JP2008281015A - 変速装置並びにそれを用いた電動軽自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 極めて簡単な構造で無廃棄ガスの電動機駆動でありながら高トルクで、しかも１回充電あたりの走行距離が長く、さらに安価な実用に優れた電動軽自動車を提供する。また、同様の構成の変速装置を提供する。
【解決手段】 変速入力部は、原動機からの回転入力により回転駆動され径の異なる複数の変速入力歯車を同軸に取り付けた入力回転軸を有する。変速出力部とは、入力回転軸に平行に対向配置され、変速入力歯車にそれぞれ常時噛合し、変速入力歯車のいずれかと異なるギヤ比の組合せを構成する複数の変速出力歯車をいずれも自由回転可能に同軸に支持した出力回転軸を有する。さらに、連結解除機構は、出力回転軸に沿う軸方向移動のみで出力回転軸といずれかの変速出力歯車とを連結解除自在に連結する係合器を含む。構造を簡単化し、トルク特性改善、充電当たり走行距離伸長を達成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、軽自動車、農業用機械・装置、その他動力源全般について簡易に適用可能な変速装置、並びにそれを用いた電動軽自動車に関する。

従来、二輪自動車は、自動車に比べて排気量、車体重量が小さく、燃費効率が非常に良い点から、近距離の移動手段として広く普及している。一方、近時の地球温暖化、都市の大気汚染による公害問題、環境負荷軽減の必要性から、排気ガス排出量を抑制した自動車の開発が進んでおり、例えば４輪のハイブリッド自動車が実際に相当数実用されるようになっているほか、メタノール自動車、圧縮天然ガス自動車、電気自動車、燃料電池自動車の開発も行われている。排ガス排出量の抑制については、二輪や三輪自動車についても当然に実施されるべきであり、むしろそれらの軽自動車としての特性から、電動駆動式の自動車については早期の普及が望まれている。すなわち、電動駆動式の軽自動車においてはエンジン駆動式の軽自動車に比較して価格が高く、１回のバッテリー充電による走行距離が短く、またモータ出力では充分な回転トルクを得にくいという問題から登坂力が低い等の難点があり、実用的にはほとんど用いられていないのが実情である。電動駆動式の軽自動車の普及が進んでいない要因は上記のように、コスト、走行距離、小トルクが挙げられるが、これらのうちより具体的な要因は、変速装置を複雑化しているわりに電動機でのトルク出力が弱く、高価な専用バッテリを用いており、メンテナンスの手間、時間、コストがかかる点にあるといえる。従来、電動駆動式の軽自動車について、例えば特許文献１のような車両の変速制御装置の提案がなされている。

特開平５−３３２４２８号

特許文献１の車両の変速制御装置は、例えば３輪の電動駆動式自動車において、電子制御ユニットが変速信号を出力し、ドライブモータＭの出力が一時的に低減又は停止されてトランスミッションＴのギヤ列の噛合面圧が開放されその間にチェンジモータ６１でシフトドラム６２が回転駆動されてシフトチェンジが行われるようになっている。しかしながら、この特許文献１の装置では、シフトドラム６２、その回転を制御するゼネバストップ機構８５、メインシャフト５４とカウンタシャフト５７に支持された多数の連動歯車等を必要とし、構造が複雑で軽車両の用途の割には不必要に高コストとなるばかりでなく、多くの歯車を用いているので噛合負荷が大きく、トルク特性を劣化させる要因となっている。また、ゼネバストップ機構に連動する電子制御により変速切替を行わせているから、故障時のメンテナンスが簡単でなく修理時間、修理費用等が高いものとなる。さらに、さらに１回のバッテリ充電あたりの走行距離がそれほど伸びないという難点があった。また、通常走行に不可欠の、ある程度の斜度を有する道路での走行用として廉価に入手可能でそのような傾斜部でも不自由さを感じさせない程度の走行を実現し得る二輪車等の出現が待望されていた。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、極めて簡単な構造で、歯車の噛み合い負荷が小さく、無廃棄ガスの電動機駆動でありながら高トルクで、しかも１回充電あたりの走行距離が長く、さらにガソリン車と同レベルの安価な実用に優れた電動軽自動車を提供することにある。また、本発明の他の目的は、極めて簡単な構造で歯車噛合負荷が軽く、低廉なコストで簡易に原動機からの回転入力を変速出力しうる変速装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、原動機（１２）からの回転入力により回転駆動され径の異なる複数の変速入力歯車３０，３２を同軸に取り付けた入力回転軸２６を有する変速入力部１８と、入力回転軸２６に平行に対向配置され、変速入力歯車３０，３２にそれぞれ常時噛合し、変速入力歯車のいずれかと異なるギヤ比の組合せを構成する複数の変速出力歯車３４，３６をいずれも自由回転可能に同軸に支持して一端側を伝達機構１４に連結された出力回転軸２８を有する変速出力部２０と、出力回転軸２８に沿う軸方向移動のみで出力回転軸といずれかの変速出力歯車３４，３５とを連結解除自在に連結する係合器３８を含む連結解除機構２２と、を含む変速装置１６から構成される。変速入力部の入力回転軸側の変速入力歯車と変速出力部の出力回転軸側の変速出力歯車とは常時噛合しており、出力回転軸に対して複数の変速出力歯車はフリー回転可能に支持されている。そのままでは入力回転軸が回転してもそれぞれの変速出力歯車の回転は出力回転軸に伝達されず、後輪側の駆動回転を生じさせない。連結解除機構２２の係合器３８を出力回転軸２８に沿うように軸方向移動させるだけで出力回転軸といずれかの変速出力歯車３４，３５とが連結解除自在に連結される。連結解除機構は軸方向への直線移動により直接に出力回転軸といずれかの変速出力歯車との連結、解除を行う。具体的には、直状のロッド、パイプ、ピンその他の棒体と孔、溝、溝孔等の嵌合が考えられる。係合器と出力回転軸とは軸方向スライド自在でかつ軸回りについて回り止めが施されている構造であればよい。

その際、係合器３８は、出力回転軸２８の長手方向の所要長さについて移動自在でかつ軸と一体回転し、さらにいずれの変速出力歯車３４，３６に対しても軸方向近接移動のみで回り止め状態に着脱係合するようにするとよい。

また、回り止め状態に着脱係合する構造が、中間部にスプライン部４２を有するとともに両端側に円周部４４を形成した出力回転軸２８と、円周部４４においてそれぞれ軸に対して自由回転自在に軸支された変速出力歯車３４，３６と、スプライン部４２において軸方向移動自在で出力回転軸２８と一体回転するように軸支された係合器３８と、係合器３８とそれぞれの変速出力歯車３４，３６とが係合器の軸方向移動時に着脱自在に係合する着脱係合装置５２と、を有するとよい。

さらに、着脱係合装置５２は、係合器３８から出力回転軸２８方向について両側に突設されたピン４８と、変速出力歯車３４，３６に設けられ係合器３８のピン４８が入出するピン受部５３と、を含むとよい。

また、連結解除機構２２は、係合器３８がそれぞれの変速出力歯車３４，３６に対して係合動作する際に回り止め状態の正しい係合位置に弾性的な調心作用で配置させる弾性調心機構７０を備えるとよい。

また、連結解除機構２２は、係合器３８がいずれかの出力歯車３４，３６とピン-ピン受部係合して係合器３８自体が出力回転軸２８と一体回転する際にも該係合器と軸方向駆動可能に係合する駆動部材５６を含むとよい。

また、弾性調心機構７０は、駆動部材５６の両側に配置されて駆動部材の両側からその調心位置に同駆動部材を弾性的に付勢するバネ８０を有するとよい。

また、本発明は、機枠（２４）に平行配置した入力、出力回転軸２６，２８について、入力回転軸２６には軸固定歯車３０，３２、出力回転軸２８にはフリー回転歯車３４，３６を取り付け、入力回転軸と出力回転軸とに取り付けられたギヤ比の異なる複数組合せの歯車同士を常時噛合状態で配置し、出力回転軸２８に対して一体回転しつつその軸方向に自由に移動可能な係合器３８を軸方向移動させて所望のフリー回転歯車と出力回転軸２８とを自在に連結解除しつつ変速出力させる変速装置１６から構成される。

また、本発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の変速装置１６を有する電動軽自動車１０から構成される。

本発明の変速装置によれば、原動機からの回転入力により回転駆動され径の異なる複数の変速入力歯車を同軸に取り付けた入力回転軸を有する変速入力部と、入力回転軸に平行に対向配置され、変速入力歯車にそれぞれ常時噛合し、変速入力歯車のいずれかと異なるギヤ比の組合せを構成する複数の変速出力歯車をいずれも自由回転可能に同軸に支持して一端側を伝達機構に連結された出力回転軸を有する変速出力部と、出力回転軸に沿う軸方向移動のみで出力回転軸といずれかの変速出力歯車とを連結解除自在に連結する係合器を含む連結解除機構と、を含む構成であるから、歯車の噛み合い負荷が小さく、また、係合器による直線移動のみでいずれかの変速出力歯車と出力回転軸とを連結することができ、構造を簡素化し、制御を簡単として最大トルク出力を容易に生成させることができる。また、登坂性が良好で例えば国道において通常予定される斜度を上回る登坂力を保持することができる。さらに、係合器の直線移動のみで連結切替を行うので、変速動作が単純で消費電力も小さく、１回のバッテリ充電あたりの走行距離を長いものとできる。また、メンテナンスが簡単で故障が少なくしかも簡単な変速構造であるわりには大きな最高速度を得て、実用に充分な性能を発揮しうる。

また、係合器は、出力回転軸の長手方向の所要長さについて移動自在でかつ軸と一体回転し、さらにいずれの変速出力歯車に対しても軸方向近接移動のみで回り止め状態に着脱係合するから、係合器による直線移動のみでいずれかの変速出力歯車と出力回転軸とを連結することができ、構造を簡素化し、制御を簡単として最大トルク出力を容易に生成させることができる。さらに、係合器の直線移動のみで連結切替を行うので、変速動作が単純で消費電力も小さく、１回のバッテリ充電あたりの走行距離を長いものとできる。

また、回り止め状態に着脱係合する構造が、中間部にスプライン部を有するとともに両端側に円周部を形成した出力回転軸と、円周部においてそれぞれ軸に対して自由回転自在に軸支された変速出力歯車と、スプライン部において軸方向移動自在で出力回転軸と一体回転するように軸支された係合器と、係合器とそれぞれの変速出力歯車とが係合器の軸方向移動時に着脱自在に係合する着脱係合装置と、を有する構成であるから、係合器による直線移動のみでいずれかの変速出力歯車と出力回転軸とを連結する構造を具体化でき、それによって構造を簡素化し、制御を簡単として最大トルク出力を容易に生成させることができる。

また、着脱係合装置は、係合器から出力回転軸方向について両側に突設されたピンと、変速出力歯車に設けられ係合器のピンが入出するピン受部と、を含む構成であるから、係合器の直線移動による連結切替を単純な構造で実現することができる。

また、連結解除機構は、係合器がそれぞれの変速出力歯車に対して係合動作する際に回り止め状態の正しい係合位置に弾性的な調心作用で配置させる弾性調心機構を備えているから、軽く柔らかな付勢力で係合器を歯車側面に当てて溝孔等に嵌入させることができ、歯車のピン受部に確実にかつ衝撃力を少なくして両者の連結解除を行わせることができる。

また、連結解除機構は、係合器がいずれかの出力歯車とピン-ピン受部係合して係合器自体が出力回転軸２８と一体回転する際にも該係合器と軸方向駆動可能に係合する駆動部材を含む構成であるから、変速切替の際に単に係合器を軸方向に移動するだけでよく、いったん切り離し、再接続する等の動作やメカニズムが不要となって直線移動のみによる変速切替構造の実効を図れる。

また、弾性調心機構は、駆動部材の両側に配置されて駆動部材の両側からその調心位置に同駆動部材を弾性的に付勢するバネを有する構成であるから、係合器の歯車側面に対する軽い付勢力による付勢を実現し得る。

また、機枠に平行配置した入力、出力回転軸について、入力回転軸には軸固定歯車、出力回転軸にはフリー回転歯車を取り付け、ギヤ比の異なる複数組合せの入力回転軸と出力回転軸とに取り付けられた歯車同士を常時噛合状態で配置し、出力回転軸に対して一体回転しつつその軸方向に自由に移動可能な係合器を軸方向移動させて所望のフリー回転歯車と出力回転軸とを自在に連結解除しつつ変速出力させる構成とすることにより、歯車の噛み合い負荷が小さく、また、係合器による直線移動のみでいずれかの変速出力歯車と出力回転軸とを連結することができ、構造を簡素化し、制御を簡単として最大トルク出力を容易に生成させることができる。また、登坂性が良好で例えば国道において通常予定される斜度を上回る登坂力を保持することができる。さらに、係合器の直線移動のみで連結切替を行うので、変速動作が単純で消費電力も小さく、１回のバッテリ充電あたりの走行距離を長いものとできる。また、メンテナンスが簡単で故障が少なくしかも簡単な変速構造であるわりには大きな最高速度を得て、実用に充分な性能を発揮しうる。

また、本発明は、上記の変速装置を有する電動軽自動車で構成されるので、電動機による駆動特性を生かして変速切替操作を円滑に行える。また、上記と同様に、歯車の噛み合い負荷が小さく、また、係合器による直線移動のみでいずれかの変速出力歯車と出力回転軸とを連結することができ、構造を簡素化し、制御を簡単として最大トルク出力を容易に生成させることができる。また、登坂性が良好で例えば国道において通常予定される斜度を上回る登坂力を保持することができる。さらに、係合器の直線移動のみで連結切替を行うので、変速動作が単純で消費電力も小さく、１回のバッテリ充電あたりの走行距離を長いものとできる。また、メンテナンスが簡単で故障が少なくしかも簡単な変速構造であるわりには大きな最高速度を得て、実用に充分な性能を発揮しうる、という効果を奏することが可能である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。本発明は、原動機からの回転入力に連結された変速装置及びそれを用いた電動軽自動車であり、本実施形態では、その変速装置付きの電動軽自動車についての実施例を説明することにより、変速装置並びにそれを用いた電動軽自動車について、説明する。ここに、電動軽自動車は、電動二輪自動車、電動三輪自動車、電動自転車を含む。

図１ないし図１１は、本発明の実施形態を示しており、本実施形態において、電動軽自動車は、例えば電動駆動式の二輪自動車、すなわち二輪バイクの例を示す。図１は、本実施形態の電動軽自動車１０の側面図であり、図において、２００は車体フレームであり、車体前部の主要な構造を形成する。車体フレーム２００は図示しないヘッドパイプ、メインフレームを含み、それらはフロントカバー２０２に覆われている。２０４は計器盤であり、ヘッドライトのオンオフ、ブザー、方向指示ランプ等の操作スイッチが配置されている。２０６はミラー、２０８は中央から左右両側に伸びる操向ハンドルであり、それぞれブレーキレバーを近接配置させている。２１０はヘッドパイプから分岐して斜め下向きに垂下連結したフロントフォーク、２１１は前輪、２１２はフットボード、２１４はサイドカバー、２１６はシート、２１８はフットボード２１２に連結したリヤフレーム、２２０は後輪である。

本実施形態の電動軽自動車１０は、車体に搭載された電動機１２と、伝達機構１４と、変速装置１６と、を有し、さらに、変速装置１６は、変速入力部１８と、変速出力部２０と、連結解除機構２２と、を含む。図１において、車体の後部側すなわち、リヤフレーム２１８と後輪２２０部分に近接して電動機１２、伝達機構１４、変速装置１６が取り付けられている。なお、図１の面の裏面側となる他の側面側には図示しない二次電池が搭載されており、電動機１２に駆動電力を供給する。変速装置１６は、ブラケット２２１によりリヤフレーム２１８に固定されている。

本実施形態において１つの特徴的な部分は、変速装置１６にある。図２において、変速装置１６は、金属製のケース体２４と、ケース体内に設けた２個の回転軸２６，２８と、相互に常時噛合状態でそれらの回転軸に取り付けられた計４個の歯車３０，３２，３４，３６と、係合器３８及びその駆動装置５４のみからなる構造である。

図２〜図４において、電動機１２に隣接配置されたケース体２４は図５〜図７に示すように側面視変形ナス形状のある程度の横幅を有する中空ケースであり、この内部に平行に入力回転軸２６と出力回転軸２８とがそれぞれ回転自在に支持されている。軸受２７，２９が入力回転軸２６を回転自在に軸支すると共に、軸受３１，３３が出力回転軸２８を回転自在に軸支する。入力回転軸の一端側は電動機の出力軸１３に連結されてその回転入力を受けて入力回転軸は回転する。

変速入力部１８は、入力回転軸２６と、入力回転軸にその中心部を同軸にかつ離隔して取り付けた２個の変速入力歯車を含む。変速入力歯車は異なる径を有しておりそれぞれ入力大歯車３０と入力小歯車３２とを含む。これらのいずれの歯車も入力回転軸２６に固定されており、軸と共に回転する。

変速出力部２０は、出力回転軸２８と、出力回転軸にその中心部を同軸にかつ離隔して取り付けた２個の変速出力歯車を含む。変速出力歯車は異なる径を有しておりそれぞれ出力大歯車３４と出力小歯車３６とを含む。これらのいずれの歯車も出力回転軸２８に対して自由回転状態で回転自在に取り付けられている。そして、入力回転軸２６側の歯車と出力回転軸２８側の歯車とはそれぞれ常時噛合状態で配置されている。この実施形態で、入力大歯車３０と、出力小歯車３６とが噛合して第１噛合対を構成するとともに、入力小歯車３２と出力大歯車３４とが噛合して第２噛合対を構成している。第１噛合対と第２噛合対はそれぞれギヤ比が異なっており、例えば第１噛合対が４：６〜４．５：５．５であるのに対し、第２噛合対は２：８〜３：７程度に設定されている。入力回転軸２６が回転すると出力回転軸２８といずれの出力歯車との連結もなされていない状態では入力両歯車の回転にともなって出力両歯車が出力回転軸に対してフリーの状態で噛合回転する。第２噛合対は、第１噛合対に対し低速ではあるが、大きなトルク出力で回転駆動させる。第１噛合対が例えば通常走行時に選択される変速モードであり、例えば一般的な道路走行ではこの第１噛合対の状態（Ｈモード）で走行する。

変速出力部２０には伝達機構１４が接続されており、該伝達機構１４は変速出力部による出力を車輪側に伝達し、後輪を駆動回転させる。具体的には、出力回転軸２８の一端側に駆動プーリ１４２が固定されており、これと後輪２２０側の固定プーリ間にベルト１４４が調帯されて変速出力部２０の出力を伝達させる。

連結解除機構２２は、出力回転軸２８とそれに軸支されたいずれかのフリー歯車とを連結解除自在に連結する連結解除手段であり、特に本実施形態では、出力回転軸に沿って自由に移動可能な係合器３８を有し、この係合器３８の軸方向移動のみで出力回転軸２８と、いずれかの変速出力歯車３４，３６とを連結解除自在に連結させる。

すなわち、係合器３８は、出力回転軸２８の長手方向の所要長さについて移動自在でかつ軸２８と一体回転し、さらにいずれの変速出力歯車３４，３６に対しても軸方向近接移動のみで回り止め状態に着脱係合するように設けられている。

より詳しくは、この回り止め着脱係合構造は、出力回転軸２８と、変速出力歯車３４，３６と、係合器３８と、着脱係合装置５２とを含む。図９に示すように、出力回転軸２８は、ケース体２４内に入力回転軸２６と平行に自由回転自在に支持されており、この出力回転軸２８は、中間部にスプライン部４２を有すると共に該スプライン部以外の部分である両端側の部分には円周部４４を備えた軸棒体から構成されている。スプライン部４２は軸と平行に複数条のキー溝を有している。このスプライン部４２部分に係合器３８の中心部のスプライン孔４６が貫通された状態で軸支され軸と共に係合器を一体回転させる。一方、円周部４４には出力大歯車３４と出力小歯車３６がその中心部軸孔を貫通されており、それぞれ自由回転自在に軸支されている。

係合器３８は、出力回転軸に沿う軸方向移動のみで出力回転軸といずれかの変速出力歯車とを連結解除自在に連結する連結解除機構の１つの要素であり、本実施形態において、この係合器３８は、ある程度の厚み幅を有する略短円筒体からなり、出力回転軸のスプライン部４２の外径輪郭形状より大きなスプライン孔４６を中心部に有している。そして、このスプライン孔４６を出力回転軸のスプライン部４２に嵌挿させて係合器３８は、出力回転軸の軸方向に沿って移動自在となっている。

この実施形態において、係合器３８は、図２ないし図４、図７に示すように、短円柱体の両端面側から出力回転軸２８の軸方向にそれぞれ複数のピン４８を突設させている。図８、図５ないし図７に示すように、一つの面についてそれぞれ円周方向に等間隔で円の内縁に沿って同一半径方向距離で３個のピンが突設固定されている。３本づつのピンは係合器３８の両端面から互いに離隔方向に突設されており、したがって、これらのピンは、係合器３８の両側に配置される出力歯車３４，３６のそれぞれいずれかの面に対向するように設けられている。本実施形態において、係合器３８は、円柱の厚み方向について中央部分の小径部３８１と、その両端側大径部３８２とが一体に固着形成されており厚み方向中央部に円周状の凹部３８３が形成されている。

大小の出力歯車３４，３６にはそれぞれ３個の溝孔５０が穿溝されている。溝孔５０は、係合器３８のピン４８と共に着脱係合装置５２を構成する着脱係合要素としてのピン受部５３であり、特に、係合器３８のピンの軸方向移動で直接に同孔内に、あるいは孔内からピン４８を導入、導出させる。本実施形態において、溝孔５０は、係合器３８のピン４８の回転円周に沿うように中心角が略９０度の円弧状の溝孔で円弧状に等間隔を明けて３個設けられている。これらの溝孔５０は、中心からの半径方向距離がピン４８と同じに設定されている。溝孔５０はある程度の円弧状長さを有しており、ピン４８が溝孔内に嵌入して溝孔５０の端部にピン４８が当接すると係合器３８の回転駆動力がその溝孔５０を有する歯車を回転駆動させる。また、ピン４８が溝孔５０から抜脱されると係合器３８を介した出力回転軸２８といずれかの変速出力歯車との係合が解除され、ニュートラル状態となる。ピン４８に係合する着脱係合要素としては溝孔５０に限らない。例えば単なる貫通孔やメクラ穴、あるいは凹部などでもよい。

係合器３８を出力回転軸２８の軸方向に向けて移動させるための駆動装置５４が同じくケース体２４内に配置されている。駆動装置５４は、係合器３８に係合しつつ出力回転軸２８のスプライン部４２において該係合器３８の軸方向移動を駆動させる軸方向駆動手段であり、特に、本実施形態では、係合器がいずれかの出力歯車とピン-ピン受部係合して係合器自体が出力回転軸２８と一体回転する際にも該係合器と係合して変速切替時の応動性を良好にしている。

詳しくは、駆動装置５４は、駆動部材５６と、駆動機構５８と、を含む。駆動部材５６は、係合器３８自体が出力回転軸２８と一体回転する際にも該係合器３８と軸方向駆動可能に係合する軸方向駆動体であり、本実施形態では図７に示すように一端側を駆動機構５８側に支持されるとともに他端側に係合器３８の円周状凹部３８３に嵌合状に当てられた移動板で構成されている。移動板はその先端部に円周状凹部３８３が形成する小径部に摺動自在に係合する円弧凹部６０を有する。図のように本実施形態では該駆動部材５６は駆動機構５８との接続部側から係合器側に向けて拡大した変形の台形形状をしている。駆動部材５６は円弧凹部６０を係合器３８の中間の小径部に摺動係合した状態のままで出力回転軸２８に平行に軸方向移動する。

駆動機構５８は、駆動部材５６を介して係合器３８をして軸方向に移動させるための駆動源であり、本実施形態において、駆動部材５６の基端側を把持する把持部６２と、把持部の出力回転軸との平行移動を駆動させる原動部６４と、把持部の出力回転軸への平行移動を案内する案内部６６と、を有している。

図２〜図７、図１０、図１１において、出力回転軸２８に隣接してこれと平行に案内軸６８がケース体２４内に固定されている。この案内軸６８に係合支持されて把持部６２が駆動部材５６の基端側を把持している。把持部６２は、弾性調心機構７０を介して間接的に駆動部材５６の基端側を把持している。図１０に示すように、把持部６２は、離隔位置で案内軸６８に先端部を摺動自在に係合する２個のアーム７２，７２と、アームの基端側を共通に固定するベース枠７４と、を有している。２個のアーム７２，７２のそれぞれの先端部には摺動孔７６がそれぞれ穿孔されており、この摺動孔７６を案内軸６８に貫挿させて案内軸６８により駆動部材の基端側が出力回転軸と平行移動するように案内される。駆動部材５６の基部は短管７８に連結されており、この短管７８の孔が案内軸６８に貫挿されて軸方向にスライド自在に移動可能となっている。

把持部６２の２個のアーム７２，７２の係合位置の中間位置の案内軸に駆動部材５６の基部が係合しており、さらに、この両アーム７２，７２と短管７８との間にバネ８０がそれぞれ介装されている。バネ８０は、弾性調心機構７０の主要な要素であり、本実施形態において、２個のコイルばねが両アーム７２，７２と短管７８間に貫挿状態で介装されている。

弾性調心機構７０は、係合器３８がそれぞれの変速出力歯車３４，３６に対して係合動作する際に回り止め状態の正しい係合位置に弾性的な調心作用で配置させる弾性調心手段であり、弾性調心作用により軽い付勢力で係合器をいずれかの出力歯車の側面側に押し付ける。本実施形態において、弾性調心機構７０は、案内軸６８と、同じ案内軸に離隔して係合しつつ案内軸に対してスライド移動するアーム７２，７２と両アームの中間位置において案内軸６８に軸方向スライド自在に係合した駆動部材５６の基部と両アームとの中間に配置したバネ８０と、を含む。バネ８０は、常時、両アームの中央位置に駆動部材の基部が位置するようなばね付勢力を与えて調心作用を行うように設定されている。

図２、図１０において、２個のアーム７２，７２の基端側を共通に固定するベース枠７４には原動部６４による駆動力を機械的に受ける駆動受部８２が設けられている。実施形態において、駆動受部８２は、ベース枠に設けた長方形状の横長孔からなる。駆動受部８２で原動部６４からの駆動力を受けてベース枠７４が矢示ａ−ｂ方向に移動し、最終的に駆動部材５６を出力回転軸と直交方向に本体を向けた状態で同出力回転軸に沿って平行移動させる。なお、８４は、ベース枠７４にブラケットを介して取り付けた当て板、８６は、当て板の当たり方向にストライカスイッチを取り付けたリミットスイッチであり、図１１（ａ）、（ｂ）のようにベース枠７４の移動位置を検出して原動部６４による出力を正しく作用させるようにしている。

原動部６４は、例えばソレノイド８８とソレノイドの回転軸に固定されて横長孔（８２）内に配置さるカム９０で構成されており、ソレノイド８８による回転駆動力でナス型のカム９０が回転するとベース枠７４を矢示ａ−ｂ方向に移動させる。カム９０は１回転するとベース枠７４は元位置に戻るので、例えばソレノイド軸の１８０度回転位置でリミットスイッチがそれぞれ検知し、ソレノイドの回転を停止させるようにしている。原動部６４は、把持部の出力回転軸との平行移動について駆動力を与える機構であればよく、モータとリニアガイド、シリンダ機構その他の駆動方法を用いることができる。

図１において、操向ハンドル２０８には切替スイッチ９２が設置されており、ソレノイド８８と電気的に接続されてフロントパネル内にに設けられた図示しない制御装置を介してソレノイドをいずれかの方向に回転駆動させる。具体的には、切替スイッチ９２は、２つの変速モード（例えば、Ｈ位置とＬ位置）を切替可能に設定し得るようになっており、乗る人の切替操作によりソレノイドを正逆回転させる。制御装置は、トルク出力を良好に発揮させる電動機のモータ回転数を設定するように電動機に対して制御指示を行うほか、切替スイッチとソレノイドモータ、ベース枠の位置検出センサ等に対してそれぞれの動作を司る。

図１３は、本願の実施例に係る変速装置付きの電動二輪自動車と従来の電動二輪自動車との性能比較表である。図に示すように、本願の変速装置を用いた二輪自動車では、変速装置構造が遊星減速機を用いた複雑な構造と多数の部品点数と効率の劣る変速機切替構造である従来の電動二輪自動車に比較し、コスト、１回充電あたりの走行距離、斜度に対する走行性、最高時速の点で優れており、実用性に優れることが分かる。

次に、本実施形態に係る変速装置付の電動軽自動車の作用について説明する。電動軽自動車の起動に際しては、単に図示しない起動用のキー孔にキーを差し込み、キースイッチを起動側に回す。これによって、バッテリの電力が電動機２１１に供給されロータを回転駆動させる。このとき、切替スイッチ９２がＨモードにセットされている場合はエンジン原動機でいわゆる高速（例えば４速あるいは５速）運転状態である。モータ起動時には次第にロータ回転数を増加し、加速していくから、燃焼爆発式のエンジン原動機のような大きな衝撃はなく、緩やかな立ち上がりで次第に増速回転となる。

起動スイッチのオン時に切替スイッチ９２がＨ側に位置しているとき、図２のように係合器３８は、ピン４８とピン受部５３の溝孔５０内に突入して出力小歯車３６に密着状態となっている。このとき、係合器３８は出力回転軸２８のスプライン部４２において回り止めされて同回転軸２８と一体回転状態となっていると共に、出力小歯車３６ともピン４８が溝孔５０端部に当接して回り止め状態となっている。このため、他の歯車噛合対は単に自由回転としつつ、入力回転軸２６側の大歯車３０の回転はこれと歯車噛合する出力回転軸２８側の出力小歯車３６、係合器３８を介して出力回転軸２８を回転駆動させ、それによって、その一端側に連結させた駆動プーリ１４２、ベルト１４４を介して後輪２２０を回転駆動させる。そして、増速後、最も良好にトルク特性を発揮できる回転数に向けて電動機が回転し、この状態で通常の平坦道路や軽度の登り走行を無理なく行える。

ある程度の登り坂に差し掛かるときには、Ｌ（低速）モード変速状態に切り替えて走行すると電動機負荷を軽減しつつ軽快な登坂性を得ることができる。ＨからＬ状態に切り替える際には、電動二輪自動車を停止させる。停止状態で切替スイッチ９２を操作してＬ側に切替設定させると、ソレノイド装置８８が作動してカム９０を回転駆動させ、ベース枠７４をｂ方向に移動させる。このとき、案内軸６８に案内されてベース枠７４がｂ方向に移動すると、係合器３８のピン４８の先端が出力大歯車３４の円弧状溝孔５０内に入り、図３のように係合器が出力回転軸２８と、出力大歯車と、に同時に回り止め状態で係合する。これによって、出力小歯車３６側は係合器３８による連結が解除されて出力回転軸にに対してフリー回転状態となる一方、出力大歯車３４と出力回転軸２８が係合器３８を介して回り止め状態で連結される。そして、モータの起動キーをオンすると、第２の歯車噛合による速度変換状態で伝達機構１４を介して後輪を回転駆動させ、そのまま電動二輪自動車を走行させる。このように、係合器のピンが溝孔等の受部に嵌入するように歯車側に単に押し付け付勢した状態とし、係合器の軸方向移動のみにより、歯車の回転で自然に嵌入するようにした機械的な係合のみで変速のための切替動作を行わせるようにしているから、各部材の駆動のための電力が不要で消費電力が小さく、しかも故障が少なく、メンテナンスも簡単である。また、交合する歯車を支持する入出力軸への噛合負荷が小さく、トルク特性、速度特性を向上させることができる。

係合器３８の軸方向移動の際に、ピン４８の先端が出力大歯車３４の円弧状溝孔５０の位置から外れた相対回転位置にある場合には、図４に示すように、ピン４８の先端が出力大歯車３４の側面に当たり、ａ側のバネ８０のみが圧縮された状態となるとともに、ｂ側のバネ８０は、そのばね特性による自然な状態かあるいは、軽い付勢力で駆動部材５６の基端側をａ方向に押している。このときのバネ８０による付勢は、それぞれのばねのばね力は同じに設定され、駆動部材の基部を常に両アーム７２の中央部に位置させるように付勢する調心作用によるばね付勢力により行う。図１２は、係合器３８を左方向に駆動する場合は右側のばねが圧縮状態、右方向に駆動する場合は左側のばねが圧縮状態となり、ピンの溝孔内嵌入後はいずれについても均等なばね力で中央に付勢される状態となる。この状態で、起動キーを操作してモータを始動させると、入力小歯車３２と出力大歯車３４との噛合により出力大歯車３４が回動し、係合器３８のピン４８が出力大歯車の３個のいずれかの溝孔に落ち込んで嵌入する。そして、溝孔の端部にピン４８が当たる状態で係合器３８と出力回転軸２８とが回り止め状態に係合し、これによって、第２噛合対による変速状態で後輪を回転駆動する。調心作用によるばね付勢力でのピンの歯車側面に対する付勢により、過度の付勢が加わらずに軽度の付勢力でピンを嵌入させ、モータ駆動によるトルク特性である緩やかな増速機能を利用して円滑に変速作用を行わせることができる。さらに、低速状態から、通常走行の高速状態へ切り替える際には、切替スイッチ９２をＨ側に切り替えることにより、上記同様の作用を行いながら変速切替を行うこととなる。

以上、説明したように、本発明の変速装置付きの電動軽自動車によれば、係合器による直線移動のみでいずれかの変速出力歯車と出力回転軸とを連結することができ、構造を簡素化し、制御を簡単として最大トルク出力を容易に生成させることができる。したがって、登坂性が良好で例えば国道において通常予定される斜度を上回る登坂力を保持することができる。また、係合器の直線移動のみで連結切替を行うので、変速動作が単純で消費電力も小さく、１回のバッテリ充電あたりの走行距離を長いものとできる。また、メンテナンスが簡単で故障が少なくしかも簡単な変速構造であるわりには大きな最高速度を得て、実用に充分な性能を発揮しうる。

さらに、本発明は、原動機からの回転入力により回転駆動され径の異なる複数の変速入力歯車を同軸に取り付けた入力回転軸を有する変速入力部と、入力回転軸に平行に対向配置され、変速入力歯車にそれぞれ常時噛合し、変速入力歯車のいずれかと異なるギヤ比の組合せを構成する複数の変速出力歯車をいずれも自由回転可能に同軸に支持して一端側を伝達機構に連結された出力回転軸を有する変速出力部と、出力回転軸に沿う軸方向移動のみで出力回転軸といずれかの変速出力歯車とを連結解除自在に連結する係合器を含む連結解除機構と、を含む変速装置を提供する。変速装置字体の構成は、上記の電動二輪自動車用の変速装置のものと同一である。この場合の他の変速装置としては、たとえば、原動機として電動機以外のエンジン機関を用いる場合がある。また、その変速装置の用途としては軽自動車に限らず、その他の回転出力構造を有する装置の変速装置について用いることができる。

以上説明した本発明の変速装置並びにそれを用いた電動軽自動車によれば、上記した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の本質を逸脱しない範囲において、任意の改変を行ってもよい。

本発明の１実施形態に係る変速装置付きの電動軽自動車の側面図である。 図１のＨ（ハイギア）状態におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。 図２の状態からＬ（ローギア）状態に変位後の拡大断面図である。 図２の状態からＬ（ローギア）状態に変位途中状態の拡大断面図である。 図２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。 図２のＣ−Ｃ線拡大断面図である。 図２のＤ−Ｄ線拡大断面図である。 図２のＥ−Ｅ線側から見た係合器の側面図である。 図２の一点鎖線示のケース体と、実線示の出力回転軸と駆動プーリのみを表示し、他の部分を省略して表した図である。 係合器の駆動機構部分の拡大斜視説明図である。 （ａ），（ｂ）は、駆動機構による係合器の動きとリミットスイッチによる当て板の検出状態を示す図である。 案内軸に貫挿されたばねによる係合器の基端部の自動調心作用を説明する図である。 本願発明実施例と従来の二輪自動車との性能比較説明の表の図である。

符号の説明

１０ 電動軽自動車
１２ 電動機
１４ 伝達機構
１６ 変速装置
１８ 変速入力部
２０ 変速出力部
２２ 連結解除機構
２４ ケース体
２０ 取付枠
２６ （変速）入力回転軸
２８ （変速）出力回転軸
３０ （変速）入力大歯車
３２ （変速）入力小歯車
３４ （変速）出力大歯車
３６ （変速）出力小歯車
３８ 係合器
４２ スプライン部
４６ スプライン孔
４８ ピン
５０ 溝孔
５２ 着脱係合装置
５４ 駆動装置
５６ 駆動部材
５８ 駆動機構
６２ 把持部
７０ 弾性調心機構
８０ ばね
８８ ソレノイド
９２ 切替スイッチ

Claims (9)

1. 原動機からの回転入力により回転駆動され径の異なる複数の変速入力歯車を同軸に取り付けた入力回転軸を有する変速入力部と、
   入力回転軸に平行に対向配置され、変速入力歯車にそれぞれ常時噛合し、変速入力歯車のいずれかと異なるギヤ比の組合せを構成する複数の変速出力歯車をいずれも自由回転可能に同軸に支持して一端側を伝達機構に連結された出力回転軸を有する変速出力部と、
   出力回転軸に沿う軸方向移動のみで出力回転軸といずれかの変速出力歯車とを連結解除自在に連結する係合器を含む連結解除機構と、を含むことを特徴とする変速装置。
2. 係合器は、出力回転軸の長手方向の所要長さについて移動自在でかつ軸と一体回転し、さらにいずれの変速出力歯車に対しても軸方向近接移動のみで回り止め状態に着脱係合することを特徴とする請求項１記載の変速装置。
3. 回り止め状態に着脱係合する構造が、中間部にスプライン部を有するとともに両端側に円周部を形成した出力回転軸と、
   円周部においてそれぞれ軸に対して自由回転自在に軸支された変速出力歯車と、
   スプライン部において軸方向移動自在で出力回転軸と一体回転するように軸支された係合器と、
   係合器とそれぞれの変速出力歯車とが係合器の軸方向移動時に着脱自在に係合する着脱係合装置と、を有することを特徴とする請求項２記載の変速装置。
4. 着脱係合装置は、係合器から出力回転軸方向について両側に突設されたピンと、変速出力歯車に設けられ係合器のピンが入出するピン受部と、を含むことを特徴とする請求項３記載の変速装置。
5. 連結解除機構は、係合器がそれぞれの変速出力歯車に対して係合動作する際に回り止め状態の正しい係合位置に弾性的な調心作用で配置させる弾性調心機構を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の変速装置。
6. 連結解除機構は、係合器がいずれかの出力歯車とピン-ピン受部係合して係合器自体が出力回転軸２８と一体回転する際にも該係合器と軸方向駆動可能に係合する駆動部材を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の変速装置。
7. 弾性調心機構は、駆動部材の両側に配置されて駆動部材の両側からその調心位置に同駆動部材を弾性的に付勢するバネを有することを特徴とする請求項５又は６に記載の変速装置。
8. 機枠に平行配置した入力、出力回転軸について、
   入力回転軸には軸固定歯車、出力回転軸にはフリー回転歯車を取り付け、ギヤ比の異なる複数組合せの入力回転軸と出力回転軸とに取り付けられた歯車同士を常時噛合状態で配置し、出力回転軸に対して一体回転しつつその軸方向に自由に移動可能な係合器を軸方向移動させて所望のフリー回転歯車と出力回転軸とを自在に連結解除しつつ変速出力させる変速装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の変速装置を有する電動軽自動車。
   

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