０は、第１衛星ギア３１１と、第１ギアプレートキャリア３１０ａとを含む。前述したように、第１衛星ギア３１１は、第４ギアプレート３４０の動力伝達ギア３４７に連結される。ここで、動力伝達ギア３４７は、第１ギアプレートの中心ギアの役割を果たす。第１衛星ギア３１１が回転することにより、第１ギアプレートキャリア３１０ａが回転する。第１ギアプレートキャリア３１０ａには、連結部３１８が配置される。

【0124】

第２ギアプレート３２０は、第２ギアプレートキャリア３２０自体が回転子２００に噛み合って回転するように形成される。第２ギアプレートキャリア３２０の内部には、連結部３２８が配置される。

【0125】

第３ギアプレート３３０は、第１衛星ギア３３１と、中心ギア３３５と、第３ギアプレートキャリア３３０ａとを含む。

【0126】

第３ギアプレート３３０の第１衛星ギア３３１は、回転子２００に連結されるのではなく、第５ギアプレート３５０に配置される第５ギアプレート３５０の第１衛星ギア３５１に連結される。第３ギアプレート３３０の中心ギア３３５は、第３ギアプレート３３０の第１衛星ギア３３１に連結されて回転する。

【0127】

第３ギアプレート３３０の第１衛星ギア３３１は、第５ギアプレート３５０の第１衛星ギア３５１に連結され、第５ギアプレート３５０の第１衛星ギア３５１が回転することにより回転する。第３ギアプレート３３０の第１衛星ギア３３１が回転することにより、第３ギアプレート３３０の中心ギア３３５の内側に形成された連結部３３８が回転し、連結ギア４１０は、第３ギアプレート３３０の連結部３３８に連結されて回転する。

【0128】

第５ギアプレート３５０は、少なくとも１つの衛星ギアを含み、第３ギアプレート３３０の連結部３３８の回転速度より速い速度で回転する中心ギア３５５を含む。すなわち、第５ギアプレート３５０は、第３ギアプレート３３０よりギアの段数が高いギアプレートである。

【0129】

第５ギアプレート３５０は、第１衛星ギア３５１と、第２衛星ギア３５２と、中心ギア３５５と、第５ギアプレートキャリア３５０ａとを含む。ここで、増速動作のために、第５ギアプレートキャリア３５０ａは、筐体に固定される。

【0130】

第５ギアプレート３５０の第１衛星ギア３５１は、回転子２００に連結されて回転力が伝達される。第１衛星ギア３５１に伝達された回転力は、第２衛星ギア３５２に伝達され、第２衛星ギア３５２は、第５ギアプレート３５０の中心ギア３５５を回転させる。連結ギア４１０は、第５ギアプレート３５０の中心ギア３５５の内周面に形成された連結部３５８に連結される。

【0131】

一方、前述したように、第５ギアプレート３５０の第１衛星ギア３５１は、厚く形成されている。よって、第５ギアプレート３５０の第１衛星ギア３５１は、第３ギアプレート３３０の第１衛星ギア３３１を回転させる。

【0132】

本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータＭ’は、回転子２００の内部に５段以上の多重ギアを有する電気モータを実現することができ、より狭い空間に高効率を達成するモータを実現することができる。

【0133】

図１３は本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータを用いる変速制御方法について説明するためのフローチャートである。

【0134】

次に、本発明の一実施形態による変速部を内蔵した電気モータを用いる変速制御方法について説明する。

【0135】

自動車走行状況であると仮定して、ユーザが連結ギア４１０を変速するために信号を発生させた場合、連結ギアが各ギアプレートに連結された状態であれば、容易に分離できるようにモータの負荷が小さくなる速度で回転子２００の駆動が維持される（Ｓ１００）。

【0136】

次に、移動部４２０は、変速する方向のニュートラル領域３２９に連結ギア４１０を移動させる（Ｓ２００）。具体的には、連結ギア４１０が第１ギアプレート３１０に連結された状態で、ギアの段数を高くする信号が発生すると、移動部は、連結ギア４１０を第２ギアプレート３２０と第１ギアプレート３１０間に形成されるニュートラル領域３２９ａに移動させる。

【0137】

次に、制御部４００は、連結ギア４１０がニュートラル領域３２９に位置しているかを判断する（Ｓ２５０）。ここで、連結ギア４１０がニュートラル領域３２９に位置していない場合、移動部は、変速する方向のニュートラル領域３２９に連結ギア４１０を再度移動させる。

【0138】

次に、変速するギアプレートの回転速度が連結ギア４１０の回転速度と同程度になるように、モータの回転速度を調節する（Ｓ３００）。

【0139】

具体的には、連結ギア４１０とギアプレートが連結される際に、連結ギア４１０及びギアプレートから発生し得る衝撃を緩和するために、ギアプレートの回転速度を連結ギア４１０の回転速度と同程度の値に調節する。

【0140】

次に、制御部４００は、ギアプレートの回転速度と連結ギア４１０の回転速度が同程度であるか否かを判断する（Ｓ４００）。ここで、ギアプレート及び連結ギア４１０の回転速度が同程度であるとは、一方の回転速度が他方の回転速度の９５％以上、１０５％以下の範囲であることを意味する。連結ギア４１０の回転速度は、出力シャフトの端部に取り付けられたエンコーダ４２０ａの値を参照すればよい。

【0141】

次に、連結ギア４１０が変速するギアプレートに連結されるように、連結ギア４１０を移動させる（Ｓ５００）。すなわち、連結ギア４１０を目的とする変速機の位置に移動させる。ここで、連結ギア４１０の移動中に、２つのギアの回転速度の差により、２つのギアが結合される時点が到来する。

【0142】

次に、制御部４００は、連結ギア４１０が目的とするギアプレートに連結されたか否かを判断する（Ｓ６００）。すなわち、移動モータ４５０に連結又は内蔵されたエンコーダの値を読み取って判断する。

【0143】

ここで、連結ギア４１０が目的とする変速機（ギアプレート）に位置していない場合、移動モータを動作させて連結ギア４１０を目的とする位置に再度移動させる。

【0144】

次に、出力シャフト４２１の回転速度が所望の速度となるように、モータを制御する（Ｓ７００）。具体的には、出力シャフト４２１及び連結ギア４１０を目的とするギアプレートに連結する過程において、ギアプレートの回転速度は、前述したように、モータの負荷が小さくなる速度に維持される。これは、連結ギア４１０がギアプレートに連結されている場合に、容易に分離できるようにするためである。

【0145】

また、連結ギア４１０及びギアプレートを結合する過程において、ギアプレートの回転速度を連結ギア４１０と同程度にすることが好ましい。これは、連結ギア４１０とギアプレートの連結部を連結する過程において、変速衝撃を少なくするためである。

【0146】

また、連結終了後に、制御部４００は、連結ギア４１０及びギアプレートが互いに連結された状態で、ギアプレートの回転速度を目的とするトルク値及び回転速度となるようにモータを制御する。

【0147】

図１４及び図１５はそれぞれ本発明の各実施形態による変速部を内蔵した電気モータを用いた加速及び減速について説明するためのグラフである。

【0148】

図１４はギアプレートが３つである第１実施形態によるモータの回転速度及び出力シャフト４２１に伝達される回転速度を示すグラフである。図１５はギアプレートが５つである第２実施形態によるモータの回転速度及び出力シャフト４２１に伝達される回転速度を示すグラフである。

【0149】

まず、図１４に示すように、連結ギア４１０が第１ギアプレート３１０に連結されたときのモータスピード（Motor Speed）をＬで表す。また、連結ギア４１０が第２ギアプレート３２０に連結されたときのモータスピードをＥで表す。さらに、連結ギア４１０が第３ギアプレート３３０に連結されたときのモータスピードをＨで表す。

【0150】

連結ギア４１０が第１ギアプレート３１０に連結されると、連結ギア４１０に伝達される回転速度は低いが、トルク値は大きい。主に、自動車などが出発するときや、大きな力が必要で、少ない回転速度が求められるときに用いられる。すなわち、連結ギア４１０が第１ギアプレート３１０に連結されると、変速機における低段の役割を果たす。

【0151】

よって、グラフを見ると、Ｌ部分においては、モータスピードより出力シャフト４２１により外部に出力される回転速度（Output Speed）の傾きの方が小さい。

【0152】

Ｌ部分からＥ部分に変速する際には連結ギア４１０がニュートラル領域３２９を通過するが、そこでは、モータスピードは減少し、出力スピードはしばらく慣性により維持される。

【0153】

Ｅ部分においては、連結ギア４１０が第２ギアプレート３２０に連結される。前述したように、第２ギアプレート３２０は回転子２００に連結されるので、モータスピードの傾きと出力スピードの傾きが同一である。また、Ｌ部分と比較して、出力スピードを同様に上昇させるために、モータスピードの傾きは小さくなる。

【0154】

Ｈ部分においては、連結ギア４１０が第３ギアプレート３３０に連結される。第３ギアプレート３３０は少なくとも１つの衛星ギアを用いるため、回転子２００の回転速度より第３ギアプレート３３０の中心ギア３３５の回転速度の方が速いので、第３ギアプレート３３０に連結された連結ギア４１０の回転速度はモータスピードより速い。

【0155】

よって、モータスピードよりも出力スピードの方が速くなる。すなわち、Ｈは、高速で走行する際に用いられる変速状態である。

【0156】

減速する場合も、連結ギア４１０が第３ギアプレート３３０に連結されるＨ状態から、連結ギア４１０が第２ギアプレート３２０に連結されるＥ状態、連結ギア４１０が第１ギアプレート３１０に連結されるＬ状態の順に減速される。

【0157】

減速する場合も、Ｈ状態においてモータスピードが減速する傾きより、出力スピードが減速する傾きの方が大きい。また、Ｅ状態においては、モータスピードが減速する傾きと出力スピードが減速する傾きが同一である。Ｌ状態においては、モータスピードが減速する傾きの方が、出力スピードが減速する傾きより大きい。

【0158】

図１５は、図１４で説明したものと比較して、第４ギアプレート３４０及び第５ギアプレート３５０が存在し、Ｌ２、Ｌ１、Ｅ、Ｈ１、及びＨ２区間が存在し、各区間の間にニュートラル領域３２９が存在するという差異があるにすぎず、それ以外は同一又は類似するので、その説明は省略する。

【0159】

図１５に示すように、Ｌ２区間においては、連結ギア４１０が第４ギアプレート３４０に連結される。これは、ギアに例えれば、１段に相当する。Ｌ１区間においては、連結ギア４１０が第１ギアプレート３１０に連結される。これは、ギアに例えれば、２段に相当する。Ｅ区間においては、連結ギア４１０が第２ギアプレート３２０に連結される。これは、ギアに例えれば、３段に相当する。Ｈ１区間においては、連結ギア４１０が第３ギアプレート３３０に連結される。これは、ギアに例えれば、４段に相当する。Ｈ２区間においては、連結ギア４１０が第５ギアプレート３５０に連結される。これは、ギアに例えれば、５段に相当する。

【0160】

グラフに示すように、加速区間において出力スピードの傾きは一定であるが、Ｌ２、Ｌ１、Ｅ、Ｈ１、Ｈ２へ行くほどモータスピードの傾きが小さくなることが分かる。すなわち、回転子２００の回転速度が同一であると仮定すると、出力シャフト４２１の回転速度は次第に速くなる。

【0161】

減速区間においては、出力スピードの傾きは一定の割合で小さくなるが、Ｌ２、Ｌ１、Ｅ、Ｈ１、Ｈ２の順にモータスピードの傾きが大きくなることが分かる。

【0162】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された本発明の思想から逸脱しない範囲で構成要素の付加、変更、削除、追加などにより本発明を様々に修正及び変更することができ、それらも本発明に含まれるものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】