CN113412379A - 电驱动车用二级变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括犬齿离合器和摩擦离合器的电动汽车用二级变速器，其目的在于防止变速时的转矩丢失。电动汽车用二级变速器包括：行星齿轮机构(12)；犬齿离合器(28)；摩擦离合器(30)；用于切换犬齿离合器(28)和摩擦离合器(30)的电枢(26)；以及用于驱动电枢(26)的电磁线圈(31)。犬齿离合器(28)和摩擦离合器(30)设定行星齿轮机构(12)的旋转元件的连接关系，从而在犬齿离合器紧固而摩擦离合器非紧固时为减速(第一速度)，在犬齿离合器非紧固而摩擦离合器紧固时为增速(第二速度)。为了防止切换时的转矩丢失，设有棘轮式单向离合器，棘轮式单向离合器和犬齿离合器配置成时旋转相位位置一致。从第二速度向第一速度切换时，犬齿离合器通过棘轮实现相位对准，因此不需要相位对准动作而立刻协作，防止了冲击。

Description

电驱动车用二级变速器
技术领域
本发明涉及一种电动汽车、混合动力车等的电驱动车用二级变速器。
背景技术
在将电动机作为动力的汽车(Electric Vehicle:EV)中，在切换或者共用发动机和动力的混合动力车中或者纯粹只利用电动机的驱动力行驶的车中，对于电动机的动力向车轴侧的传递，不在旋转轴上设置不同级的变速器，一般只设置将电动机的转速降低到与行驶相适合的适当的转速的减速器。这是因为如下情况，由于EV的重要卖点在于，在电动机中能够从非旋转区域产生驱动转矩，可使用的旋转区域较宽，而且结构简单，所以无需设置使结构复杂化的变速器。
然而，在EV中，利用变速器也是有好处的，即使是电动机，也难以在车速的整个区域中维持较高效，尤其是在车辆的高车速运转区域中，由于电动机的转速变大，所以效率会恶化，为此，作为改进，将二级变速器配置在电动机与减速器之间，在效率恶化的车辆的高车速运转区域中，通过使用二级变速器的低减速比侧，能够降低电动机的转速来进行车辆的高车速运转，从而可以扩展电动机的高效使用区域。作为这种二级变速器，专利文献1中提出了一种为了两级变速使用行星齿轮机构的二级变速器。行星齿轮机构包括由对多个小齿轮进行轴支承的轮架、恒星齿轮以及齿圈构成的三个旋转元件。在低速运转时，在犬齿离合器紧固时摩擦离合器处于非紧固状态，通过犬齿离合器紧固将齿圈固定于外壳，此时，输入轴的旋转从恒星齿轮经由轮架输出，变速比为大于1.0的值(减速)。在高车速运转时，在犬齿离合器未紧固时摩擦离合器处于紧固状态，齿圈从外壳释放，与恒星齿轮和轮架一体地旋转，此时的变速比为1.0(等速)。在高车速运转时，与低速运转时相比使齿轮比变小，从而能相对地降低高车速运转时的电动机的转速，因此能进一步在高车速运转时扩展电动机的高效运转区域，实现高车速运转。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2016-17632号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
根据专利文献的技术，在低车速运转时使犬齿离合器处于紧固状态，使摩擦离合器处于非紧固状态(第一速度)，在高车速运转时使犬齿离合器处于非紧固状态，使摩擦离合器处于紧固状态(第二速度)，在切换第一速度和第二速度时，无法使犬齿离合器和摩擦离合器同时处于紧固状态，因此无法避免在切换时在一瞬间产生犬齿离合器和摩擦离合器均处于非紧固状态的情况。在这种情况下，由于输出轴与电动机分开，因此转矩丢失，向驾驶员传递切换冲击。
此外，当从第二速度向第一速度切换(减速)时，由于在犬齿离合器的结构的基础上，在从非紧固到紧固的期间，通过与相对面的相对旋转来进行离合器对准，所以这也成为变速冲击的原因。
本发明是鉴于以上的技术问题作出的，其目的在于，在将摩擦离合器设为非紧固(第一速度)，在高车速运转时将犬齿离合器设为非紧固、摩擦离合器设为紧固(第二速度)的二级变速器中，减少变速冲击。
解决技术问题所采用的技术方案
根据本发明，
一种二级变速器，在使用电动机来驱动车轮的车辆中配置于电动机的输出轴上，包括：
行星齿轮机构，该行星齿轮机构包括由对多个小齿轮进行轴支承的轮架、与小齿轮啮合的齿数不同的多个齿轮构成的三个旋转元件，该行星齿轮机构能够得到第一变速模式和第二变速模式，在第一变速模式下，将从三个旋转元件中选出的第一旋转元件固定在外壳侧，利用在其他的第二旋转元件与第三旋转元件之间得到的不同于1的齿轮比来进行动力传递，在第二变速模式下，将其他的两个旋转元件中的一个旋转元件设为输入输出，或者，利用使其他的两个旋转元件中的一个旋转元件和第一旋转元件一体旋转从而得到的1.0的齿轮比来进行动力传递；
犬齿离合器，该犬齿离合器进行行星齿轮机构的旋转元件之间的连接，以在第一变速模式与第二变速模式之间得到相对较低的齿轮比侧的变速模式；
摩擦离合器，该摩擦离合器进行行星齿轮机构的旋转元件之间的连接，以在第一变速模式与第二变速模式之间得到相对较高的齿轮比侧的变速模式；以及
棘轮式的单向离合器，该棘轮式的单向离合器用于防止在切换第一变速模式和第二变速模式时的转矩丢失，
构成第一离合器的犬齿离合器的卡合部和棘轮式的单向离合器中的棘轮卡合部设置在相同的旋转相位位置。
作为优选的实施方式，利用犬齿离合器得到大于1.0的减速侧的齿轮比的第一变速模式作为相对较低的齿轮比侧的变速模式，另一方面，利用摩擦离合器得到齿轮比为1.0的第二变速模式作为相对较高的齿轮比侧的变速模式。
在上述优选的实施方式的一方式中，将从行星齿轮机构的三个旋转元件选出的第一旋转元件永久固定在外壳侧，作为低齿轮比侧的第一变速模式，能够通过犬齿离合器在其他的第二旋转元件与第三旋转元件之间得到大于1.0的减速侧的齿轮比，另一方面，作为高齿轮比侧的第二变速模式，能够通过摩擦离合器将行星齿轮机构的其他两个旋转元件中的一个旋转元件设为输入输出而得到1.0的齿轮比。此外，用于防止转矩丢失的单向离合器能够以在切换第一变速模式和第二变速模式时，将第二旋转元件或者第三旋转元件与输入轴侧锁定的方式动作。
作为上述优选的实施方式的另一方式，能够将行星齿轮机构的三个旋转元件中的第一旋转元件选择性地固定在外壳侧，作为低齿轮比侧的第一变速模式，利用犬齿离合器，将第一旋转元件固定在外壳侧，其他的第二旋转元件与第三旋转元件之间获得大于1.0的减速侧的齿轮比，另一方面，作为高齿轮比侧的第二变速模式，利用摩擦离合器，将第一旋转元件向外壳侧的固定解除，使其他的两个旋转元件中的任意一个旋转元件与第一旋转元件一体旋转(其结果是，三个旋转元件一体旋转)，从而得到1.0的齿轮比。此外，用于防止转矩丢失的单向离合器能够以通过将第一旋转元件与外壳侧锁定来确保从输入侧向输出侧的动力传递的方式动作。
发明效果
通过设置单向离合器，能够在第一变速模式与第二变速模式之间进行切换时的犬齿离合器和摩擦离合器均处于非紧固状态的中间状态下，防止输出侧的旋转在瞬间落空，从而防止变速冲击，并且，通过将单向离合器设为棘轮式的结构，能够在从摩擦离合器向犬齿离合器切换时(减速时)，立刻使犬齿离合器成为啮合状态，由于不会产生在通常的犬齿离合器的啮合动作中所需的等待啮合的动作，因此能进一步减少变速冲击。
附图说明
图1是示意性地示出了本发明的电驱动车的实施即电动汽车的车轮驱动系的图。
图2是本发明的第一实施方式的二级变速装置的沿着中心轴线的上侧部分的剖视图，示出了犬齿离合器的紧固状态以及摩擦离合器的非紧固状态。
图3是图2的大致沿着III－III线的向视剖视图。
图4是图3的局部放大图，放大示出了处于紧固状态的一对犬齿离合器和摩擦离合器。
图5是示意性地示出了在棘轮式单向离合器的紧固状态下，非紧固状态下的犬齿离合器中的离合器爪和离合器槽的圆周方向的位置关系的图。
图6是与图2相同的第一实施方式的二级变速装置的沿着中心轴线的上侧部分的剖视图，示出了犬齿离合器的非紧固状态以及摩擦离合器的紧固状态。
图7是与图3相同的沿着图2的大致III－III线的向视剖视图，示出了单向离合器的棘轮脱落的状态。
图8是本发明的电驱动车的实施即第二实施方式的二级变速装置的沿着中心轴线的上侧部分的剖视图，示出了犬齿离合器的紧固状态以及摩擦离合器的非紧固状态。
图9是图8的大致沿着IX－IX线的向视剖视图。
图10是与图8相同的第二实施方式的二级变速装置的沿着中心轴线的上侧部分的剖视图，示出了犬齿离合器的非紧固状态以及摩擦离合器的紧固状态。
具体实施方式
图1示意性示出了作为本发明的电驱动车用的二级变速的实施方式的电动汽车的驱动系，2表示行驶用的电动机(马达)，4表示本发明的二级变速器，6表示减速器，8表示差速器，9表示车轮。减速器6构成为将啮合的齿轮收容于壳体，是为了使电动机2的高转速减速为与利用车轮9的行驶相适的转速而设置的，在不设置二级变速器4的通常的电动汽车的情况下，减速器6的减速比设定为8附近的值，这是为了在常用的低速运转下在高效的转速区域使电动机2动作，但是在这种设定的情况下，电动机的旋转由于高车速运转而过快，使效率变差。因此，为了实现高车速而设置二级变速器4。在后述的第一实施方式中，第一级设定为2.4的减速比，第二级设定为1.0(直接连接)，假设减速器6的减速比为3.41时的总减速比为2.4×3.41＝8.18，是以往没有二级变速器时的总减速比左右的值。此外，在利用第二级的运转的情况下，在总计为1.0×3.41＝3.41的减速比下运转，由于减速比变小，相应地能在高车速运转区域中，在与以往相比低转速且效率好的旋转区域中使电动机2运转，其结果是，可以得到高车速。
图2是本发明的实施方式的电动汽车用的二级变速器的剖视图，绘制出了中心线L的上侧一半。10是外壳，与焊接的分体的罩10′形成有在内部收容本发明的二级变速器4的结构部的封闭的空洞部(收容有用于润滑齿轮的啮合部的润滑油)。行星齿轮机构12包括以下三个旋转元件：配置于外壳10内，并且构成为将沿圆周方向空开间隔配置的多个小齿轮14轴支承为旋转自如的轮架16(夹着小齿轮14设置在两侧)；与轮架16共用旋转中心并在内侧与小齿轮14啮合的恒星齿轮18；与轮架16共用旋转中心并且在外侧与小齿轮14啮合的齿圈20(构成为外壳10的内周的齿部)。为了将各小齿轮14轴支承于轮架16而设有销21(固定于轮架16)，22表示滚针轴承。
此外，二级变速器包括：电枢26；犬齿离合器28；多板式摩擦离合器(为了以下简单说明简称为摩擦离合器)30；电磁线圈31，该电磁线圈31是用于引起犬齿离合器28和摩擦离合器30的单个动作的跷跷板式切换动作的驱动动力源；以及支承板32，该支承板32为了犬齿离合器28和摩擦离合器30的跷跷板式切换动作而将电枢26支承为能在轴向上前后移动。此外，支承板32作为摩擦离合器30的离合器组件的支承部发挥作用，并且还发挥承受来自电动机2(图1)的旋转运动，并经由犬齿离合器28或者摩擦离合器30将其向行星齿轮机构12传递的作用。为了实现上述动力传递作用，支承板32在轴套部32-1的内周面形成花键32-1a，轴套部32-1与电动机2的未图示的输出轴进行花键嵌合，使支承板32始终与电动机2的输出轴一体旋转。犬齿离合器28由沿圆周方向等间隔地配置的八个紧固单元(参照图3)构成。
在本实施方式中，行星齿轮机构12的齿圈20由于和外壳10一体而始终固定，利用后述的犬齿离合器28将恒星齿轮18连接到来自电动机2(图1)的输入轴(此时摩擦离合器30未紧固)，从输出侧的轮架16传递出的旋转作为减速传递，将摩擦离合器30设置成紧固(此时犬齿离合器28未紧固)，从而从轮架16输入输出(齿轮比＝1.0)，作为相对增速传递。此外，轮架16在上述轴套部16-1的内表面形成花键16-1a，可以通过使减速器6(图1)的未图示的输入轴与花键16-1a进行花键嵌合，从而经由减速器6将驱动力传递到车轮9(图1)。
电枢26在半径方向的中间部具有沿圆周方向等间隔地分开的多个(本实施方式中为八个(图3))的离合器突部26-1，离合器突部26-1形成犬齿离合器28的各单元的公侧部分。此外，电枢26在外周部包括摩擦离合器30的驱动部44。
行星齿轮机构12的恒星齿轮18形成向电枢26侧的筒状延伸部18-1，在该筒状延伸部18-1的电动机侧凸缘状端部沿着圆周方向等间隔地形成有数量与离合器突部26-1相同(本实施方式中为八个(图3))的离合器孔18-2，离合器孔18-2不会与电枢26的离合器突部26-1产生松动并且可以顺畅地在轴向上卡定、脱离。离合器孔18-2是犬齿离合器28的各单元的母侧部分，换言之，利用电枢26侧的离合器突部26-1和恒星齿轮18侧的离合器孔18-2分别构成图3、图7所示的本实施方式的犬齿离合器28的八个紧固单元。
在图2中，摩擦离合器30包括：配置于外壳10内的外筒33；在轴向上滑动自如地设于外筒33的滑动槽33-1的从动盘34；内筒36；在轴向上滑动自如地设于内筒36的滑动槽36-1的主动盘38；固定于从动盘34的双面的离合器衬片40；在轴向上滑动自如地设于外筒33的滑动槽33-1并被卡环42卡定的受压板43；以及夹着离合器组件位于受压板43的相反侧的摩擦离合器驱动部44(电枢26的一体部)。摩擦离合器驱动部44夹着由从动盘34、主动盘38以及离合器衬片40构成的离合器组件位于受压板43的相反侧，随着电枢26的轴向的移动，通过摩擦离合器驱动部44进行摩擦离合器30的卡定、脱离。摩擦离合器驱动部44构成为和电枢26以及支承板32一体旋转，在图2中构成为，从电枢26向行星齿轮侧12延伸的延伸部26-7嵌合并插通于支承板32，摩擦离合器驱动部44从延伸部26-7的端部向半径外侧延伸。
摩擦离合器30的内筒36构成为从支承板32向行星齿轮侧12延伸的筒状部，并形成为和支承板32(也和电枢26)一体旋转。另一方面，如上所述，支承板32连接到来自电动机的输入轴，与支承板32一体旋转的摩擦离合器30的内筒36和输入轴一体旋转。另一方面，摩擦离合器30的外筒33连接成与轮架16一体旋转。
电枢26安装成相对于支承板32在轴向上滑动自如并且在圆周方向上不旋转。即，在图示实施方式中，构成犬齿离合器28的电枢26侧的八个离合器突部26-1与支承板32侧的对应的离合器孔18-2卡合，由此，实现电枢26相对于支承板32在轴向上滑动自如并且在圆周方向上不旋转的支承结构。
电磁线圈31与电枢26的远离行星齿轮机构12的一侧相对配置，并收容于在罩10′形成的电磁线圈收容部10’-1内。47表示用于对电磁线圈31的通电并进行控制的线束。复位弹簧(螺旋弹簧等)45在圆周方向上空开间隔地配置有多个，当不使电磁线圈31通电时，复位弹簧45将电枢26向图2的左侧施力，此时，电枢26侧的离合器突部26-1和恒星齿轮18侧的离合器孔18-2如图2所示那样嵌合，得到犬齿离合器28的紧固状态，另一方面，和电枢26一体的摩擦离合器驱动部44远离离合器组件地配置，使摩擦离合器30成为非紧固状态。与此相对，通过使电磁线圈31通电而产生从电磁线圈31到电枢26的磁通，如图6所示，电枢26克服复位弹簧45向图2的右侧移动，使离合器突部26-1从离合器孔18-2脱落，使犬齿离合器28成为非紧固状态。此外，由于电枢26向右侧移动，使摩擦离合器驱动部44在与受压板43之间夹着离合器组件，使摩擦离合器30成为紧固状态。当解除对电磁线圈31的通电时，电枢26由于弹簧45而向左移动，如图2所示，摩擦离合器30成为非紧固状态，另一方面，犬齿离合器28成为紧固状态。
综上，利用电枢26的沿着旋转轴的左右移动，进行如下那样的跷跷板式的切换动作：使摩擦离合器30在犬齿离合器28紧固时处于非紧固状态，并且使犬齿离合器28在摩擦离合器30紧固时处于非紧固状态。另一方面，需要防止犬齿离合器28和摩擦离合器30同时成为紧固状态，并且，在需要的公差的关系下，虽然在切换犬齿离合器28和摩擦离合器30时只发生在一瞬，但是一定会产生输出侧与输入侧分开的状态即所谓的转矩丢失，这会给驾驶员带来变速冲击。在本发明的第一实施方式中，为了防止转矩丢失，设置将行星齿轮机构12的恒星齿轮18与输入轴侧锁定的单向离合器50，并且将单向离合器50设置成棘轮式。
在本实施方式中，如图2和图6所示，棘轮式单向离合器50位于恒星齿轮18的筒状延伸部18-1与支承板32的轴套部32-1之间。众所周知，棘轮式单向离合器作为市场的产品构成为包括内圈和外圈的单元，在本发明中，棘轮式单向离合器50的详细结构不直接和本发明的主旨相关，因此为了便于说明，图示成设于筒状延伸部18-1和轴套部32-1的原理性结构。本实施方式的棘轮式单向离合器50由数量和犬齿离合器28的离合器单元相同的沿圆周方向等间隔地配置的八个紧固单元(图3)构成，单向离合器50的各紧固单元如图4的放大图所示，由以下构件构成：棘轮爪52；棘轮爪收容部54，该棘轮爪收容部54形成为外周侧的筒状延伸部18-1的内周的凹部，并用于收容棘轮爪52；支承销(枢轴)56，该支承销56将棘轮爪52支承为从棘轮爪收容部54相对于筒状延伸部18-1的内周面伸出缩回自如并能围绕与旋转轴L(图2)平行的轴线转动；弹簧(螺旋弹簧等)58，该弹簧58用于转动施力以使棘轮爪52从棘轮爪收容部54突出；以及卡定槽60，该卡定槽60与棘轮爪52相对并形成于支承板32的轴套部32-1，通过与棘轮爪52的前端卡合来阻止支承板32的旋转。
在本实施方式的棘轮爪式的单向离合器50中配置成，当棘轮爪52的离心力小于弹簧58的设定力时，如图3和图4所示，支承板32的相对于顺时针方向的旋转(电动机旋转轴侧的支承板32的旋转驱动方向a的相同方向的旋转)与卡定槽60的卡合加深。当由旋转产生的离心力超过了弹簧58的设定力时，如图7所示，使棘轮爪52克服弹簧58围绕销56向外侧转动，并且棘轮爪52像图4的假想线52a那样从卡定槽60脱落，因此由棘轮爪52产生的卡定作用消失。
在本实施方式中，犬齿离合器28在圆周方向上具有分别包括离合器突部26-1和离合器孔18-2的八个离合器单元，对于单向离合器50，也包括分别包括棘轮爪52、弹簧58以及卡定槽60等的八个单元。在本发明中，以相同的旋转相位进行犬齿离合器28和单向离合器50的紧固动作和非紧固动作。由此，如后所述，可以有助于使切换本实施方式的二级变速器时(减速运转时)的冲击减少。即，图5示意性地示出了单向离合器50的紧固状态(图3和图4所示的棘轮爪52相对于卡定槽60的紧固状态)下的犬齿离合器28的离合器突部26-1和离合器孔18-2的圆周方向的位置关系，各对离合器突部26-1和离合器孔18-2在圆周方向上保持在正相对的位置。
在本实施方式中，对于犬齿离合器28和单向离合器50，单元数量均是八个且相同，但是只要在相同旋转相位两者处于紧固状态，就可以适当地使犬齿离合器28和单向离合器50的单元数量不同。
当对第一实施方式的二级变速器4的动作进行说明时，在图2中，电磁线圈31未通电，电枢26由于复位弹簧45的弹力而向左移动，使犬齿离合器28成为紧固状态，多板摩擦离合器30成为非紧固状态。来自行驶用电动机的旋转驱动力将行星齿轮机构12的齿圈20约束在固定于车身的外壳10，因此来自电动机的旋转从通过花键槽32-1a与电动机侧旋转轴嵌合的支承板32经由犬齿离合器28的卡合部(26-1、18-2)向行星齿轮机构12的恒星齿轮18传递。由于行星齿轮机构12的齿圈20固定于车身侧的外壳10，因此对于恒星齿轮18的旋转，以与齿数相应的减速比将旋转驱动力向轮架16传递，通过轮架16的旋转来驱动与花键16-1a进行花键嵌合的输出轴旋转。众所周知，此时的输出轴(轮架16)的相对于输入轴(恒星齿轮18)的旋转比为当将恒星齿轮的齿轮设为Zs并将齿圈的齿数设为Zr时的Zs/(Zs+Zr)即成为减速状态，尽管取决于齿数，但是可以如图1中说明的那样设为2.4等减速比。
在犬齿离合器28的紧固状态(图2)下，对于单向离合器50，内圈侧(恒星齿轮18的筒状延伸部18-1)和外圈侧(支承板32的轴套部32－1)均以相同的转速进行旋转，因此关于动力传递的作用，单向离合器50与未设置的情况相同。弹簧58的弹力设定成在第一速度的整个区域中相对于离心力处于优势。因此，对于棘轮式的单向离合器50，棘轮爪52所产生的离心力设定成小于弹簧58的弹簧压力，因此维持住图3和图4所示的紧固状态。
当为了从第一速度向第二速度切换而使电磁线圈31通电时，电磁线圈31产生的磁通使电枢26克服复位弹簧45的弹力向图2的右侧移动，使电枢26位于图6所示的位置。此时，犬齿离合器28的离合器突部26-1从筒状延伸部18-1(恒星齿轮18)的离合器孔18-2完全脱落，使犬齿离合器成为非紧固状态。另一方面，在电枢26的摩擦离合器驱动部44与受压板43之间使从动盘34隔着离合器衬片40夹持主动盘38，从而使摩擦离合器30成为紧固状态。来自电动机的旋转从支承板32、主动盘38、离合器衬片40以及从动盘34向外筒33、进而向轮架16传递。因此，从轮架16输入上述旋转，通过轮架16的旋转驱动与花键16-1a进行花键嵌合的输出轴旋转，从而使输出轴以与输入轴相同的旋转速度(变速比为1.0)进行旋转。即，通过使轮架16成为输入输出轴来得到1.0的变速比。通过轮架16经由小齿轮14驱动恒星齿轮18旋转，但是恒星齿轮18不直接与输入输出轴之间的驱动力的传递相关。此外，对于单向离合器50，弹力在与第一速度区域稍微重叠的低转速侧区域超过离心力，当超过该区域时，棘轮爪会由于离心力而向外侧转动，成为非紧固状态。在完全转移到第二速度之后，单向离合器50也在功能上与没有设置的情况相同。
在本实施方式中，在车辆的低速运转时，变速器4以图2的第一级的减速比(＝2.4)运转，如图1中说明的那样，当假设减速器6的减速比为3.41时，总的减速比为2.4×3.41＝8.18，是与以往相同程度的总减速比，因此，可以在常用运转下得到较高的电动机效率，并且，犬齿离合器28可以通过复位弹簧45的弹力成为紧固状态，并且不需要对电磁线圈31通电，因此可以在常用运转区域中进一步得到高能量效率。此外，通过在高车速运转时对电磁线圈31通电，能使犬齿离合器28成为非紧固状态并使多板摩擦离合器30成为紧固状态(变速器4为第二级的变速比(＝1.0))，并使输出轴以与输入轴相同的速度进行旋转，确保了高车速运转时的电动机的高效的运转状态。即，此时，如图1中说明的那样，处于总减速比为1.0×3.41(减速器6的减速比)＝3.41的减速比的运转，由于总减速比变小，能在高车速运转区域中，使电动机2在与以往相比低转速且效率好的旋转区域运转，其结果是，可以提高车速。
接着，对切换低车速运转(第一速度)和高车速运转(第二速度)时的防止转矩丢失动作进行说明，首先，为了从低车速运转切换到高车速运转，通过电磁线圈31的电磁力使电枢26的弹簧加压部26-6按压复位弹簧45，并且它由于弹簧45的变形而向右侧移动，从而使离合器爪26-1从离合器孔18-2脱落，犬齿离合器28成为非紧固状态，但是在犬齿离合器28刚成为非紧固状态之后，摩擦离合器30也是非紧固的上述中间状态存在一瞬。在上述中间状态下，恒星齿轮18(筒状延伸部18-1)与驱动源(电动机旋转轴)分开，因此驱动转矩消失，所以，在犬齿离合器28成为非紧固的瞬间，恒星齿轮18(筒状延伸部18-1)欲向图4中与电动机旋转轴的箭头a方向相反的方向返回。此时，对于欲向与箭头a方向相反的方向返回的恒星齿轮18，单向离合器50的棘轮爪52成为顶棍，使恒星齿轮18的筒状部18-1(单向离合器的外圈)与始终连接到电动机旋转轴的支承板32的轴套部32-1(单向离合器的内圈)锁定，并使电动机旋转轴的箭头a方向的旋转从支承板32的轴套部32-1向恒星齿轮18的轴套部18-1即车轮侧传递，因此不会发生转矩丢失。当由于摩擦离合器30的完全紧固后的电动机输出轴的旋转的增大使恒星齿轮18即筒状部18-3的箭头a′方向的转速超过电动机旋转轴的箭头a方向的转速(支承板32的转速)时，即使离心力低于弹力也能越过棘轮爪52和卡定槽60，从而恒星齿轮18可以继续增速。此外，当摩擦离合器30被完全紧固，并且恒星齿轮18的转速进一步变大时，如图4的假想线52a或者图7所示棘轮爪52由于离心力而围绕销56向半径外侧转动，从棘轮爪52和卡定槽60脱落。当棘轮爪52从卡定槽60脱落时(单向离合器50的锁定解除时)，在外圈(恒星齿轮18的筒状延伸部18-1)与内圈(支承板32的轴套部32-1)之间产生相对旋转，并且棘轮爪52相对于卡定槽60的旋转相位发生变化。
在从高车速运转(第二速度)向低车速运转(第一速度)切换的过程中与以上产生正相反的动作。当在第二速度的运转下，离心力由于车速的降低而低于弹簧58的设定力时，在弹簧58的作用下，由于相对旋转使单向离合器50的棘轮爪52进入卡定槽60，使单向离合器50成为紧固状态。当车速进一步下降并且达到了从高车速运转(第二速度)向低车速运转(第一速度)切换的条件时，摩擦离合器30成为非紧固状态，反之，为了使犬齿离合器28卡合，通过弹簧45来驱动电枢26。此时，也会产生摩擦离合器30和犬齿离合器28均未紧固的中间状态，但是在单向离合器50中，棘轮爪52与卡定槽60卡合，因此与从第一速度向第二速度切换时相同地，将恒星齿轮18(筒状延伸部18-1)锁定到输入轴侧，从而防止转矩丢失。此外，在棘轮式单向离合器50进入的状态下进行从高车速运转(第二速度)向低车速运转(第一速度)的切换，因此如图5说明的那样，在切换时犬齿离合器28的离合器突部26-1和离合器孔18-2的旋转相位对准，若摩擦离合器30和犬齿离合器28均未紧固的中间状态结束，则立刻使离合器突部26-1和离合器孔18-2卡合。即，在通常的犬齿离合器中，当向紧固状态切换时，离合器突部26-1’(假想线)和离合器孔18-2不一定相位对准，因此需要等待相位对准的动作，因此虽然成为减速状态，但在本发明中不需要为了实现紧固到离合器的相对面彼此(26-1、18-2)对准为止的相对旋转，因此可以使从高车速运转(第二速度)向低车速运转(第一速度)切换时的变速冲击减少。
图8～图10示出了实施切换低车速运转和高车速运转时的转矩丢失对策的本发明的第二实施方式的二级减速器104，本第二实施方式的二级变速器104中行星齿轮机构112的齿圈120可以相对于外壳10旋转，但是可以通过单向离合器150选择性地固定到外壳10，与第一实施方式相同地，与图2～图7的第一实施方式的相同之处在于，低车速运转是固定好齿圈120的齿轮比2.4的减速下的运转，高车速运转是使恒星齿轮18和齿圈120一体旋转所形成的齿轮比1.0下的等速运转。
当对本第二实施方式(图8～图10)的二级变速器104的结构进行说明时，电枢126在半径方向的中间处形成筒状部126a，该筒状部126a包括圆周方向的内齿126-1，在固定于外壳10的罩10′形成有圆周方向的外齿10’-2，由上述内齿126-1和外齿10’-2构成犬齿离合器128。电枢126的外周部构成摩擦离合器130的驱动部144，并且，在电枢126的外周形成有外齿126-5，外齿126-5在轴向上滑动自如地与内筒33的滑动槽33-1卡合。为了安装电磁线圈31，将电磁体保持框82固定于罩10′。恒星齿轮18的内周的花键18-3与未图示的电动机旋转轴进行花键嵌合，电动机旋转驱动力被传递到恒星齿轮18。恒星齿轮18的后端筒状部18-4形成本实施方式的摩擦离合器130的内筒，设有主动盘38。与第一实施方式的相同之处是轮架16通过内周的花键16-1a与车轮侧的输出轴进行花键嵌合。
在本第二实施方式中，用于防止切换第一速度和第二速度时的转矩丢失的棘轮式的单向离合器150配置于齿圈120(在图8的示意图中作为单向离合器150的内圈发挥作用)与外壳10(在相同的示意图中作为单向离合器150的外圈发挥作用)之间。并且。如图9局部所示，单向离合器150的棘轮爪152的方向与第一实施方式的单向离合器50的棘轮爪52相反，棘轮爪152配置成通过弹簧(158)的力顶住与驱动轴的旋转方向(逆时针方向)a相反的方向上的内圈(齿圈120)的旋转。与图4相同地，设置有施力以使棘轮爪152朝向卡定槽160围绕销156转动的弹簧158。本实施方式中，构成为由于弹簧158安装于外壳10，因此没有在弹簧158施加离心力。
当对第二实施方式的动作进行说明时，在低车速运转时，由于没有使电磁线圈31通电，电枢126由于弹簧45在图8中被朝向罩10′按压，使电枢126的内齿126-1与罩10′的外齿10’-2啮合，犬齿离合器128成为紧固状态(摩擦离合器130成为非紧固状态)，从而使电枢126固定，使电枢126的外周缘的外齿126-5经由滑动槽33-1与摩擦离合器130的外筒33卡合，从而齿圈120固定于罩10′即外壳10。因此，与恒星齿轮18啮合的电动机旋转轴的旋转向轮架16传递，此时，处于变速比与第一实施方式相同为2.4的减速状态，此时，单向离合器150的内圈侧(120)和外圈侧(10)均是固定状态。在功能上，单向离合器150和没有设置的情况相同。由于单向离合器150向外壳10侧安装，因此没有对弹簧158施加离心力，所以弹簧158只要发挥与卡定槽160卡合的作用即可，所以弹簧158的弹力非常小就足矣。
在高车速运转时，由于使电磁线圈31通电，电枢126由于电磁力克服弹簧45如图10所示向左移动，使电枢126的内齿126-1和罩10′的外齿10’-2的啮合被解除，使犬齿离合器128处于非紧固状态。另一方面，由于电枢126向左移动，摩擦离合器驱动部144在与齿圈120侧的相对面之间夹着离合器组件，摩擦离合器130处于紧固状态。因此，齿圈120和恒星齿轮18由于摩擦离合器130而一体化，其结果是，轮架16也和齿圈120以及恒星齿轮180一体旋转，输入侧的旋转按照1比1向输出侧传递。在图9中，齿圈120在卡定槽160的部位克服弹簧158越过棘轮爪152并进行旋转，但是弹簧158的弹力非常小，所以由摩擦引起的旋转阻力实际上小到可以忽略不计。
在从低车速运转(图8)切换到高车速运转(图10)时，会在一瞬间产生犬齿离合器128未紧固且摩擦离合器130没有完全紧固的状态，此时齿圈120在一瞬间失去约束，欲向与电动机的旋转轴的旋转方向a(图9)相反的方向(转矩丢失方向)返回，但是作用成使单向离合器150的棘轮爪152对于如上所述的动作以锁定的方式工作，即继续齿圈120相对于外壳10的锁定，将电动机的旋转轴的旋转经由恒星齿轮18和轮架16向车轮侧传递，从而防止转矩丢失。当摩擦离合器130处于完全紧固状态时，齿圈120以1.0的变速比沿着与电动机旋转轴的旋转方向(箭头a)相同的方向向车轮侧传递，此时处于可以越过棘轮爪152的卡定槽160的方向，因此不会使齿圈120的旋转受损。
此外，在从高车速运转(图10)向低车速运转(图8)切换时，摩擦离合器130未紧固并且犬齿离合器128还没有进入，从而会成为一瞬间脱离约束的转矩丢失的状态，但是此时，单向离合器150的棘轮爪152作为顶棍发挥作用，使齿圈120被锁定，因此可以在到犬齿离合器128成为紧固状态为止的期间，将输入侧的电动机的旋转向输出侧的车轮传递。此外，单向离合器150和犬齿离合器128与在第一实施方式中用图5说明的相同地，为了使旋转相位对准，不需要用于使犬齿离合器128卡合的试探那样的动作而可以立刻使犬齿离合器128卡合，因此可以有效地减少变速冲击。即，如图9所示，在单向离合器150卡合时，犬齿离合器128的内齿126-1和外齿10’-2的旋转方向的相位对准，因此从高车速运转(图10)向低车速运转(图8)切换时相位也对准，不需要用于对准相位的相对旋转动作而是立刻实现紧固，所以可以得到与第一实施方式相同的变速冲击的减少效果。
虽然在本说明书中，对由行星齿轮机构形成的变速比包括由齿圈固定形成的减速(第一速度)和由三个旋转元件的一体旋转形成的相对增速(第二速度)的实施方式进行了说明，但是如本领域技术人员所熟知的那样，通过使用减速比较大的构件作为减速器(图1)，也可以容易地得到由行星齿轮机构的三个旋转元件的一体旋转形成的相对的减速(第一速度)和由恒星齿轮固定形成的增速(第二速度)这样的变形结构，本领域技术人员显而易见的是，该结构也包含在本发明中。
此外，本发明的二级变速器不仅可以应用于电动汽车，还可以应用于混合动力车。
(符号说明)
2行驶用电动机
4、104二级变速器
6减速器
10外壳
12、112行星齿轮机构
14小齿轮
16轮架
18恒星齿轮
18-2离合器槽
20、120齿圈
26、126电枢
26-1离合器突部
28、128犬齿离合器
30、130摩擦离合器
34从动盘
38主动盘
40离合器衬片
43受压板
44、144摩擦离合器驱动部
46电磁线圈
50、150单向离合器
52、152棘轮爪
56、156销
60、160卡合槽。

Claims (3)

1.一种电驱动车用二级变速器，在使用电动机来驱动车轮的车辆中配置于电动机的输出轴上，其特征在于，包括：
行星齿轮机构，该行星齿轮机构包括由对多个小齿轮进行轴支承的轮架、与小齿轮啮合的齿数不同的多个齿轮构成的三个旋转元件，该行星齿轮机构能够得到第一变速模式和第二变速模式，在第一变速模式下，将从三个旋转元件中选出的第一旋转元件固定在外壳侧，利用在其他的第二旋转元件与第三旋转元件之间得到的不同于1的齿轮比来进行动力传递，在第二变速模式下，将第一旋转元件固定在外壳侧，将其他的两个旋转元件中的一个旋转元件设为输入输出，或者，将第一旋转元件不固定于外壳侧，利用使其他的两个旋转元件中的任意一个旋转元件和第一旋转元件一体旋转从而得到的1.0的齿轮比来进行动力传递；
犬齿离合器，该犬齿离合器进行行星齿轮机构的旋转元件之间的连接，以在第一变速模式与第二变速模式之间得到相对较低的齿轮比侧的变速模式；
摩擦离合器，该摩擦离合器进行行星齿轮机构的旋转元件之间的连接，以在第一变速模式与第二变速模式之间得到相对较高的齿轮比侧的变速模式；以及
棘轮式的单向离合器，该棘轮式的单向离合器用于防止在第一变速模式与第二变速模式之间进行切换时的转矩丢失，
构成第一离合器的犬齿离合器的卡合部和棘轮式的单向离合器中的棘轮卡合部设置在相同的旋转相位位置。
2.如权利要求1所述的电驱动车用二级变速器，其特征在于，
将从行星齿轮机构的三个旋转元件选出的第一旋转元件永久固定在外壳侧，利用犬齿离合器得到第一变速模式作为相对较低的齿轮比侧的变速模式，在第一变速模式下，其他第二旋转元件与第三旋转元件之间获得的齿轮比是大于1的减速侧齿轮比，并且，利用摩擦离合器得到第二变速模式作为相对较高的齿轮比侧的变速模式，在第二变速模式下，齿轮比是通过将其他的两个旋转元件中的一个旋转元件作为输入输出而得到1.0的齿轮比，并且，单向离合器通过在第一变速模式与第二变速模式之间进行切换时将第二旋转元件和第三旋转元件与输入轴侧锁定来确保旋转，从而防止转矩丢失。
3.如权利要求1所述的电驱动车用二级变速器，其特征在于，
能够将行星齿轮机构的三个旋转元件的第一旋转元件选择性地固定在外壳侧，利用犬齿离合器得到第一变速模式作为相对较高的齿轮比侧的变速模式，在第一变速模式下，将第一旋转元件固定在外壳侧，其他的第二旋转元件与第三旋转元件之间获得的齿轮比是大于1的减速侧齿轮比，并且，利用摩擦离合器得到第二变速模式作为相对较高的齿轮比侧的变速模式，在第二变速模式下，通过解除第一旋转元件向外壳侧的固定并使其他的两个旋转元件中的任意一个旋转元件与第一旋转元件一体旋转而得到的齿轮比为1.0，单向离合器通过将所述第一旋转元件与外壳侧锁定来确保从输入侧向输出侧的动力传递，从而防止转矩丢失。
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