KR101935111B1 - 전기 자동차용 자동 변속기 - Google Patents

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도시아키 세가와
도시유키 오카모토
가즈히코 요코야마
가즈오 오구리
다쿠야 야마자키
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Abstract

입력부(30P)가 입력축(2A)과 상대 회전 가능하게 배치되고, 전동 액추에이터(80A)와 기계식 반력 기구(80B, 9)에 의해 풀리의 권취 반경과 협압력이 조정되는 벨트식 무단 변속 기구(3)와, 벨트식 무단 변속 기구(3)의 출력부(30S)에 연결되고, 복수의 변속단을 갖는 상시 교합형 평행축식 기어 변속 기구(4)와, 입력축(2A)에 상대 회전 가능하게 배치되고, 상시 교합형 평행축식 기어 변속 기구(4)의 출력측 축에 고정 설치된 복수의 변속 기어 중 하나에 구동 연결된 입력 기어(21)와, 입력축(2A)에 배치되고, 벨트식 무단 변속 기구(3)의 입력부(30P)와 입력 기어(21) 중 어느 한쪽을 주 전동 모터(1)에 선택적으로 연결하는 교합 클러치 기구(5A)를 구비한다.

Description

전기 자동차용 자동 변속기{AUTOMATIC TRANSMISSION FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은, 전동 모터만을 구동원으로 하여 주행하는 전기 자동차에 사용되고, 벨트식 무단 변속 기구를 갖는 전기 자동차용 자동 변속기에 관한 것이다.
전동 모터만을 구동원으로 하여 주행하는 전기 자동차(EV라고도 함)의 경우, 전동 모터가 편평한 토크 특성을 가지므로, 파워 트레인은, 일반적으로 구동원의 전동 모터를 변속비가 일정한 감속기와 조합해서 출력시키는 구조로 되어 있다.
이러한 전기 자동차에 있어서, 항속 거리의 확보가 큰 과제로 되고 있다. 항속 거리를 연장시키는 방법으로서, 우선, 배터리 용량의 증대나 차량 중량의 경량화가 생각된다. 그러나, 배터리 용량을 증대시킨 경우, 차량 중량이 무거워져, 오히려 항속 거리를 짧게 해 버릴 우려가 있다.
또한, 전기 자동차에 있어서 항속 거리의 증대를 도모하는 수단으로서, 구동원인 전동 모터의 소형화에 의한 소비 전력량의 삭감을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우, 전동 모터의 출력 부족을 초래하게 되어, 출력 부족을 방지하기 위해서는, 보다 변속비가 높은 감속기와 조합하거나 또는 변속비 가변의 변속기와 조합하는 것이 필요해진다. 전자의 경우, 차량 고속 영역에서 모터 효율이 나쁜 특성값으로 주행하지만, 후자의 경우, 변속비를 바꿈으로써 이를 회피할 수 있다.
전기 자동차에 변속기를 적용한 예로서, 특허문헌 1에는, 전동 모터를 유단식의 변속기와 조합해서 출력시키는 구성의 것이 개시되어 있다. 그러나 이 경우, 보다 넓은 속도 영역에서 소형의 전동 모터를 효율적으로 운전하기 위해서는, 변속단을 다단으로 할 필요가 있다. 이로 인해, 변속단의 전환이 빈번해져, 변속단의 전환마다 발생하는 변속 쇼크의 횟수도 많아져, 승차감이 저하되어 버린다.
한편, 넓은 속도 영역에서 소형의 전동 모터를 효율적으로 운전할 수 있고 또한 변속 쇼크의 빈도를 억제할 수 있는 기구로서, 벨트식 무단 변속 기구(배리에이터)에 부변속 기구를 조합한 부변속 기구를 구비한 무단 변속기(CVT)가 유효하다. 또한, 특허문헌 2에는, 전기 자동차는 아니지만, 내연 기관에 부변속 기구를 구비한 CVT를 조합해서 출력시키는 구성의 것이 개시되어 있다.
특허문헌 2의 부변속 기구를 구비한 CVT를 전기 자동차에 적용하는 것이 생각된다. 그러나, CVT의 배리에이터는, 풀리에 벨트를 협압하고 클램프하기 위한 큰 축 추진력을 부여하는 것이 필요하고, 부변속 기구는 기어단의 전환 조작을 하는 것이 필요하다. 특허문헌 2에는, 이들의 구체적 방법이 명기되어 있지 않지만, 가령 일반적으로 사용되고 있는 유압 방식을 사용한 경우, 이들을 만족시키는 고출력의 오일 펌프가 필요하게 된다.
고출력의 오일 펌프를 구동하기 위해서는, 상응한 출력을 갖는 펌프 구동용 모터가 필요하게 되고, 이 펌프 구동용 모터에 의해 소비되는 전력에 의해, 배터리의 SOC(충전 상태)가 저하되므로, 전기 자동차의 항속 거리를 짧게 해 버린다. 또한, 오일 펌프 및 펌프 구동용 모터는 비용 상승뿐만 아니라, 차량의 중량 증가에도 연결되고, 이 점으로부터도 전기 자동차의 항속 거리를 짧게 해 버린다.
또한, CVT의 경우, 일반적으로, 유성 기어 등의 기어 기구를 사용한 자동 변속기에 비해, 고속 고부하 시의 전달 효율이 나빠, 고속 주행 시의 전비(電費)가 나쁘다고 하는 과제가 있다.
이와 같은 전비의 악화도 전기 자동차의 항속 거리를 짧게 해 버리므로, 이 점으로부터의 기술 개발도 요망되고 있다.
일본 특허 공개 평06-245329호 공보 일본 특허 공개 소60-37455호 공보
본 발명은, 이러한 과제를 감안하여 창안된 것으로, 넓은 속도 영역에서 소형의 전동 모터를 효율적으로 운전할 수 있고 또한 변속 쇼크의 빈도를 억제할 수 있도록 하여, 전기 자동차의 항속 거리를 증대할 수 있도록 한, 전기 자동차용 자동 변속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전기 자동차용 자동 변속기는, 주 전동 모터만을 구동원으로 하여 주행하는 전기 자동차에 장비되고, 입력부가 상기 주 전동 모터에 연결된 입력축과 상대 회전 가능하게 배치되고, 전동 액추에이터와 기계식 반력 기구에 의해 풀리의 권취 반경과 협압력이 조정되는 벨트식 무단 변속 기구와, 상기 벨트식 무단 변속 기구의 출력부에 연결되고, 복수의 변속단을 갖는 상시 교합형 평행축식 기어 변속 기구와, 상기 입력축에 상대 회전 가능하게 배치되고, 상기 상시 교합형 평행축식 기어 변속 기구의 출력측 축에 고정 설치된 복수의 변속 기어 중 하나에 구동 연결된 입력 기어와, 상기 입력축에 배치되고, 상기 벨트식 무단 변속 기구의 입력부와 상기 입력 기어 중 어느 한쪽을 상기 주 전동 모터에 선택적으로 연결하는 교합 클러치 기구를 구비하고 있다.
상기 기계식 반력 기구에는, 토크 캠 기구가 사용되고, 상기 전동 액추에이터는 웜 및 웜 휠로 이루어지는 웜 기어와, 상기 웜을 회전 구동하는 전동 모터로 구성되고, 상기 토크 캠 기구는, 상기 풀리의 협압력을 조정하고, 상기 전동 액추에이터는, 상기 풀리의 권취 반경을 조정하는 것이 바람직하다.
상기 입력 기어는, 그 입력 기어가 교합하는 상기 상시 교합형 평행축식 변속 기구의 기어 잇수와 대략 동일하게 설정되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 전기 자동차용 자동 변속기에 의하면, 벨트식 무단 변속 기구와 상시 교합형 평행축식 기어 변속 기구를 조합함으로써, 자동 변속기에 넓은 변속비 폭을 갖게 할 수 있다. 이로 인해, 구동원의 전동 모터의 부담을 감소시킬 수 있어, 전동 모터의 소형화에 의한 파워 트레인 전체의 콤팩트화나, 모터의 효율이 좋은 영역을 사용할 수 있으므로, 파워 트레인 효율을 향상시킬 수 있어, 항속 거리를 증가시킬 수 있다. 또한, 벨트식 무단 변속 기구의 원활한 변속 특성을 이용해서 변속 쇼크의 횟수를 억제하여, 승차감을 확보할 수 있다.
또한, 벨트식 무단 변속 기구를 사용하지 않고 입력 기어를 이용해서 전동 모터측과 구동륜측을 직결시켜 주행할 수 있으므로, 이를 고속 주행 시에 이용해서 벨트식 무단 변속 기구가 부족하다고 하는 고속 주행 시의 효율 저하를 방지할 수 있다.
또한, 벨트식 무단 변속 기구의 벨트 클램프가 메카니즘 기구이며, 또한 상시 교합형 평행축식 기어 변속 기구를 사용하므로, 종래의 벨트식 무단 변속 기구나 유성 기어식 변속 기구와 같은 유압 시스템이 불필요하게 되어, 유압 시스템의 작동에 취해지는 전원 에너지 분만큼 항속 거리를 증가시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 관한 자동 변속기를 구비한 차량의 구동계 유닛의 주요부의 구성도이다.
도 2는 일 실시 형태에 관한 자동 변속기를 구비한 차량의 구동계 유닛의 주요부의 축 배치도이다.
도 3은 일 실시 형태에 관한 자동 변속기를 구비한 차량의 구동계 유닛의 동력 전달 모드를 설명하는 도면이며, (a)는 CVT 로우 모드, (b)는 CVT 하이 모드, (c)는 직결 모드를 나타낸다.
도 4는 일 실시 형태에 관한 자동 변속기의 변속 맵의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관한 전기 자동차용 자동 변속기의 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태는 어디까지나 예시에 지나지 않고, 이하의 실시 형태에서 명시하지 않는 다양한 변형이나 기술의 적용을 배제하는 의도는 없다. 이러한 실시 형태를 부분적으로 사용해서 실시하거나, 일부를 변경해서 실시하거나, 동등한 기능을 갖는 다른 기구나 장치로 치환해서 실시하거나 할 수 있는 것이다.
본 실시 형태에 관한 전기 자동차(이하, 간단히 차량이라고도 함)는, 전동 모터만을 구동원으로 하여 주행하는 전기 자동차(EV라고도 함)이며, 전동 모터와 내연 기관을 선택적으로 구동원으로 하여 주행하는 하이브리드 전기 자동차는 포함하지 않는다. 또한, 본 자동 변속기는, 이와 같은 차량의 전동 모터와 구동륜 사이에 개재 장착된다.
〔구동계 유닛의 구성〕
우선, 차량의 구동계 유닛을 설명한다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 이 구동계 유닛은 차량의 구동원인 주 전동 모터(간단히, 전동 모터라고도 함)(1)와, 주 전동 모터(1)의 출력축과 일체 연결된 변속기 입력축(이하, 입력축이라고 함)(2A)을 갖는 자동 변속기(2)와, 자동 변속기(2)에 접속된 감속 기구(6)와, 감속 기구(6)에 접속된 차동 기구(7)를 구비하고 있다. 차동 기구(7)의 좌우 사이드 기어에 접속된 차축(7L, 7R)에는, 도시하지 않은 구동륜이 각각 결합되어 있다.
자동 변속기(2)는, 소위 부변속 기구를 구비한 벨트식 무단 변속 기구(CVT)에, 직결 기어 기구(20)를 부가한 것이다. 자동 변속기(2)는 동력 전달용의 벨트(37)를 갖고, 프라이머리 풀리(입력부)(30P)가 입력축(2A)과 상대 회전 가능하게 배치된 벨트식 무단 변속 기구(이하, 배리에이터라고도 함)(3)와, 이 배리에이터(3)의 세컨더리 풀리(출력부)(30S)의 회전축(36)에 연결된 상시 교합형 평행축식 기어 변속 기구(이하, 부변속 기구라고도 함)(4)와, 배리에이터(3) 및 부변속 기구(4)를 우회하도록 하여 입력축(2A)과 감속 기구(6)를 직결하는 직결 기어 기구(20)를 구비하고 있다.
배리에이터(3)는, 회전축(33)을 갖는 고정 풀리(31)와 가동 풀리(32)로 이루어지는 프라이머리 풀리(30P)와, 회전축(출력축)(36)을 갖는 고정 풀리(34)와 가동 풀리(35)로 이루어지는 세컨더리 풀리(30S)와, 프라이머리 풀리(30P)와 세컨더리 풀리(30S)와의 V홈에 권취된 벨트(37)를 구비하고 있다. 프라이머리 풀리(30P)의 고정 풀리(31)의 회전축(33)은, 입력축(2A)과 상대 회전 가능하게 배치되어 있다.
또한, 도 1에는, 배리에이터(3)의 프라이머리 풀리(풀리 장치)(30P), 세컨더리 풀리(풀리 장치)(30S) 및 벨트(37)를, 변속비가 로우측의 상태와 하이측의 상태를 나타내고 있다. 프라이머리 풀리(30P), 세컨더리 풀리(30S)의 각 외측(서로 이격되어 있는 측)의 절반부에 로우측의 상태를 나타내고, 각 내측(서로 접근하고 있는 측)의 절반부에 하이측의 상태를 나타내고 있다. 벨트(37)에 대해서는, 로우측의 상태를 실선으로 모식적으로 나타내고, 하이측의 상태를 각 풀리(30P, 30S)의 내측에 이점쇄선으로 모식적으로 나타내고 있다. 단, 이점쇄선으로 나타낸 하이 상태는, 풀리와 벨트의 반경 방향의 위치 관계를 나타내는 것뿐이며, 실제의 벨트 위치가 풀리의 내측 절반부에 나타나는 일은 없다.
이 배리에이터(3)의 프라이머리 풀리(30P) 및 세컨더리 풀리(30S)의 벨트 권취 반경의 변경에 의한 변속비의 조정 및 풀리축 추력(간단히, 추력이라고도 함), 즉 벨트 협압력의 조정은, 전동 액추에이터와 기계식 반력 기구에 의해 실행되도록 되어 있다. 기계식 반력 기구로서는, 토크 캠 기구가 사용되고 있다. 이 토크 캠 기구는, 각각 단부에 나선 형상으로 경사진 캠면을 갖는 한 쌍의 환상 캠 부재로 구성되고, 각 캠면이 서로 미끄럼 접촉하도록 하여 동축 상에 배치되고, 또한 한 쌍의 캠 부재의 상대 회전에 따라서, 한 쌍의 캠 부재가 축 방향으로 서로 분리 접촉하고, 한 쌍의 캠 부재의 전체 길이가 변경됨으로써 한쪽의 캠 부재에 압접한 회전 부재[풀리(30P, 30S)]의 추력을 조정하는 것이다.
여기서는, 프라이머리 풀리(30P) 및 세컨더리 풀리(30S)의 어느 것에도, 기계식 반력 기구로서 토크 캠 기구가 사용되고 있다. 이에 의해, 벨트(37)가 프라이머리 풀리(30P) 및 세컨더리 풀리(30S)를 가압하는 힘(풀리를 이격시키고자 하는 힘)의 반력으로서 양쪽 풀리의 각 토크 캠 기구가 작용해서 벨트(37)의 전달 토크에 따른 추력이 유압 등을 사용하지 않고 양쪽 풀리(30P, 30S)에 발생하도록 되어 있다.
또한, 프라이머리 풀리(30P)에는, 한 쌍의 캠 부재의 한쪽을 능동적으로 회전 구동하는 전동 액추에이터가 장비되고, 한 쌍의 캠 부재의 전체 길이를 변경하여, 프라이머리 풀리(30P)의 V홈의 홈 폭을 조정하도록 구성된다.
이와 같이, 프라이머리 풀리(30P)에는, 기계식 반력 기구인 토크 캠 기구와 한 쌍의 캠 부재의 한쪽을 회전 구동하는 전동 액추에이터로, 한 쌍의 캠 부재의 전체 길이를 변경하고 프라이머리 풀리(30P)의 V홈의 홈 폭을 조정해서 변속비를 조정함과 함께, 풀리(30P)의 추력을 조정해서 벨트 협압력을 조정하도록 구성된다. 따라서, 프라이머리 풀리(30P)의 전동 액추에이터 및 토크 캠 기구로 이루어지는 기구를 변속 기구(8)라고도 칭한다. 한편, 세컨더리 풀리(30S)의 토크 캠 기구는, 이에 의해 세컨더리 풀리(30S)의 추력을 발생시키므로, 추력 발생 기구(9)라고도 칭한다.
이 추력 발생 기구(9)에는 단부면 캠인 토크 캠 기구(90)가 사용되고 있다. 토크 캠 기구(90)는 가동 풀리(35)의 배면에 고정 설치된 구동 캠 부재(91)와, 구동 캠 부재(91)에 인접해서 고정 풀리(34)의 회전축(36)에 고정 설치된 피구동 캠 부재(92)를 구비하고 있다. 캠 부재(91, 92)는 서로의 캠면을 미끄럼 접촉시키고 있고, 토크 전달 시에 생기는 서로의 회전 위상차에 따라서 추력을 발생한다.
또한, 차량의 정지 시 등에는, 구동 토크도 제동 토크도 작용하지 않으므로, 토크 캠 기구(90)에 의한 풀리의 추력은 가해지지 않는다. 따라서, 차량의 발진 시 등의 초기 구동 시에도, 벨트 미끄럼을 방지해서 벨트(37)를 확실하게 클램프할 수 있도록, 가동 풀리(35)를 고정 풀리(34)에 접근하는 방향으로 가압하는 코일 스프링(93)이 장비되어 있다.
부변속 기구(4)는, 복수의 변속단(여기서는, 하이, 로우의 2단)을 갖고, 배리에이터(3)의 세컨더리 풀리(30S)의 회전축(36)과 동축 일체의 회전축(43)에 상대 회전 가능하게 장비된 기어(41, 42)와, 회전축(43)과 평행한 회전축(46)에 일체 회전하도록 고정 설치된 기어(44, 45)를 구비하고 있다. 기어(41)와 기어(44)는 상시 교합하고 있고, 2속(하이) 기어단을 구성한다. 기어(42)와 기어(45)는 상시 교합하고 있고, 1속(로우) 기어단을 구성한다.
부변속 기구(4)에는, 2속 기어단 및 1속 기어단을 선택적으로 전환하기 위해, 3 포지션식의 교합 클러치 기구(5B)가 장비된다. 교합 클러치 기구(5B)는, 회전축(43)과 일체 회전하는 클러치 허브(54)와, 클러치 허브(54)에 설치된 외기어(54a)에 스플라인 결합하는 내기어(55a)를 갖는 슬리브(55)와, 슬리브(55)를 시프트 방향(축 방향)으로 이동시키는 시프트 포크(56)와, 시프트 포크(56)를 구동하는 전환용 전동 액추에이터(50B)를 구비하고 있다.
기어(41)에는 슬리브(55)의 내기어(55a)와 교합할 수 있는 외기어(41a)가 설치되고, 기어(42)에는 슬리브(55)의 내기어(55a)와 교합할 수 있는 외기어(42a)가 설치되어 있다.
슬리브(55)는 뉴트럴 포지션(N)과, 2속(하이) 기어단을 설정하는 2속 포지션(H)과, 1속(로우) 기어단을 설정하는 1속 포지션(L)의 각 포지션을 갖고, 각 포지션 사이를, 시프트 포크(56)에 의해 슬라이드 구동된다.
전환용 전동 액추에이터(50B)에 의해 시프트 포크(56)를 구동하여, 슬리브(55)를 기어(41)측(즉, 2속 포지션)으로 이동시키면, 슬리브(55)의 내기어(55a)가 기어(41)의 외기어(41a)와 교합하여, 회전축(43)과 기어(41)가 일체 회전하도록 되어, 2속 기어단이 설정된다. 2속 기어단이 설정되면, 배리에이터(3)의 세컨더리 풀리(30S)의 회전축(36)[즉, 회전축(43)]으로부터 기어(41), 기어(44), 회전축(46)을 거쳐서 감속 기구(6)로 동력이 전달된다.
전환용 전동 액추에이터(50B)에 의해 시프트 포크(56)를 구동하여, 슬리브(55)를 기어(42)측(즉, 1속 포지션)으로 이동시키면, 슬리브(55)의 내기어(55a)가 기어(42)의 외기어(42a)와 교합하여, 회전축(43)과 기어(42)가 일체 회전하도록 되어, 1속 기어단이 설정된다. 1속 기어단이 설정되면, 배리에이터(3)의 세컨더리 풀리(30S)의 회전축(36)[즉, 회전축(43)]으로부터 기어(42), 기어(45), 회전축(46)을 거쳐서 감속 기구(6)로 동력이 전달된다.
또한, 슬리브(55)의 내기어(55a)를 기어(41)의 외기어(41a)나 기어(42)의 외기어(42a)와 원활하게 교합시키기 위해 주 전동 모터(1)를 사용해서 회전 동기 제어를 행할 수 있어, 이에 의해 교합 개소에 싱크로 기구는 불필요하게 된다.
직결 기어 기구(20)는 입력축(2A)과 상대 회전 가능하게 배치된 입력 기어(입력 기어)(21)를 구비하고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 이 입력 기어(21)가 부변속 기구(4)의 복수의 변속 기어의 하나[여기서는, 1속 기어단의 출력측 기어인 기어(45)]와 교합해서 구동 연결되어 있다.
또한, 상기 입력 기어(21)와 기어(45)는, 각각의 잇수를 동일하거나 또는 대략 동일하게 하여, 변속비가 1.0 또는 대략 1.0이 되도록 설정되어 있다.
이 직결 기어 기구(20)를 배리에이터(3)와 선택적으로 사용하기 위해, 3 포지션식의 교합 클러치 기구(5A)가 장비된다. 교합 클러치 기구(5A)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 교합 클러치 기구(5B)와 마찬가지로 구성되고, 입력축(2A)과 일체 회전하는 클러치 허브(51)와, 클러치 허브(51)에 설치된 외기어(51a)에 스플라인 결합하는 내기어(52a)를 갖는 슬리브(52)와, 슬리브(52)를 시프트 방향(축 방향)으로 이동시키는 시프트 포크(53)와, 시프트 포크(53)를 구동하는 전환용 전동 액추에이터(50A)를 구비하고 있다.
입력 기어(21)에는 슬리브(52)의 내기어(52a)와 교합할 수 있는 외기어(22)가 설치되고, 배리에이터(3)에 있어서의 프라이머리 풀리(30P)의 고정 풀리(31)의 회전축(33)에는 슬리브(52)의 내기어(52a)와 교합할 수 있는 외기어(38)가 설치되어 있다.
슬리브(52)는 뉴트럴 포지션(N)과, 배리에이터(3)를 경유하는 동력 전달 경로를 설정하는 CVT 포지션(C)과, 직결 기어 기구(20)를 경유하는 동력 전달 경로를 설정하는 직결 포지션(D)의 각 포지션을 갖고, 각 포지션 사이를, 시프트 포크(53)에 의해 슬라이드 구동된다.
전환용 전동 액추에이터(50A)에 의해 시프트 포크(53)를 구동하여, 슬리브(52)를 회전축(33)측으로 이동시키면, 슬리브(52)의 내기어(52a)가 회전축(33)의 외기어(38)와 교합하여, 입력축(2A)과 프라이머리 풀리(30P)의 고정 풀리(31)가 일체 회전하도록 되어, 배리에이터(3)를 경유하는 동력 전달 경로가 설정된다.
전환용 전동 액추에이터(50A)에 의해 시프트 포크(53)를 구동하여, 슬리브(52)를 입력 기어(21)측으로 이동시키면, 슬리브(52)의 내기어(52a)가 입력 기어(21)의 외기어(22)와 교합하여, 입력축(2A)과 입력 기어(21)가 일체 회전하도록 되어, 직결 기어 기구(20)를 경유하는 동력 전달 경로가 설정된다.
여기서도, 슬리브(52)의 내기어(52a)를 회전축(33)의 외기어(38)나 입력 기어(21)의 외기어(22)와 원활하게 교합시키기 위해 주 전동 모터(1)를 사용해서 회전 동기 제어를 행할 수 있고, 이에 의해, 교합 개소에 싱크로 기구는 불필요하게 된다.
또한, 본 실시예에서는, 상기한 바와 같이 회전 동기 제어를 실행하기 위해 교합 클러치 기구(5A, 5B) 모두 싱크로 기구를 장비하지 않는 구성으로 했지만, 싱크로 기구를 장비하면 동기가 보다 촉진되는 효과가 얻어지고, 또한 상기 회전 동기 제어를 실행하지 않는 경우는 싱크로 기구의 장비가 필수이다.
감속 기구(6)는 부변속 기구(4)의 회전축(46)에 일체 회전하도록 고정 설치된 기어(61)와, 회전축(46)과 평행한 회전축(65)에 일체 회전하도록 고정 설치되어 기어(61)와 교합하는 기어(62)와, 회전축(65)에 일체 회전하도록 고정 설치된 기어(63)와, 차동 기구(7)의 입력 기어이며 기어(63)와 교합하는 기어(64)로 구성된다. 기어(61)와 기어(62) 사이에서 그 기어비에 따라서 감속되고, 또한, 기어(63)와 기어(64) 사이에서 그 기어비에 따라서 감속된다.
〔변속 기구〕
도 1에 도시하는 바와 같이, 프라이머리 풀리(30P)에 장비되는 변속 기구(8)는 전동 액추에이터(80A)와 기계식 반력 기구(80B)로 구성된다. 본 실시 형태의 경우, 기계식 반력 기구(80B)에는 토크 캠 기구를 채용하고 있다.
기계식 반력 기구(80B)에 채용된 토크 캠 기구는, 프라이머리 풀리(30P)의 가동 풀리(32)의 배면부에 배치되고, 회전축(33) 상에 동축에 배치된 한 쌍의 캠 부재(83, 84)를 갖고 있다. 각 캠 부재(83, 84)에는, 각각, 회전축(33)과 직교하는 방향에 대해 경사지는 나선 형상의 캠면(83a, 84a)이 형성되어 있고, 한 쌍의 캠 부재(83, 84)는, 각각의 캠면(83a, 84a)을 접촉시켜 배치되어 있다.
캠 부재(83)도 캠 부재(84)도 회전축(33)과 상대 회전 가능하고, 프라이머리 풀리(30P)의 고정 풀리(31) 및 가동 풀리(32)는 독립적으로 회전축(33)과 동축에 배치된다. 즉, 프라이머리 풀리(30P)가 회전해도 캠 부재(83, 84)는 회전하지 않는다. 단, 캠 부재(84)는 회전 방향으로도 축 방향으로도 고정되어 있는 고정 캠 부재인 데 반해, 캠 부재(83)는 캠 부재(84)에 대해 상대 회전 가능하게 또한 축 방향으로도 이동 가능한 가동 캠 부재이다. 또한, 가동 캠 부재(83)에는 캠면(83a)과 반대측에 가동 풀리(32)의 배면(32a)과 스러스트 베어링 등을 통하여 미끄럼 접촉하는 미끄럼 접촉면(83b)이 설치되어 있다.
전동 액추에이터(80A)는 가동 캠 부재(83)를 회전 구동하여, 가동 캠 부재(83)의 캠면(83a)을 고정 캠 부재(84)의 캠면(84a)에 대해 회전시킴으로써, 캠면(83a), 캠면(84a)의 경사를 따라서 가동 캠 부재(83)를 회전축(33)의 축 방향으로 이동시켜, 가동 풀리(32)를 회전축(33)의 축 방향으로 이동시키고, 프라이머리 풀리(30P)의 V홈의 홈 폭을 조정한다.
또한, 전동 액추에이터(80A)는 웜(나사 기어)(82a)과 이 웜(82a)과 교합하는 웜 휠(헬리컬 기어)(82b)로 이루어지는 웜 기어 기구(82)와, 웜(82a)을 회전 구동하는 전동 모터(변속용 모터)(81)로 구성되고, 웜 휠(82b)은 회전축(33)과 동축 상에 배치되고, 가동 캠 부재(83)와 일체 회전하고 또한 축 방향에는 가동 캠 부재(83)의 이동을 허용하도록 가동 캠 부재(83)의 외주에 세레이션 결합되어 있다. 이에 의해, 전동 모터(81)를 작동시켜 웜(82a)을 회전 구동하면, 웜 휠(82b)이 회전하고 가동 캠 부재(83)를 회동시켜, 프라이머리 풀리(30P)의 V홈의 홈 폭을 조정한다.
이 변속 기구(8)에 의한 프라이머리 풀리(30P)의 V홈의 홈 폭 조정은, 추력 발생 기구(9)에 의해 발생하는 세컨더리 풀리(30S)의 추력을 받으면서 실시된다. 프라이머리 풀리(30P)의 V홈의 홈 폭을 좁힐 때에는, 벨트를 통하여 접속된 세컨더리 풀리(30S)의 V홈의 홈 폭을 넓히게 되고, 추력 발생 기구(9)에 의한 추력에 대항하게 된다. 프라이머리 풀리(30P)의 V홈의 홈 폭을 넓힐 때에는, 세컨더리 풀리(30S)의 V홈의 홈 폭을 좁히게 되고, 추력 발생 기구(9)에 의한 추력을 이용하게 된다.
예를 들어, 프라이머리 풀리(30P)의 V홈의 홈 폭을 좁힐 때에는, 전동 모터(81)를 작동시켜 가동 캠 부재(83)를 고정 캠 부재(84)로부터 이격시킨다. 이에 따라서, 프라이머리 풀리(30P)에 대한 벨트(37)의 권취 반경은 확대해도 되고, 벨트(37)의 장력이 증가한다. 이 벨트(37)의 장력 증가는 세컨더리 풀리(30S)에 대한 벨트(37)의 권취 반경을 축소시켜 가도록 작용한다. 세컨더리 풀리(30S)에 대한 벨트(37)의 권취 반경의 축소에는, 세컨더리 풀리(30S)의 V홈의 홈 폭을 확대시키는 것이 필요하고, 세컨더리 풀리(30S)의 추력 발생 기구(9)에서는, 이 홈 폭 확대에 대항하는 효력이 추력으로서 발생한다. 따라서, 전동 액추에이터(80A)는, 이 추력에 저항해서 가동 캠 부재(83)를 구동한다.
또한, 프라이머리 풀리(30P)의 V홈의 홈 폭을 넓힐 때에는, 전동 모터(81)를 작동시켜 가동 캠 부재(83)를 고정 캠 부재(84)에 접근시킨다. 이때, 프라이머리 풀리(30P)에 대한 벨트(37)의 권취 반경은 축소해 가고, 벨트(37)의 장력이 감소한다. 벨트(37)의 장력 감소는, 세컨더리 풀리(30S)와 벨트(37)와의 미끄럼을 발생시키게 되고, 세컨더리 풀리(30S)의 가동 풀리(35)는 벨트(37)에 추종하지만, 고정 풀리(34)는 벨트(37)에 대해 미끄럼을 발생시킨다. 이 미끄럼에 따라서, 고정 풀리(34)와 가동 풀리(35)에 비틀림이 생긴다. 이 고정 풀리(34)와 가동 풀리(35)에 비틀림에 따라서 세컨더리 풀리(30S)의 추력이 증강되게 된다.
〔제어 장치〕
도 1에 도시하는 바와 같이, 이 차량에는, 전기 자동차를 전체적으로 제어하는 EVECU(110) 및 자동 변속기(부변속 기구를 구비한 CVT)(2)의 주요부를 제어하는 CVTECU(100)를 구비하고 있다. 각 ECU는, 각각 메모리(ROM, RAM) 및 CPU 등으로 구성되는 컴퓨터이다. CVTECU(100)는 변속 기구(8)의 전동 액추에이터(80A)를 구성하는 전동 모터(81), 전환용 전동 액추에이터(50A, 50B)의 작동 등을 EVECU(110)로부터의 지령 또는 정보나 다른 센서류로부터의 정보에 기초하여 제어한다.
〔작용 및 효과〕
본 실시 형태는, 상술한 바와 같이 구성되므로, 이하와 같은 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
자동 변속기(2)는 배리에이터(벨트식 무단 변속 기구)(3)에, 부변속 기구(상시 교합형 평행축식 기어 변속 기구)(4) 및 직결 기어 기구(20)를 갖고 구성되어 있으므로, CVTECU(100)는, 예를 들어 도 4에 도시하는 바와 같은 변속 맵을 사용하고, 도 3에 도시하는 바와 같은 크게 구별하여 3개의 동력 전달 모드를 선택해서 사용할 수 있다.
통상의 차량 발진 시에는, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 배리에이터(3)를 사용하고 부변속 기구(4)를 1속(로우)으로 한 CVT 로우 모드를 선택한다. 발진 후, 차속이 올라가면, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 배리에이터(3)를 사용하고 부변속 기구(4)를 2속(하이)으로 한 CVT 하이 모드를 선택한다. 통상, 이 CVT 하이 모드에서 많은 주행 형태에 대응할 수 있다.
이와 같이, 부변속 기구(4)를 사용함으로써, 도 4에 도시하는 바와 같이, 부변속 기구(4)를 1속(로우)으로 한 CVT로우 모드에서 배리에이터(3)를 최로우로 한 상태(1st Low)로부터, 부변속 기구(4)를 2속(하이)으로 한 CVT 하이 모드에서 배리에이터(3)를 최 하이로 한 상태(2nd High)까지의 넓은 변속비 범위에서 주행할 수 있고, 자동 변속기(2)의 변속비 폭을 확대할 수 있으면, 구동원의 전동 모터(1)의 부담을 감소시킬 수 있어, 전동 모터(1)의 소형화에 의한 파워 트레인 전체의 콤팩트화나, 전동 모터(1)의 효율이 좋은 영역을 사용할 수 있으므로, 파워 트레인 효율을 향상시킬 수 있어, 전기 자동차의 항속 거리를 증가시킬 수 있다.
또한, 차량이 고속 도로 등에서 고속 주행하고 있을 때에는, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 직결 기어 기구(20)를 사용한다. 이에 의해, 전달 효율이 높은 기어에 의한 동력 전달을 실현할 수 있고, 이 점으로부터도 전비를 향상시킬 수 있어, 전기 자동차의 항속 거리를 증대할 수 있다.
또한, 3개의 동력 전달 모드의 전환은, 전동 모터(1)를 이용해서 회전 동기시키면서 행할 수 있으므로, 싱크로 기구 등을 절약할 수 있고 또는 그 싱크로 기구의 토크 용량을 적게 하는 것이 가능하게 되어, 장치 비용을 저감할 수 있다.
〔기타〕
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기 실시 형태를 적절히 변경하거나 부분적으로 채용하거나 하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 교합 클러치 기구(5A, 5B)에, 3 포지션식의 것이 채용되어 있고 장치 구성을 간소화하고 있지만, 이들 중 어느 하나 또는 양쪽에, 2 포지션식의 교합 클러치 기구를 2개 조합하여 사용할 수도 있다.
또한, 기계식 반력 기구로서는, 실시 형태에 나타낸 단부면 캠 기구에 한정되지 않지만, 단부면 캠 기구의 경우, 토크 용량이 큰 기구를 콤팩트하게 구성할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 교합 클러치 기구(5A, 5B)의 교합 개소에 싱크로 기구를 장비하고 있지 않지만, 교합 개소에 싱크로 기구를 장비하면, 상기의 회전 동기 제어에 높은 정밀도가 요구되지 않게 되므로, 회전 동기가 완료되기 전에 클러치 기구(5A, 5B)를 교합 조작할 수 있어, 변속에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

Claims (3)

  1. 주 전동 모터만을 구동원으로 하여 주행하는 전기 자동차에 장비되고,
    입력부가 상기 주 전동 모터에 연결된 입력축과 상대 회전 가능하게 배치되고, 전동 액추에이터와 기계식 반력 기구에 의해 풀리의 권취 반경과 협압력(clamping force)이 조정되는 벨트식 무단 변속 기구와,
    상기 벨트식 무단 변속 기구의 출력부에 연결되고, 적어도 전진 1속(로우) 기어단 및 전진 2속(하이) 기어단을 포함한 선택적으로 전환 가능한 복수의 변속단을 갖는 상시 교합형 평행축식 기어 변속 기구와,
    상기 입력축에 상대 회전 가능하게 배치되고, 상기 상시 교합형 평행축식 기어 변속 기구의 출력측 축에 고정 설치된 복수의 변속 기어 중 하나에 구동 연결된 입력 기어와,
    상기 입력축에 배치되고, 상기 벨트식 무단 변속 기구의 입력부와 상기 입력 기어 중 어느 한쪽을 상기 주 전동 모터에 선택적으로 연결하는 교합 클러치 기구
    를 구비한, 전기 자동차용 자동 변속기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기계식 반력 기구에는, 토크 캠 기구가 사용되고,
    상기 전동 액추에이터는 웜 및 웜 휠로 이루어지는 웜 기어와, 상기 웜을 회전 구동하는 전동 모터로 구성되고,
    상기 토크 캠 기구는, 상기 풀리의 협압력을 조정하고,
    상기 전동 액추에이터는, 상기 풀리의 권취 반경을 조정하는, 전기 자동차용 자동 변속기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입력 기어는, 그 입력 기어가 교합하는 상기 상시 교합형 평행축식 변속 기구의 기어 잇수와 대략 동일하게 설정되어 있는, 전기 자동차용 자동 변속기.
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