JP2013024391A - 変速装置およびこれを備える電気自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】電動機の回転方向に係わらず必要な動力を出力可能で、しかも効率的なエネルギ回生が可能となる変速装置を提供する。
【解決手段】電動機２からの動力を車軸６側に接続された出力軸１１に伝達する変速装置３であって、電動機の回転軸２ａと同軸かつ回転軸２ａと一体回転する第１入力軸９と、第１入力軸９に同軸状に外嵌配置された第２入力軸１０と、第１入力軸９と出力軸１１とを第１ギヤ比をもって接続可能な第１ギヤ機構１７と、第１ギヤ機構１７のギヤのうち出力軸１１上に配置された遊転ギヤ１５を出力軸１１に選択的に固定可能な選択固定手段１６と、第２入力軸１０と出力軸１１とを第１ギヤ比とは異なる第２ギヤ比をもって接続する第２ギヤ機構２０と、回転軸２ａと第２入力軸１０との接続および接続の解除を行う接続解除手段１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、低速および高速の二段変速を達成する変速装置およびこれを備える電気自動車に関するものである。
従来、この種の変速装置としては、特許文献１に開示されているように、ワンウェイクラッチを介して出力軸に支持されたローギヤと、出力軸に遊転配置されるとともにシンクロ機構により出力軸に選択的に固定可能に配置されたハイギヤとを備え、ローギヤと出力軸との相対回転に基づき自動的に低速段を達成するとともに、シンクロ機構によってハイギヤを出力軸に固定することにより高速段を達成するものが提案されている。
この変速装置では、ハイギヤを出力軸に固定あるいは固定解除するシンクロ機構の操作だけで高速段と低速段との切替えを行うことができるので、部品点数を削減することができるとともに変速操作の簡易化を図ることができる。
実開平１−１４６０４４号公報
ところで、近年モータを動力源とする電動自動車においても、駆動力と最高車速とを両立させるために、前記特許文献１に開示されているような二段程度の変速が可能な変速装置の必要性が高まっている。
しかしながら、特許文献１に開示されている変速装置では、高速段でしか後退走行ができないため、後退走行に必要な減速比を十分に確保できないといった不都合や、減速時の運動エネルギを電気エネルギとして回生する際の効率が低いといった不都合が生じる。
本発明は、モータの回転方向に係わらず必要な動力を出力可能であるとともに、効率的なエネルギ回生が可能な簡易な構成の変速装置の提供を目的とし、この目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の変速装置は、
電動機からの動力を車軸側に接続された出力軸に伝達する変速装置であって、
電動機の回転軸と同軸かつ該回転軸と一体回転する第１入力軸と、
該第１入力軸に同軸状に外嵌配置された第２入力軸と、
前記第１入力軸と前記出力軸とを第１ギヤ比をもって接続可能な第１ギヤ機構と、
該第１ギヤ機構のギヤのうち前記第１入力軸上または前記出力軸上に配置された遊転ギヤを、該第１入力軸または該出力軸に選択的に固定可能な選択固定手段と、
前記第２入力軸と前記出力軸とを前記第１ギヤ比とは異なる第２ギヤ比をもって接続する第２ギヤ機構と、
前記回転軸と前記第２入力軸との接続および接続の解除を行う接続解除手段と、
を備えることを要旨とする。
本発明の変速装置では、電動機の回転軸に同軸かつ、この回転軸と一体回転する第１入力軸と、車軸側に接続された出力軸とを接続可能な第１ギヤ機構のギヤのうち、第１入力軸または出力軸に遊転可能に配置された遊転ギヤを、選択固定手段によって第１入力軸または出力軸に選択的に固定することにより電動機からの動力を第１ギヤ比をもって出力軸に伝達でき、第１入力軸に同軸状に外嵌配置された第２入力軸を接続解除手段によって電動機の回転軸と接続することにより電動機からの動力を第１ギヤ比とは異なる第２ギヤ比をもって出力軸に伝達できるから、第１ギヤ機構と第２ギヤ機構とのうち出力軸に要求される動力を出力できる一方のギヤ機構を選択して動力を伝達することができる。この結果、電動機の回転方向に関わらず必要な動力を出力することができる。
また、エネルギ回生を行う際にも、第１ギヤ機構と第２ギヤ機構とのうちエネルギ回生効率が良い方のギヤ機構を選択することにより、効率的にエネルギ回生を行うことができる。しかも、第１ギヤ機構による動力伝達の切替えは選択固定手段により行い、第２ギヤ機構による動力伝達の切替えは接続解除手段により行うだけだから、上述した効果を簡易な構成で得ることができる。もとより、選択固定手段と接続解除手段とを同時に作動すれば、第１ギヤ機構による動力伝達と第２ギヤ機構による動力伝達との切替えの際の動力伝達の中断も起こらない。
また、本発明の変速装置において、前記第１ギヤ比は、前記第２ギヤ比よりも大きなギヤ比に設定されてなり、前記遊転ギヤは、前記出力軸に遊転可能に配置されてなり、前記選択固定手段は、前記出力軸上であって前記遊転ギヤに隣接した位置に配置されてなるものとすることもできる。
こうすれば、同じギヤ比を達成するのであれば、遊転ギヤを入力軸側に配置する場合に比べて遊転ギヤのギヤ径を小さく設定することができる。この結果、装置のコンパクト化を図ることができる。
また、本発明の変速装置において、前記第１ギヤ比は、前記第２ギヤ比よりも大きなギヤ比に設定されてなり、前記遊転ギヤは、前記入力軸に遊転可能に配置されてなり、前記選択固定手段は、前記入力軸上であって前記遊転ギヤに隣接した位置に配置されてなるものとすることもできる。
こうすれば、選択固定手段を出力軸上に配置する場合に比べて選択固定手段に掛かるイナーシャの負担を小さく抑えることができる。この結果、選択固定手段の耐久性を向上することができる。
また、本発明の変速装置において、前記選択固定手段は、シンクロ機構であり、前記接続解除手段は、摩擦クラッチであるものとすることもできる。
こうすれば、従来の手動変速機に用いられるシンクロ機構と摩擦クラッチとを利用するだけだから、コストアップを抑えることができる。
また、本発明の電気自動車は、前記出力軸に前記車軸が機械的に接続されてなる請求項１乃至４何れか記載の変速装置を備えることを要旨とする。
本発明の電気自動車では、上述の何れかの態様の本発明の変速装置を備えるから、本発明の変速装置が奏する効果、例えば、電動機の回転方向に関わらず必要な動力を出力可能であるとともに、効率的なエネルギ回生が可能な変速装置を簡易な構成で得ることができる効果を奏することができる。この結果、自動車の電費の向上を図ることができる。
第１実施例の変速装置を備えた電気自動車の概略配置構成図である。 第２実施例の変速装置を備えた電気自動車の概略配置構成図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図１は、低速および高速の二段変速を達成する歯車変速装置を備えた電気自動車の概略構成図である。
電気自動車１は、動力源であるモータ２と、このモータ２からの動力を低速および高速の二段に変速する変速装置３と、変速装置３に接続されるとともに変速装置３からの動力を車軸６に伝達するデファレンシャル装置５と、車軸６に伝えられた動力により回転する車輪７とを備えている。
変速装置３は、ケース８内に入力軸９，１０と出力軸１１が平行状に回転可能に配置されており、出力軸１１に固定された出力ギヤ２１にデファレンシャル装置５のリングギヤ４が噛み合っている。
入力軸は、ロー側入力軸９と、このロー側入力軸９と同軸状にロー側入力軸９の外側に配置されたハイ側入力軸１０とで構成され、ロー側入力軸９は、モータ２のモータ軸２ａに直結され、ハイ側入力軸１０は、乾式クラッチ１２を介してモータ２のモータ軸２ａに接続されている。
乾式クラッチ１２は、モータ軸２ａにより回転するフライホイール１２ａと、ハイ側入力軸１０のモータ２側の外周面にスプライン嵌合などによって取付固定されたクラッチディスク１２ｂと、クラッチディスク１２ｂをフライホイール１２ａとの間で挟み込むよう配置されたプレッシャプレート１２ｃと、プレッシャプレート１２ｃをクラッチディスク１２ｂから離す方向へバネ力を付勢するダイヤフラムスプリング１２ｄとを備え、レリーズベアリングＲＢを介してダイヤフラムスプリング１２ｄに接続されたクラッチ切替装置３０により、プレッシャプレート１２ｃを軸方向移動させてモータ軸２ａとハイ側入力軸１０との接続と接続の解除を行う。
なお、乾式クラッチ１２は、通常はモータ軸２ａとハイ側入力軸１０とが接続解除された状態を維持する所謂ノーマルオープン型に形成されている。
クラッチ切替装置３０は、モータ３０ａと、モータ３０ａの回転軸に設けたネジ部とネジ係合するとともにレリーズベアリングＲＢに接続されたスライダ３０ｂとから構成されており、モータ３０ａの回転軸の回転をスライダ３０ｂの軸方向移動に変換することによりダイヤフラムスプリング１２ｄを介してプレッシャプレート１２ｃを軸方向移動させる。
ロー側入力軸９には、駆動ローギヤ１４が固定状に設けられており、また、出力軸１１には、出力軸１１にニードルベアリングを介し遊転可能な遊転ギヤで構成された被駆動ローギヤ１５が設けられており、この被駆動ローギヤ１５が駆動ローギヤ１４に噛み合わされている。
ここで、駆動ローギヤ１４に比べて被駆動ローギヤ１５は径が大きいのでサイズアップすることなく容易に遊転ギヤとすることができるため、駆動ローギヤ１４を遊転ギヤとする場合に比して装置のコンパクト化を図ることができる。
出力軸１１上の被駆動ローギヤ１５に隣接した位置にはシンクロ機構１６が配置されている。このシンクロ機構１６は、出力軸１１にスプライン嵌合により固定されたハブ１６ａと、このハブ１６ａの外周部に形成されたスプラインとスプライン嵌合して、ハブ１６ａに対し図示右方向に摺動可能なスリーブ１６ｂとで構成されており、このスリーブ１６ｂは、被駆動ローギヤ１５に固定されているクラッチギヤ１５ａと噛み合うことができるように構成されている。
この駆動ローギヤ１４と被駆動ローギヤ１５とによりロー側ギヤ機構１７が構成され、シンクロ機構１６によって被駆動ローギヤ１５を出力軸１１に固定することにより低速段の動力伝達を達成することができる。
また、ハイ側入力軸１０には、固定状に駆動ハイギヤ１８が設けられており、出力軸１１側には固定状に被駆動ハイギヤ１９が設けられて、駆動ハイギヤ１８と被駆動ハイギヤ１９の噛み合いによりハイ側ギヤ機構２０を構成して、高速段の動力伝達を達成するように構成されている。
なお、ロー側ギヤ機構１７のギヤ比は、ハイ側ギヤ機構２０のギヤ比よりも大きなギヤ比に設定されている。
次に、こうして構成された実施例の電気自動車１の動作、特に変速装置３の変速動作について説明する。
先ず、電気自動車１の発進の際における変速装置３の変速動作について説明する。
発進の際には、ロー側ギヤ機構１７を介して出力軸１１にモータ２の動力が伝達されるよう図示しないアクチュエータによってシンクロ機構１６が作動される。
即ち、図１に示す状態からシンクロ機構１６のスリーブ１６ｂを図示右方向へ移動させ、スリーブ１６ｂを介してクラッチギヤ１５ａとハブ１６ａとを係合し、被駆動ローギヤ１５をハブ１６ａを介して出力軸１１に固定する。これにより、発進としての低速段が達成される。このとき、クラッチ切替装置３０は駆動されないから乾式クラッチ１２は接続が解除された状態を維持する。
次に、低速段から高速段へ変速する際の変速動作について説明する。
低速段で走行中の実施例の電気自動車１の車速が増加すると、図示しない制御装置から変速装置３へ高速段への変速指令がなされる。変速装置３に高速段への変速指令がなされると、ハイ側ギヤ機構２０を介して出力軸１１にモータ２の動力が伝達されるようクラッチ切替装置３０によって乾式クラッチ１２が作動されるとともに、クラッチギヤ１５ａとハブ１６ａとの係合を解除するよう図示しないアクチュエータによってシンクロ機構１６が作動される。
即ち、クラッチ切替装置３０のスライダ３０ｂを図示左方向へ移動して乾式クラッチ１２を接続状態にするとともに、シンクロ機構１６のスリーブ１６ｂを図示左方向へ移動してスリーブ１６ｂを介してのクラッチギヤ１５ａとハブ１６ａとの係合を解除する。これにより、高速段が達成される。
ここで、クラッチ切替装置３０による乾式クラッチ１２の接続操作と、図示しないアクチュエータによるシンクロ機構１６の解除操作とを同時に（オーバーラップさせながら）行うことにより低速段から高速段への切替えの際に動力伝達の中断が生じることはない。
最後に、高速段から低速段へ変速する際の変速動作について説明する。
高速段で走行中の実施例の電気自動車１の車速が減少したり再加速の必要性が生じると、図示しない制御装置から変速装置３へ低速段への変速指令がなされる。変速装置３に低速段への変速指令がなされると、変速装置３は前述した低速段から高速段への変速の際とは逆の動作となるよう制御される。
即ち、クラッチ切替装置３０のスライダ３０ｂを図示右方向へ移動して乾式クラッチ１２を接続解除状態にするとともに、シンクロ機構１６のスリーブ１６ｂを図示右方向へ移動してスリーブ１６ｂを介してクラッチギヤ１５ａとハブ１６ａとを係合する。これにより、低速段が達成される。
ここで、低速段から高速段への変速の際と同様、クラッチ切替装置３０による乾式クラッチ１２の接続解除操作と、図示しないアクチュエータによるシンクロ機構１６の係合操作とを同時に（オーバーラップさせながら）行うことにより高速段から低速段への切替えの際に動力伝達の中断が生じることはない。
以上説明した実施例の変速装置３によれば、モータ軸２ａに直結するロー側入力軸９と、ロー側入力軸９に固定された駆動ローギヤ１４と、出力軸１１に遊転配置された被駆動ローギヤ１５と、被駆動ローギヤ１５を出力軸１１に選択的に固定するシンクロ機構１６とにより低速段を構成するとともに、ロー側入力軸９に外嵌配置したハイ側入力軸１０と、ハイ側入力軸１０とモータ２のモータ軸２ａとを選択的に接続する乾式クラッチ１２と、ハイ側入力軸１０に固定された駆動ハイギヤ１８と、出力軸１１に固定された被駆動ハイギヤ１９とにより高速段を構成する。
即ち、低速段への変速はシンクロ機構１６による切替えとし、高速段への変速は乾式クラッチ１２による切替えとするから、モータ２のモータ軸２ａの回転方向に関わらず出力軸１１に要求される動力を伝達することができる構成を簡易に確保することができる。しかも、エネルギ回生の際には低速段を選択することにより効率的にエネルギ回生を行うことができる。もとよりシンクロ機構１６の切替えと乾式クラッチ１２の切替えとを同時に行うことにより変速の際の動力伝達の中断も生じない。
次に、本発明の第２実施例の変速装置１０３を搭載した電気自動車１００について説明する。
図２は、第２実施例の変速装置１０３を搭載した電気自動車１００の概略構成図である。
第２実施例の変速装置１０３を搭載した電気自動車１００は、ロー側ギヤ機構１７をロー側ギヤ機構１１７に変えた点、およびシンクロ機構１６をシンクロ機構１１６に変えた点を除いて第１実施例の変速装置３を備える電気自動車１と同一の構成をしている。従って、第２実施例の電気自動車１００のうち第１実施例の電気自動車１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
第２実施例の変速装置１０３は、図示するように、駆動ローギヤ１１４がロー側入力軸９に遊転配置されるとともに被駆動ローギヤ１１５が出力軸１１上に固定され、ロー側入力軸９上であって駆動ローギヤ１１４の図示左側にシンクロ機構１１６が隣接配置されている。
駆動ローギヤ１１４には、クラッチギヤ１１４ａが固設されており、シンクロ機構１１６のスリーブ１１６ｂを図示右側へ移動することにより、スリーブ１１６ｂを介してクラッチギヤ１１４ａとシンクロ機構１１６のハブ１１６ａとを係合させる。これにより、駆動ローギヤ１１４をロー側入力軸９に固定して低速段を達成する。
以上説明した第２実施例の変速装置１０３によれば、第１実施例の変速装置３と同様の作用効果、即ち、モータ２のモータ軸２ａの回転方向に関わらず出力軸１１に要求される動力を伝達することができる構成を簡易に確保することができるとともに、エネルギ回生の際には低速段を選択することにより効率的にエネルギ回生を行うことができる。もとよりシンクロ機構１１６の切替えと乾式クラッチ１２の切替えとを同時に行うことにより変速の際の動力伝達の中断も生じないという作用効果を奏する。
また、シンクロ機構１１６を出力軸１１ではなくロー側入力軸９上に配置するから、シンクロ機構１１６に掛かるイナーシャの負担を小さく抑えることができる。この結果、シンクロ機構１１６の耐久性を向上することができる。
上述した実施例の変速装置３，１０３では、低速段へはシンクロ機構１６，１１６を作動することによって切替え、高速段へは乾式クラッチ１２を作動することによって切替えるものとしたが、これとは逆に、低速段へは乾式クラッチを作動することによって切替え、高速段へはシンクロ機構を作動することによって切替えるものとしても差し支えない。
１ 電気自動車
２ モータ
２ａ モータ軸
３ 変速装置
５ デファレンシャル装置
７ 車輪
８ ケース
９ ロー側入力軸
１０ ハイ側入力軸
１１ 出力軸
１２ 乾式クラッチ
１４，１１４ 駆動ローギヤ
１５，１１５ 被駆動ローギヤ
１５ａ，１１４ａ クラッチギヤ
１６，１１６ シンクロ機構
１６ａ，１１６ａ ハブ
１６ｂ，１１６ｂ スリーブ
１７，１１７ ロー側ギヤ機構
１８ 駆動ハイギヤ
１９ 被駆動ハイギヤ
２０ ハイ側ギヤ機構
２１ 出力ギヤ

Claims (5)

  1. 電動機からの動力を車軸側に接続された出力軸に伝達する変速装置であって、
    電動機の回転軸と同軸かつ該回転軸と一体回転する第１入力軸と、
    該第１入力軸に同軸状に外嵌配置された第２入力軸と、
    前記第１入力軸と前記出力軸とを第１ギヤ比をもって接続可能な第１ギヤ機構と、
    該第１ギヤ機構のギヤのうち前記第１入力軸上または前記出力軸上に配置された遊転ギヤを、該第１入力軸または該出力軸に選択的に固定可能な選択固定手段と、
    前記第２入力軸と前記出力軸とを前記第１ギヤ比とは異なる第２ギヤ比をもって接続する第２ギヤ機構と、
    前記回転軸と前記第２入力軸との接続および接続の解除を行う接続解除手段と、
    を備える変速装置。
  2. 前記第１ギヤ比は、前記第２ギヤ比よりも大きなギヤ比に設定されてなり、
    前記遊転ギヤは、前記出力軸に遊転可能に配置されてなり、
    前記選択固定手段は、前記出力軸上であって前記遊転ギヤに隣接した位置に配置されてなる
    請求項１記載の変速装置。
  3. 前記第１ギヤ比は、前記第２ギヤ比よりも大きなギヤ比に設定されてなり、
    前記遊転ギヤは、前記入力軸に遊転可能に配置されてなり、
    前記選択固定手段は、前記入力軸上であって前記遊転ギヤに隣接した位置に配置されてなる
    請求項１記載の変速装置。
  4. 前記選択固定手段は、シンクロ機構であり、
    前記接続解除手段は、摩擦クラッチである
    請求項１乃至３何れか記載の変速装置。
  5. 前記出力軸に前記車軸が機械的に接続されてなる請求項１乃至４何れか記載の変速装置を備える電気自動車。
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