JP2018179012A - 電動車両用変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シンクロ機構付きの電動車両用変速装置において、変速段の切り換え時におけるトルクインタラプションによる伝達トルクの落ち込みを抑えるとともに、トルクインタラプションの期間を短くする。【解決手段】この変速装置１０は、電動機ＥＭにより駆動される電動車両に用いられる。変速装置１０は、電動機ＥＭから動力が入力される入力軸１と、入力軸１と平行に配置された出力軸２と、主変速ユニット３と、変速アシストユニット４と、を備えている。主変速ユニット３は、低速側変速段３Ｌ及び高速側変速段３Ｈと、これらの変速段３Ｌ，３Ｈの間で切り換えを行うためのシンクロ機構８と、を有し、入力軸１に入力された回転速度を変速して出力軸２に伝達する。変速アシストユニット４は、高速側変速段３Ｈよりも小さい変速比を有し、主変速ユニット３の変速段の切り換え時に入力軸１から出力軸２に動力を伝達する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機により駆動される電動車両に用いられる変速装置に関する。

電動機を動力源とする電動車両においては、一般的に、電動機の回転を減速して出力側に伝達する減速機が設けられている。

ここで、電動のＳＵＶ、すなわちＳＵＥＶ（Ｓｕｐｏｒｔｓ Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）や、軽貨物用電動車両では、低速かつ大トルクで走行（作業）する必要性がある。このような場合には、単なる減速装置を設けただけでは要望に応えることができない。そこで、電動車両においても変速装置が求められている。

特許文献１の図２には、走行用の駆動力源として電動機を備えた車両用駆動装置において、変速機を設けることが示されている。この特許文献１の変速機は、電動機の出力回転部材の一端部との一端部と前輪との間に配置されている。変速機は、変速入力軸及び変速出力軸を備え、変速入力軸と変速出力軸との間において変速比を変更することができる。具体的には、変速機は、２段変速の自動変速機であり、低車速側の第１変速段と高車速側の第２変速段とで切り換えることができる。

再公表特許 ＷＯ２０１３／０４２２１１公開公報

電動車両用の変速装置において、構成を簡単にするために、シンクロ機構を有するドグクラッチを用いて変速段の切り換えを行うことが考えられる。しかし、ドグクラッチを用いた変速装置では、変速段の切り換え時に、トルクインタラプション（トルク伝達が中断されること：いわゆる「トルクの抜け」）が生じる。

ＳＵＥＶや軽貨物用電動車両において、例えば牽引等の負荷がかかった状態でトルクインタラプションが生じると、車両が停止してしまい、再発進ができなくなってしまう場合や、大きなヘジテーション（再発進時の遅れ）による走行性の悪化が発生する場合がある。

本発明の課題は、特にシンクロ機構付きの電動車両用変速装置において、変速段の切り換え時のトルクインタラプションを抑えるとともに、トルクインタラプションの期間を可及的に短くすることにある。

（１）本発明に係る変速装置は、電動機により駆動される電動車両に用いられる。この変速装置は、電動機から動力が入力される第１軸と、第１軸と平行に配置された第２軸と、主変速ユニットと、変速アシストユニットと、を備えている。主変速ユニットは、複数の変速段と、複数の変速段の間で切り換えを行うための少なくとも１つのシンクロ機構と、を有し、第１軸に入力された回転速度を変速して第２軸に伝達する。変速アシストユニットは、主変速ユニットの変速段の切り換え時に第１軸から第２軸に動力を伝達する。

電動機から第１軸に動力が入力されると、主変速ユニットのいずれかの変速段を介して第２軸に伝達される。このとき変速段によって回転速度が変速される。変速段が切り換えられる際には、変速アシストユニットによって動力が第１軸から第２軸に伝達される。

ここでは、主変速ユニットでの変速段の切り換え時には、変速アシストユニットを介して動力が伝達されるので、変速段の切り換え時におけるトルクインタラプションによる伝達トルクの低下及びトルクインタラプションの期間を短くすることができる。

（２）好ましくは、変速アシストユニットは、主変速ユニットの変速段の切り換え時に主変速ユニットに代わって第１軸から第２軸に動力を伝達する。

ここで、変速アシストユニットによって動力を伝達する場合、主変速ユニット側の変速段においても動力の伝達を行っていると、動力伝達している変速段からシンクロ機構が解除されにくい。具体的には、シンクロ機構を構成するシンクロナイザリングが、動力伝達しているギアのドグクラッチ部から離れにくくなる。

そこで、主変速ユニットの変速段の切り換え時には、主変速ユニット側では動力伝達を行わずに、変速アシストユニットでのみ動力を伝達するようにしてシンクロ機構部分を同期させている。このため、シンクロ機構がスムーズに作動し、スムーズな変速を行うことができる。

（３）好ましくは、変速アシストユニットは、主変速ユニットの複数の変速段のうちの最も変速比の小さい最高変速段より小さい変速比を有する。

このような構成にすることにより、変速段の切り換え時に変速アシストユニットを作動させると、動力は必ず変速アシストユニットを介して伝達されることになる。したがって、前記同様に、スムーズな変速が可能になる。

（４）好ましくは、変速アシストユニットは、アシスト用の第１ギア及び第２ギアと、クラッチ入力部材と、クラッチ部と、を有する。アシスト用第１ギアは第１軸に回転自在に支持されている。アシスト用入力部材は第１軸に回転不能に支持されている。クラッチ部は、アシスト用第１ギアとアシスト用入力部材との間で動力の伝達、遮断を行う。アシスト用第２ギアは、第２軸に回転不能に支持され、アシスト用第１ギアに噛み合う。

この装置では、クラッチ部が動力伝達状態になると、動力は、第１軸→アシスト用入力部材→アシスト用第１ギア→アシスト用第２ギア→第２軸の経路で伝達される。

ここでは、変速アシストユニットを構成するクラッチ部が第１軸に配置されているので、クラッチ部を出力側の第２軸に配置する場合に比較して、クラッチ容量を小さくすることができ、変速アシストユニットをコンパクトにすることができる。

（５）好ましくは、クラッチ部は、複数のクラッチプレートと、複数のクラッチプレートを互いに圧接するためのピストンと、を有する。

（６）好ましくは、主変速ユニットは、低速用第１ギア及び第２ギアと、高速用第１ギア及び第２ギアと、を有する。低速用第１ギアは第１軸に回転自在に支持されている。低速用第２ギアは、第２軸に回転不能に支持され、低速用第１ギアに噛み合う。高速用第１ギアは第１軸に回転自在に支持されている。高速用第２ギアは、第２軸に回転不能に支持され、高速用第１ギアに噛み合う。そして、シンクロ機構は、第１軸において低速用第１ギア及び高速用第１ギアのいずれかを第１軸に選択的に連結する。また、変速アシストユニットは、高速用第１ギアと第２高速ギアの変速比よりも小さい変速比を有する。

ここでは、主変速ユニットは２段の変速段を有している。低速側の変速段では、第１軸に入力された動力は、第１軸→シンクロ機構→低速用第１ギア→低速用第２ギア→第２軸の経路で伝達される。また、高速側の変速段では、第１軸に入力された動力は、第１軸→シンクロ機構→高速用第１ギア→高速用第２ギア→第２軸の経路で伝達される。

そして、変速アシストユニットは、高速段の変速比よりも小さい変速比を有しているので、変速段の切り換え時に変速アシストユニットを作動させ、例えば変速アシストユニットに設けられているクラッチ部の締結力を増大していくと、動力は変速アシストユニットに依存する方向で伝達され、徐々に変速アシストユニットへの依存度が増大する。そして、変速アシストユニット側の伝達トルクの増大とともに、シンクロ機構による伝達トルクが低下してほぼ「０」となるため、前記同様に、スムーズな変速が可能になる。

（７）好ましくは、変速アシストユニットは、主変速ユニットの変速段の切り換え開始前に第１軸から第２軸に動力を伝達する。

これにより、トルクインタラプションによる伝達トルクの落ち込み及びトルクインタラプションの期間をより短くすることができる。

以上のような本発明では、シンクロ機構付きの電動車両用変速装置において、変速段の切り換え時におけるトルクインタラプション自体を低減できると同時にトルクインタラプションの期間を可及的に短くすることができる。また、トルクインタラプションの期間を短くするために変速アシストユニットを設けた場合に、変速段の切り換えがスムーズに行えなくなるという不具合を防止できる。

本発明の一実施形態によるトランスミッションの構成を示す模式図。 低速側変速段の動力伝達経路を示す図。 高速側変速段の動力伝達経路を示す図。 変速切り換え時のフローチャート。 変速切り換え時の動力伝達経路を示す図。

［全体構成］
図１に、本発明の一実施形態による電動車両用のトランスミッション１０の概略構成を示している。このトランスミッション１０は、２段の変速段を有し、電動機ＥＭの回転速度を変速して車軸に出力するものである。

トランスミッション１０は、入力軸（第１軸）１と、出力軸（第２軸）２と、主変速ユニット３と、変速アシストユニット４と、を有している。また、トランスミッション１０は、ファイナルギアＧＦと、ディファレンシャルギア５と、を有している。

［入力軸１］
入力軸１は、図示しないトランスミッションケースに回転自在に支持されている。入力軸１は電動機ＥＭの出力軸に連結され、電動機ＥＭの動力が入力軸１に直接入力される。

［出力軸２］
出力軸２は、入力軸１と平行に配置され、図示しないトランスミッションケースに回転自在に支持されている。

［主変速ユニット３］
主変速ユニット３は、前述のように２段の変速が可能であり、低速側変速段３Ｌと、高速側変速段３Ｈと、シンクロ機構８と、を有している。低速側変速段３Ｌは電動機ＥＭ側に配置され、高速側変速段３Ｈは電動機ＥＭから離れた側に配置されている。また、シンクロ機構８は、入力軸１において低速側変速段３Ｌと高速側変速段３Ｈとの軸方向間に配置されている。

低速側変速段３Ｌは、低速用の入力側ギア（低速用第１ギア）ＧＬｉ及び出力側ギア（低速用第２ギア）ＧＬｏを有している。低速用入力ギアＧＬｉは入力軸１に回転自在に支持されている。低速用出力ギアＧＬｏは、出力軸２に回転不能に支持され、低速用入力ギアＧＬｉに常時噛み合っている。

高速側変速段３Ｈは、高速用の入力ギア（高速用第１ギア）ＧＨｉ及び出力ギア（高速用第２ギア）ＧＨｏを有している。高速用入力ギアＧＨｉは、入力軸１に回転自在に支持されている。高速用入力ギアＧＨｉは、低速用入力ギアＧＬｉを挟んで電動機ＥＭとは逆側に、低速用入力ギアＧＬｉと対向して配置されている。高速用出力ギアＧＨｏは、出力軸２に回転不能に支持され、高速用入力ギアＧＨｉに常時噛み合っている。

シンクロ機構８は、前述のように入力軸１に配置されている。シンクロ機構８は、シンクロナイザリングやスリーブ等からなる周知の構造と同様であり、ここでは詳細の説明を省略する。シンクロ機構８は、低速用入力ギアＧＬｉと高速用入力ギアＧＨｉとの軸方向間に配置され、低速用入力ギアＧＬｉ及び高速用入力ギアＧＨｉのいずれかを選択的に入力軸１に連結し、またその連結を解除する。

［変速アシストユニット４］
変速アシストユニット４は、高速側変速段３Ｈを挟んで低速側変速段３Ｌとは逆側に配置されている。変速アシストユニット４は、主変速ユニット３の変速段の切り換え時に、動力を入力軸１から出力軸２に伝達するものである。すなわち、変速アシストユニット４は、主変速ユニット３の変速段の切り換え時に、主変速ユニット３に代わって入力軸１から出力軸２に動力を伝達するものである。

具体的には、変速アシストユニット４は、アシスト用入力ギア（アシスト用第１ギア）ＧＡｉと、クラッチハウジング（アシスト用入力部材）１２と、クラッチ部１３と、アシスト用出力ギア（アシスト用第２ギア）ＧＡｏと、を有する。

アシスト用入力ギアＧＡｉは、入力軸１において、高速用入力ギアＧＨｉを挟んで低速用入力ギアＧＬｉの逆側に配置され、入力軸１に対して回転自在に支持されている。

クラッチハウジング１２は、アシスト用入力ギアＧＡｉを挟んで高速用入力ギアＧＨｉの逆側に配置されている。クラッチハウジング１２は、一端側（アシスト用入力ギアＧＡｉ側）が開く筒状に形成されている。クラッチハウジング１２の他端側の内周部は、入力軸１に固定されている。すなわち、クラッチハウジング１２は入力軸１に対して回転不能である。

クラッチ部１３は、クラッチハウジング１２の内部に収容されている。クラッチ部１３は、クラッチハウジング１２とアシスト用入力ギアＧＡｉとの間で動力の伝達、遮断を行う。クラッチ部１３は、複数のクラッチプレート１５と、複数のクラッチプレート１５を互いに圧接するためのピストン１６と、有する。複数のクラッチプレート１５は、クラッチハウジング１２に回転不能に係合する第１クラッチプレートと、アシスト用入力ギアＧＡｉに回転不能に係合する第２クラッチプレートと、を有する。ピストン１６は油圧によって軸方向に移動可能である。

アシスト用出力ギアＧＡｏは、出力軸２に回転不能に支持され、アシスト用入力ギアＧＡｉに常時噛み合っている。

［ファイナルギアＧＦ及びディファレンシャルギア５］
ファイナルギアＧＦは、ディファレンシャルギア５の入力軸１８に回転不能に支持され、アシスト用出力ギアＧＡｏに常時噛み合っている。

［変速比］
主変速ユニット３においては、高速側変速段３Ｈの変速比Ｒｈ（高速用出力ギアＧＨｏの歯数／高速用入力ギアＧＨｉの歯数）は、低速側変速段３Ｌの変速比Ｒｌ（低速用出力ギアＧＬｏの歯数／低速用入力ギアＧＬｉの歯数）より小さい。また、変速アシストユニット４の変速比Ｒａ（アシスト用出力ギアＧＡｏの歯数／アシスト用入力ギアＧＡｉの歯数）は、高速側変速段３Ｈの変速比Ｒｈよりもさらに小さく設定されている。例えば、高速側変速段３Ｈの変速比Ｒｈに対する変速アシストユニット４の変速比Ｒａの比（Ｒａ／Ｒｈ）は、１．２＞（Ｒａ／Ｒｈ）＞１．０の範囲に設定するのが好ましい。

［各変速段における動作］
＜低速側変速段３Ｌ＞
低速側の変速段３Ｌによって走行する場合は、シンクロ機構８の作動によって低速用入力ギアＧＬｉが入力軸１に連結される。なお、この場合は、変速アシストユニット４のクラッチ部１３はオフ（動力伝達が解除された状態）である。

低速側変速段３Ｌが選択された場合は、図２に示すように、電動機ＥＭからの動力は、入力軸１→シンクロ機構８→低速用入力ギアＧＬｉ→低速用出力ギアＧＬｏ→出力軸２→アシスト用出力ギアＧＡｏ→ファイナルギアＧＦ→ディファレンシャルギア５の経路で車軸に伝達される。

＜高速側変速段３Ｈ＞
高速側の変速段によって走行する場合は、シンクロ機構８の作動によって高速用入力ギアＧＨｉが入力軸１に連結される。なお、この場合は、変速アシストユニット４のクラッチ部１３はオフ（動力伝達が解除された状態）である。

高速側変速段３Ｈが選択された場合は、図３に示すように、電動機ＥＭからの動力は、入力軸１→シンクロ機構８→高速用入力ギアＧＨｉ→高速用出力ギアＧＨｏ→出力軸２→アシスト用出力ギアＧＡｏ→ファイナルギアＧＦ→ディファレンシャルギア５の経路で車軸に伝達される。

［変速時］
低速側変速段３Ｌと高速側変速段３Ｈとの間で切り換えを行う場合は、図４のフローチャートに示すように、まず、ステップＳ１において、変速アシストユニット４のクラッチ部１３をオン（動力伝達状態）にする。

ここで、変速アシストユニット４の変速比は、低速側変速段３Ｌ及び高速側変速段３Ｈの変速比よりも小さく設定されているので、電動機ＥＭからの動力は変速アシストユニット４を介して出力側に伝達される。すなわち、変速アシストユニット４の変速比が低速側変速段３Ｌ及び高速側変速段３Ｈの変速比よりも小さく設定されているので、低速側変速段３Ｌ及び高速側変速段３Ｈのいずれかによって動力が伝達されている状態であっても、変速アシストユニット４のクラッチ部１３がオンになると、出力軸２はそれまでより高い回転数で回転することになる。このため、電動機ＥＭからの動力は変速アシストユニット４のみによって出力側に伝達されることになる。

以上の動作をステップＳ２及びステップＳ３により説明する。

ステップＳ２では、シンクロ機構８を作動させ、それまで入力軸１に連結されていた低速用入力ギアＧＬｉ（又は高速用入力ギアＧＨｉ）を、逆側の高速用入力ギアＧＨｉ（又は低速用入力ギアＧＬｉ）に切り換える。すなわち、ステップＳ２においてシンクロ機構８のスリーブに抜き力を加える。そして、ステップＳ３ではシンクロ機構８が解除されたか否か（入力軸１に対する低速用入力ギアＧＬｉの連結が解除されたか否か）を検出する。

このとき、クラッチ部１３をオンし、クラッチ部１３の締結力が増大すると、動力は変速アシストユニット４に依存する方向で伝達され、徐々に変速アシストユニット４への依存度が増大する。そして、変速アシストユニット４側の伝達トルクの増大とともに、シンクロ機構８による伝達トルクが低下してほぼ「０」となる。このため、シンクロ機構８においてハブとスリーブとが噛み合っている状態から、これらの噛み合いを開放することができる。

ステップＳ３においてシンクロ機構８が解除されたと判断された場合は、ステップＳ３からステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、クラッチ部１３の伝達トルクと電動機ＥＭの出力トルクとを制御し、シンクロ機構８の入出力回転数を同期させる。すなわち、入力軸１の回転数と高速用入力ギアＧＨｉ（又は低速用入力ギアＧＬｉ）の回転数とがほぼ同期するように、クラッチ部１３の伝達トルクと電動機ＥＭの出力トルクとを制御する。

なお、以上の変速切り換え時において、変速アシストユニット４のクラッチ部１３がオンの状態では、図５に示すように、電動機ＥＭからの動力は、入力軸１→クラッチハウジング１２→クラッチ部１３→アシスト用入力ギアＧＡｉ→アシスト用出力ギアＧＡｏ→ファイナルギアＧＦ→ディファレンシャルギア５の経路で車軸に伝達される。

そして、シンクロ機構８の入出力回転数が同期するまでステップＳ４を実行する。シンクロ機構８の入出力回転数が同期した場合は、ステップＳ５からステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、シンクロ機構８を作動させ、入力軸１に対して高速用入力ギアＧＨｉ（又は低速用入力ギアＧＬｉ）を連結させる。

ステップＳ７において、シンクロ機構８による締結、すなわち入力軸１に対する高速用入力ギアＧＨｉ（又は低速用入力ギアＧＬｉ）の連結が終了したと判断した場合は、ステップＳ７からステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、変速アシストユニット４のクラッチ部１３をオフにする。これにより、電動機ＥＭからの動力は、高速側変速段３Ｈ（又は低速側変速段３Ｌ）を介して出力側に伝達される。

以上のような変速段の切り換え時には、変速アシストユニット４によって電動機ＥＭからの動力が出力側に伝達されているので、トルクの抜けは生じない。また、シンクロ機構８の切り換え作動時において、シンクロ機構８にはトルクが作用していないので、シンクロ機構８をスムーズに作動させることができる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

（ａ）前記実施形態では、２段の変速段を有する変速装置に本発明を適用したが、３段以上の変速段を有する変速装置にも本発明を同様に適用することができる。

（ｂ）変速アシストユニット４の構成を一例であって、種々の変更が可能である。

（ｃ）前記実施形態では、２軸を有する変速装置に本発明を適用したが、３軸（例えば、出力軸とファイナルギアとの間にカウンタ軸を設け、このカウンタ軸にギアセットを設ける等）を有する変速装置にも本発明を同様に適用することができる。

（ｄ）各ギアの配置については前記実施形態に限定されない。

１ 入力軸
２ 出力軸
３ 主変速ユニット
４ 変速アシストユニット
８ シンクロ機構
１０ 変速装置
１２ クラッチハウジング（アシスト用入力部材）
１３ クラッチ部
１５ クラッチプレート
１６ ピストン
ＧＬｉ 低速用入力ギア（低速用第１ギア）
ＧＬｏ 低速用出力ギア（低速用第２ギア）
ＧＨｉ 高速用入力ギア（高速用第１ギア）
ＧＨｏ 高速用出力ギア（高速用第２ギア）
ＧＡｉ アシスト用入力ギア（アシスト用第１ギア）
ＧＡｏ アシスト用出力ギア（アシスト用第２ギア）

Claims (7)

1. 電動機により駆動される電動車両に用いられる変速装置であって、
   前記電動機から動力が入力される第１軸と、
   前記第１軸と平行に配置された第２軸と、
   複数の変速段と、前記複数の変速段の間で切り換えを行うための少なくとも１つのシンクロ機構と、を有し、前記第１軸に入力された回転速度を変速して前記第２軸に伝達する主変速ユニットと、
   前記主変速ユニットの変速段の切り換え時に前記第１軸から前記第２軸に動力を伝達する変速アシストユニットと、
   を備えた電動車両用変速装置。
2. 前記変速アシストユニットは、前記主変速ユニットの変速段の切り換え時に前記主変速ユニットに代わって前記第１軸から前記第２軸に動力を伝達する、請求項１に記載の電動車両用変速装置。
3. 前記変速アシストユニットは、前記主変速ユニットの複数の変速段のうちの最も変速比の小さい最高変速段より小さい変速比を有する、請求項２に記載の電動車両用変速装置。
4. 前記変速アシストユニットは、
   前記第１軸に回転自在に支持されたアシスト用第１ギアと、
   前記第１軸に回転不能に支持されたアシスト用入力部材と、
   前記アシスト用第１ギアと前記アシスト用入力部材との間で動力の伝達、遮断を行うクラッチ部と、
   前記第２軸に回転不能に支持され、前記アシスト用第１ギアに噛み合うアシスト用第２ギアと、
   を有する、
   請求項３に記載の電動車両用変速装置。
5. 前記クラッチ部は、
   複数のクラッチプレートと、
   前記複数のクラッチプレートを互いに圧接するためのピストンと、
   を有する、
   請求項４に記載の電動車両用変速装置。
6. 前記主変速ユニットは、
   前記第１軸に回転自在に支持された低速用第１ギアと、
   前記第２軸に回転不能に支持され、前記低速用第１ギアに噛み合う低速用第２ギアと、
   前記第１軸に回転自在に支持された高速用第１ギアと、
   前記第２軸に回転不能に支持され、前記高速用第１ギアに噛み合う高速用第２ギアと、
   を有し、
   前記シンクロ機構は、前記第１軸において前記低速用第１ギア前記高速用第１ギアとの間に配置され、前記低速用第１ギア及び前記高速用第１ギアのいずれかを前記第１軸に選択的に連結し、
   前記変速アシストユニットは、前記高速用第１ギアと前記第２高速ギアの変速比よりも小さい変速比を有する、
   請求項１から５のいずれかに記載の電動車両用変速装置。
7. 前記変速アシストユニットは、前記主変速ユニットの変速段の切り換え開始前に前記第１軸から前記第２軸に動力を伝達する、請求項１から６のいずれかに記載の電動車両用変速装置。

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