JP2011226527A - 電動車両用変速ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両用変速ユニットを、オイルポンプ回転数が低い低速段選択時に潤滑が不要となるようにして、ここでの潤滑不良に関する問題が発生しないようにする。
【解決手段】入力軸11に近い側の出力軸12の内端にサンギヤ13を設け、これを包囲するよう同心に配してリングギヤ14を回転自在に設け、サンギヤ13およびリングギヤ14に遊星ギヤ15を噛合させ、この遊星ギヤ15をキャリア16により回転自在に支持する。キャリア16およびサンギヤ13間を1速クラッチ17により駆動結合してキャリア16およびサンギヤ13が一体回転するようになすことで1速を実現し、リングギヤ14を2速ブレーキ18で固定して該リングギヤ14の内周に沿い遊星ギヤ15が自転しながら公転し得るようになすことで2速を実現する。オイルポンプ回転数が低い1速時は、遊星ギヤ15がキャリア16に対し相対回転せず、遊星ギヤ15の回転支承部が潤滑不要となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動モータからの動力で電気走行するのみの電気自動車や、エンジンからの動力だけでなく電動モータからの動力によっても走行可能なハイブリッド車両などの電動車両に用いる電動車両用の変速ユニットに関するものである。

この電動車両用変速ユニットとしては従来、例えば特許文献1に記載のようなものが提案されている。
この電動車両用変速ユニットは、本発明が要旨構成の基礎前提とする遊星歯車式のものではなく、平行軸式の変速ユニットであるが、
車両発進時のような低速段要求時であれば、ノーマルクローズ式の低速段選択用摩擦要素を非作動にして締結させることで変速ユニットの低速段選択状態を実現し、
通常走行時のような高速段要求時であれば、電動モータで駆動されるオイルポンプからのオイルを作動媒体として、低速段選択用摩擦要素を油圧作動させることにより解放状態にすると同時に、高速段選択用摩擦要素を油圧作動させることにより締結状態となすことで、変速ユニットの高速段選択状態を実現するものである。

かかる構成によれば、電動モータの回転数が低くてこれにより駆動されるオイルポンプからのオイル吐出流量が少ない低速段要求時は、この少ないオイル吐出流量に頼ることなく低速段を実現することができるようになり、
電動モータの回転数が高くてこれにより駆動されるオイルポンプからのオイル吐出流量が十分な高速段要求時は、この多いオイル吐出流量により確実に高速段を実現することができるようになる。

特開平１１−１３８７８号公報

しかし上記した従来の変速ユニットにあっては、電動車両用変速ユニットを遊星歯車組式の変速ユニットとして構成する場合、低速段選択用の変速摩擦要素を非作動により締結させて変速ユニットを低速段選択状態にする時、オイル消費が少なくて上記の作用効果を奏し得るものの、以下のような問題が発生するのを禁じ得ない。

つまり遊星歯車組式変速ユニットの場合、これを通常は、変速ユニット内の遊星ギヤが自転しながら公転するような状態にすることによって低速段選択状態となすのが普通である。
かように自転しながら公転している遊星ギヤの回転支承部（軸受など）は、遊星ギヤが低速段選択時といえども比較的高速回転しているため、十分な潤滑が必要である。

しかし低速段選択状態では、オイルポンプの回転数が低くてこれからのオイル吐出量が少なく、遊星ギヤの回転支承部で要求されるほどのオイル量を賄いきれないのが実情である。
このため、遊星ギヤの回転支承部がオイル量不足により潤滑不良となり、ここでの耐久性、ひいては電動車両用変速ユニットの耐久性が悪化するという問題を生ずる。

本発明は、上記の問題が低速段選択時における遊星ギヤの自転に起因するとの事実認識に基づき、
低速段選択時にかかる遊星ギヤの自転を生ずることがないようにして、遊星ギヤ回転支承部の潤滑を不要となすことにより、ここでの上記した潤滑不良に関する問題を回避し得るようにした電動車両用変速ユニットを提案することを目的とする。

この目的のため、本発明の電動車両用変速ユニットは、以下のごとくにこれを構成する。
先ず、本発明の前提となる電動車両用変速ユニットを説明するに、これは、
遊星ギヤを有して、低速段およびこの低速段よりも高速側ギヤ比の高速段を選択可能な遊星歯車組を具え、
該遊星歯車組の入力要素に走行駆動モータを、また出力要素に駆動車輪をそれぞれ結合し、
これら走行駆動モータおよび駆動車輪間の伝動系により駆動されるオイルポンプからのオイルを作動媒体として作動するものである。

本発明は、かかる電動車両用変速ユニットを低速段選択状態にするに際し、
上記遊星ギヤを自転不能な状態にして、上記低速段選択状態を実現するよう構成した点に特徴づけられる。

かかる本発明の電動車両用変速ユニットによれば、低速段選択時に遊星ギヤが自転しないことから、遊星ギヤの回転支承部を潤滑する必要がない。
従って、低速段選択時にオイルポンプの回転数が低く、これからのオイル吐出量が少なくても、遊星ギヤの回転支承部が潤滑不良になることはなく、
遊星ギヤ回転支承部の耐久性が悪化して、電動車両用変速ユニットの耐久性が悪化するという前記の問題を回避することができる。

本発明の一実施例になる電動車両用変速ユニットを具えた車輪駆動系の概略平面図である。 図1の車輪駆動系に対する変速ユニット用オイルポンプの結合要領を示す要部拡大断面図である。 図1における電動車両用変速ユニットの構成を示す略線図である。 図3における電動車両用変速ユニットの構成要素間における回転速度比を示す共線図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
＜実施例の構成＞
図１は、本発明の一実施例になる電動車両用変速ユニットを具えた車輪駆動系の概略平面図であり、
図2は、車輪駆動系に対する変速ユニット用オイルポンプの結合要領を示す要部拡大断面図であり、
図3は、図1における電動車両用変速ユニットの構成例を示す略線図である。

先ず、図１の車輪駆動系を説明するに、図中1L,1Rはそれぞれ、電動車両の左右駆動車輪を示し、2は、左右駆動車輪1L,1Rを駆動して車両を走行させる電動式の走行駆動モータを示す。
走行駆動モータ2からの動力は、変速ユニット3と、ファイナルドライブピニオン4およびファイナルドライブリングギヤ5より成るファイナルドライブギヤ組6と、ディファレンシャルギヤ装置7とを順次介して、左右駆動車輪1L,1Rに分配出力され、これら左右駆動車輪1L,1Rの駆動により車両を走行させるものとする。

ファイナルドライブピニオン4と共に回転する軸4aは、オイルポンプ8のポンプ駆動軸としても作用する。
そのため、変速ユニット3から遠いファイナルドライブピニオン軸4aの遊端にオイルポンプ8を駆動結合する。

この駆動結合に際しては図2に明示するごとく、ファイナルドライブピニオン軸4aの遊端にワンウェイクラッチ9を介してポンプ駆動ギヤ10を嵌合する。
ポンプ駆動ギヤ10の外周歯に、オイルポンプ8を構成する入力ポンプ要素の内周歯を噛合させ、これによりオイルポンプ8をポンプ駆動ギヤ10に駆動結合する。
かくしてオイルポンプ8は、ワンウェイクラッチ9を介してファイナルドライブピニオン軸4aに駆動結合する。

なおワンウェイクラッチ9は、ファイナルドライブピニオン軸4aが正転により車両を前進走行させるとき、オイルポンプ9を駆動する向きに配置し、
ファイナルドライブピニオン軸4aが逆転により車両を後退走行させるときは、ワンウェイクラッチ9がフリーランニングしてオイルポンプ9を駆動することのないようにする。

図3は、図1における変速ユニット3の詳細を例示するもので、11は、変速ユニット3の入力軸、12は、変速ユニット3の出力軸である。
これら入力軸11および出力軸12はそれぞれ、同軸突き合わせ関係に配して変速ユニットケース3a（図1も参照）に回転自在に支持する。

変速ユニット3は単純遊星歯車組式のものとし、その中心にサンギヤ13を具え、
このサンギヤ13を包囲するよう同心に配してリングギヤ14を回転自在に設け、
これらサンギヤ13およびリングギヤ14に3個一組の遊星ピニオンギヤ（遊星ギヤ）15を噛合させると共に、これら遊星ピニオンギヤ15を共通なキャリア16により回転自在に支持して構成する。

かかる遊星歯車組式変速ユニット3は、キャリア16を入力要素として機能させ、サンギヤ13を出力要素として機能させる。
このためキャリア16は、出力軸12に近い入力軸11の内端に結着し、またサンギヤ13は、入力軸11に近い出力軸12の内端に結着する。

変速ユニット3には更に、キャリア16およびサンギヤ13間を適宜駆動結合してこれらキャリア16およびサンギヤ13を一体回転させることにより遊星ピニオンギヤ15を自転不能な状態にする1速クラッチ（低速段選択用の変速摩擦要素）17と、
リングギヤ18を回転不能な状態に固定することにより該リングギヤ14の内周に沿って遊星ピニオンギヤ15が自転しながら公転し得る状態となす2速ブレーキ（高速段選択用の変速摩擦要素）18とを設ける。

なお、1速クラッチ17は、常態でバネなどの弾性手段により締結されているノーマルクローズ式の変速摩擦要素とし、2速ブレーキ18は、常態でバネなどの弾性手段により解放されているノーマルオープン式の変速摩擦要素とする。
ここで1速クラッチ17の解放に際しては、このクラッチ17をバネなどの弾性手段に抗して油圧作動させることにより、締結状態から解放状態へと状態変化させるものとし、
また2速ブレーキ18の締結に際しては、このブレーキ18をバネなどの弾性手段に抗して油圧作動させることにより、解放状態から締結状態へと状態変化させるものとする。

上記の構成とした図3の変速ユニット3は、図1に示すように入力軸11を走行駆動モータ2の出力軸2aに結合し、出力軸12をファイナルドライブピニオン軸（オイルポンプ駆動軸）4aに結合して実用する。
この変速ユニット3は、ファイナルドライブピニオン軸（オイルポンプ駆動軸）4aにより駆動されるオイルポンプ8からの吐出オイルを作動媒体として、1速クラッチ17の油圧作動（締結状態から解放状態への状態変化）、および2速ブレーキ18の油圧作動（解放状態から締結状態への状態変化）を行われると共に、遊星歯車組構成部分の潤滑を行われるものとする。

＜実施例の作用＞
上記実施例になる電動車両用変速ユニット3の作用を以下に説明する。
走行駆動モータ2を停止させている停車状態では、オイルポンプ8も駆動されることがなく、これからのオイル吐出量も0であるため、1速クラッチ17および2速ブレーキ18は共に非作動状態であり、1速クラッチ17は締結状態、また2速ブレーキ18は解放状態となっている。

このとき変速ユニット3は、1速クラッチ17の締結によりキャリア16およびサンギヤ13間を結合され、これらキャリア16およびサンギヤ13が、遊星ピニオンギヤ15およびリングギヤ14と一体になって回転可能な直結状態（1速選択状態、低速段選択状態）となる。
ただし、走行駆動モータ2を停止させている停車状態では、キャリア16への入力回転数が0であることから、サンギヤ13（出力軸12）からの出力回転数も0であり、車輪1L,1Rが駆動されることはなく、停車状態を保ち得る。

車両の前発進を希望して前進(D)レンジを選択し、アクセルペダルの踏み込みにより走行駆動モータ2を正方向駆動させると、これからの正方向回転動力がキャリア16、サンギヤ13、遊星ピニオンギヤ15およびリングギヤ14を一体回転させつつ、そのままファイナルドライブギヤ組6およびディファレンシャルギヤ装置7を経て左右駆動車輪1L,1Rに伝達され、これら左右駆動車輪1L,1Rの駆動により車両を1速（低速段）で発進させることができる。
このときの共線図は、キャリア16、サンギヤ13、遊星ピニオンギヤ15およびリングギヤ14の回転数が同じであることから、図4に実線で例示するごときものとなる。

発進後の車両走行中は、オイルポンプ8がファイナルドライブピニオン軸4aにより駆動されることから、これからの吐出オイルを作動媒体として、1速クラッチ17の油圧作動（締結状態から解放状態への状態変化）、および2速ブレーキ18の油圧作動（解放状態から締結状態への状態変化）が可能になると共に、遊星歯車組構成部分の潤滑も可能になる。

発進後の車両走行中、車速の上昇により、若しくは走行負荷の低下により、1速（低速段）よりも高速側ギヤ比の2速（高速段）を選択可能な走行状態になったら、
オイルポンプ8からの吐出オイルを用い、1速クラッチ17を油圧作動させて締結状態から解放状態へ状態変化させると同時に、2速ブレーキ18を油圧作動させて解放状態から締結状態へ状態変化させる。

このとき2速ブレーキ18の締結によりリングギヤ18が回転不能に固定されるため、走行駆動モータ2からキャリア16への回転動力が、遊星ピニオンギヤ15をリングギヤ14の内周に沿って転動（公転）させつつ自転させる。
かかる遊星ピニオンギヤ15の公転および自転によりサンギヤ13が、リングギヤ14およびサンギヤ13間のギヤ比により決まる変速比で増速回転され、この増速回転がサンギヤ13からファイナルドライブギヤ組6およびディファレンシャルギヤ装置7を経て左右駆動車輪1L,1Rに伝達され、これら左右駆動車輪1L,1Rの増速駆動により車両を2速（高速段）で走行させることができる。

このときの共線図は、比較の都合上キャリア16への入力回転数が上記した1速（低速段）選択時と同じである場合について説明すると、リングギヤ14の回転数が2速ブレーキ18の締結により0にされ、サンギヤ13の回転数がリングギヤ14およびサンギヤ13間のギヤ比分だけ増大されることから、図4に一点鎖線で示すごときものとなる。

車両の後退走行を希望して後退(R)レンジにし、アクセルペダルの踏み込みにより走行駆動モータ2を逆方向へ駆動させると、変速ユニット3が前記した前発進時と同じ1速（低速段）選択状態であるため、走行駆動モータ2からの逆方向回転動力がキャリア16、サンギヤ13、遊星ピニオンギヤ15およびリングギヤ14を逆方向へ一体回転させつつ、そのままファイナルドライブギヤ組6およびディファレンシャルギヤ装置7を経て左右駆動車輪1L,1Rに伝達され、これら左右駆動車輪1L,1Rの逆転駆動により車両を1速（低速段）で後退走行させることができる。

ただし後退走行時は、ファイナルドライブピニオン軸4aも逆方向へ回転されるため、図2のワンウェイクラッチ9がフリーランニングして、オイルポンプ8を駆動させることがない。

＜実施例の効果＞
ところで本実施例においては、1速（低速段）選択時にキャリア16、サンギヤ13、遊星ピニオンギヤ15およびリングギヤ14が一体回転されるため、遊星ピニオンギヤ15が自転しないこととなり、キャリア16に対する遊星ピニオンギヤ15の回転支承部を潤滑する必要がない。

従って、1速（低速段）選択時にオイルポンプ8の回転数が低く、これからのオイル吐出量が少なくても、遊星ピニオンギヤ15の回転支承部が潤滑不良になることはなく、
遊星ピニオンギヤ回転支承部の耐久性が悪化して、電動車両用変速ユニット3の耐久性が悪化するという問題を回避することができる。

また、オイルポンプ8を図1に示すごとく、遊星歯車組式変速ユニット3の出力要素（サンギヤ13：出力軸12）と、駆動車輪1L,1Rとの間の伝動系により駆動するよう配置したため、
前記した処から明らかな通りオイルポンプ8からの要求オイル吐出量が少ない1速（低速段）でオイルポンプ8の回転数を低く抑制することができ、不必要なオイルポンプ8の高速回転でフリクションが増大して、エネルギーロスが多くなるのを防止することができる。

更に、オイルポンプ8をその駆動軸4aに直結せず、図2に示すごとくワンウェイクラッチ9を介して駆動軸4aに結合したため、
車両の後退走行時はワンウェイクラッチ9のフリーランニングによりオイルポンプ8を駆動させないようにすることができ、
低速走行のため変速ユニット3を1速（低速段）選択状態にする後退走行時に、オイルポンプ8が無駄に作動されてフリクションが増大し、エネルギーロスが多くなるのを防止することができる。

更に、遊星ピニオンギヤ15を自転不能な状態にして1速（低速段）を実現するための1速クラッチ17を、常態でバネなどの弾性手段により締結状態にされているノーマルクローズ式の変速摩擦要素としたため、
リングギヤ14を固定して2速（高速段）を実現するための2速ブレーキ18を、常態でバネなどの弾性手段により解放されているノーマルオープン式の変速摩擦要素としたこととも相まって、
1速（低速段）の実現に際し、変速摩擦要素17,18を共に非作動状態にして当該1速（低速段）を実現することができることとなり、オイルポンプ8のオイル吐出量が少なくても確実に1速（低速段）を実現することができる。

なお本実施例のように、遊星歯車組式変速ユニット3の入力要素をキャリア16として、このキャリア16に走行駆動モータ2を結合し、
遊星歯車組式変速ユニット3の出力要素をサンギヤ13として、これに駆動車輪1L,1Rを結合し、
遊星歯車組式変速ユニット3が、キャリア16およびサンギヤ13間を1速クラッチ17で駆動結合することにより1速（低速段）を選択可能であり、リングギヤ14を2速ブレーキ18で固定することにより2速（高速段）を選択可能な構成にする場合、
変速ユニット3を簡易な単純遊星歯車組で構成することができ、コスト的に大いに有利である。

＜その他の実施例＞
しかし本発明において、変速ユニット3は必ずしも図示例のような単純遊星歯車組で構成する必要はなく、
遊星ピニオンギヤ15のような遊星ギヤ（段付き遊星ギヤでもよい）が存在する遊星歯車組で構成されていれば、どんな型式の変速ユニットでも本発明の上記した着想は適用可能であるのは勿論である。

1L,1R 左右駆動車輪
2 走行駆動モータ
3 電動車両用変速ユニット
4 ファイナルドライブピニオン
5 ファイナルドライブリングギヤ
6 ファイナルドライブギヤ組
7 ディファレンシャルギヤ装置
8 オイルポンプ
9 ワンウェイクラッチ
11 入力軸
12 出力軸
13 サンギヤ（出力要素）
14 リングギヤ
15 遊星ピニオンギヤ（遊星ギヤ）
16 キャリア（入力要素）
17 1速クラッチ（低速段選択用変速摩擦要素）
18 2速ブレーキ（高速段選択用変速摩擦要素）

Claims (5)

1. 遊星ギヤを有して、低速段およびこの低速段よりも高速側ギヤ比の高速段を選択可能な遊星歯車組を具え、該遊星歯車組の入力要素に走行駆動モータを、また出力要素に駆動車輪をそれぞれ結合し、これら走行駆動モータおよび駆動車輪間の伝動系により駆動されるオイルポンプからのオイルを作動媒体とする電動車両用変速ユニットにおいて、
   前記遊星ギヤを自転不能な状態にすることにより前記低速段を選択するよう構成したことを特徴とする電動車両用変速ユニット。
2. 請求項1に記載の電動車両用変速ユニットにおいて、
   前記オイルポンプは、前記遊星歯車組の出力要素および駆動車輪間の伝動系により駆動されるものであることを特徴とする電動車両用変速ユニット。
3. 請求項2に記載の電動車両用変速ユニットにおいて、
   前記オイルポンプは、ワンウェイクラッチを介して前記遊星歯車組の出力要素および駆動車輪間の伝動系により駆動されるものであることを特徴とする電動車両用変速ユニット。
4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電動車両用変速ユニットにおいて、
   前記遊星ギヤを自転不能な状態にして前記低速段を選択するための低速段選択用摩擦要素が、常態で締結状態にされるノーマルクローズ式の変速摩擦要素であることを特徴とする電動車両用変速ユニット。
5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電動車両用変速ユニットにおいて、
   前記遊星歯車組の入力要素が、前記遊星ギヤを回転自在に支持したキャリアであって、このキャリアに前記走行駆動モータを結合し、
   前記遊星歯車組の出力要素が、前記遊星ギヤに噛合するサンギヤであって、このサンギヤに前記駆動車輪を結合し、
   前記遊星歯車組が、これらキャリアおよびサンギヤの他に、前記遊星ギヤと噛合するリングギヤを有し、キャリアおよびサンギヤ間を駆動結合することにより前記遊星ギヤを自転不能な状態にされて前記低速段を選択可能であり、リングギヤを固定することにより該リングギヤの内周に沿い前記遊星ギヤを転動可能にして前記高速段を選択可能なものであることを特徴とする電動車両用変速ユニット。

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