JP2013044406A - 電動式変速機及び電気自動車用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型に構成でき、しかも狭い空間での組み付け性を良好にできる変速比切換機構を備えた構造を実現する。
【解決手段】シフトフォーク用アクチュエータ２７によりシフトフォーク２５をガイドロッド２６に沿って変位させ、クラッチリング２４により、従動側回転軸８ａと、何れかの従動側歯車２２ａ（２２ｂ）とを連結する。前記シフトフォーク用アクチュエータ２７を構成するボールねじ軸２９を、シフト用電動モータ２８の出力軸と一体とし、その先端部を自由端とする。又、このボールねじ軸２９に装着したボールナット３０により、前記シフトフォーク２５を介して前記クラッチリング２４を変位させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば電気自動車の駆動系、即ち、電動モータから駆動輪にトルクを伝達する動力伝達系の途中に設けて、電動モータを駆動源として変速比を少なくとも２段階に変更する電動式変速機、及び、この様な電動式変速機を組み込んだ電気自動車用駆動装置の改良に関する。

近年に於ける化石燃料の消費量低減の流れを受けて、電気自動車の研究が進み、一部で実施されている。電気自動車の動力源である電動モータは、化石燃料を直接燃焼させる事により動く内燃機関（エンジン）とは異なり、出力軸のトルク及び回転速度の特性が自動車用として好ましい（一般的に、起動時に最大トルクを発生する）ので、必ずしも内燃機関を駆動源とする一般的な自動車の様な変速機を設ける必要はない。但し、電気自動車の場合でも、変速機を設ける事により、加速性能及び高速性能を改善できる。具体的には、変速機を設ける事で、車両の走行速度と加速度との関係を、ガソリンエンジンを搭載した自動車に近い、滑らかなものにできる。この点に就いて、図６を参照しつつ説明する。

例えば、電気自動車の駆動源である電動モータの出力軸と、駆動輪に繋がるデファレンシャルギヤの入力部との間部分に、減速比の大きな動力伝達装置を設けた場合、電気自動車の加速度（Ｇ）と走行速度（km/h）との関係は、図６の実線ａの左半部と鎖線ｂとを連続させた様になる。即ち、低速時の加速性能は優れているが、高速走行ができなくなる。これに対して、前記間部分に減速比の小さな動力伝達装置を設けた場合、前記関係は、図６の鎖線ｃと実線ａの右半部とを連続させた様になる。即ち、高速走行は可能になるが、低速時の加速性能が損なわれる。これに対して、前記出力軸と前記入力部との間に変速機を設け、車速に応じてこの変速機の減速比を変えれば、前記実線ａの左半部と右半部とを連続させた如き特性を得られる。この特性は、図６に破線ｄで示した、同程度の出力を有するガソリンエンジン車とほぼ同等であり、加速性能及び高速性能に関して、ガソリンエンジン車と同等の性能を得られる事が分かる。

図７は、この様な事情に鑑みて考えられた、電気自動車用駆動装置を示している（特願２０１１−０５１２９７）。この先発明に係る電気自動車用駆動装置は、車両駆動用電動モータ１と、摩擦ローラ式減速機２と、変速機３と、回転伝達装置４とを備える。そして、この摩擦ローラ式減速機２の入力軸５と、前記車両駆動用電動モータ１の出力軸６とを互いに同心に配置して、トルクの伝達を可能に接続する。又、前記摩擦ローラ式減速機２の出力軸４９（図８参照）を、前記変速機３の駆動側回転軸７と同心に配置して、トルク伝達可能に接続する。

前記変速機３は、前記駆動側回転軸７と従動側回転軸８との間に、減速比が互いに異なる、１対の歯車伝達機構９ａ、９ｂを設けて成る。そして、１対のクラッチ機構１０ａ、１０ｂの切り換えにより、何れか一方の歯車伝達機構９ａ（９ｂ）のみを、動力の伝達を可能な状態として、前記駆動側回転軸７と前記従動側回転軸８との間の減速比を、高低の２段階に変換可能としている。
更に、前記回転伝達装置４は、複数の歯車を組み合わせた、一般的な歯車伝達機構であり、前記従動側回転軸８の回転をデファレンシャルギヤ１１の入力部に伝達し、左右１対の駆動輪を回転駆動する様に構成している。

尚、前記摩擦ローラ式減速機２としては、特願２０１１−０５１２９７に開示されたものの他、例えば特許文献１に記載されたものが使用できる。図８は、この特許文献１に記載された摩擦ローラ式変速機２を示している。この摩擦ローラ式減速機２は、入力軸５と、出力軸４９と、太陽ローラ１２と、環状ローラ１３と、複数個の遊星ローラ１４、１４と、ローディングカム装置１５とを備える。このうちの太陽ローラ１２は、軸方向に分割された１対の太陽ローラ素子１６ａ、１６ｂを前記入力軸５の周囲に、互いの先端面同士の間に隙間を介在させた状態で互いに同心に、且つ、このうちの一方の太陽ローラ素子１６ａを前記入力軸５に対する相対回転を可能に配置して成る。又、前記各遊星ローラ１４、１４は、遊星軸１７、１７の周囲に回転自在に支持した状態で、それぞれの外周面を前記太陽ローラ１２の外周面と前記環状ローラ１３の内周面とに転がり接触させている。又、前記各遊星軸１７、１７の基端部は、キャリア１８を介して、前記出力軸４９の基端部に結合固定している。更に、前記ローディングカム装置１５は、一方の太陽ローラ素子１６ａと、前記入力軸５との間に設けて、この入力軸５の回転に伴ってこの一方の太陽ローラ素子１６ａを、他方の太陽ローラ素子１６ｂに向け押圧しつつ、これら両太陽ローラ素子１６ａ、１６ｂから成る、前記太陽ローラ１２を回転駆動する。

上述の様な摩擦ローラ式減速機２の運転時には、前記ローディングカム装置１５が発生する軸方向の推力により、前記各遊星ローラ１４、１４の外周面と、前記太陽ローラ１２の外周面及び前記環状ローラ１３の内周面との転がり接触部の面圧が上昇する。この面圧は、前記入力軸５と前記出力軸４９との間で伝達すべきトルクの大きさに応じて上昇する。この状態でこの入力軸５を回転させると、この回転が、前記太陽ローラ１２から前記各遊星ローラ１４、１４に伝わり、これら各遊星ローラ１４、１４がこの太陽ローラ１２の周囲で、自転しつつ公転する。そこで、これら各遊星ローラ１４、１４の公転運動を、前記キャリア１８を介して前記出力軸４９により取り出す。

前述の図７に示した電気自動車用駆動装置の様に、車両駆動用電動モータ１と変速機３との間に摩擦ローラ式変速機２を配置すれば、電気エネルギの効率的利用の為、前記車両駆動用電動モータ１として、小型且つ高回転型（例えば最高回転速度が３万min^-1程度）のものを使用しても、運転時の振動及び騒音を抑えられる。即ち、第一段の減速機として、前記摩擦ローラ式減速機２を使用するので、高速回転部分での振動の発生を抑えられる。それぞれが歯車伝達機構である、前記変速機３及び回転伝達装置４の回転速度は、一般的なガソリンエンジンを搭載した自動車の変速機部分の運転速度と同程度（最高で数千min^-1程度）に抑えられるので、何れの部分でも、不快な振動や騒音が発生する事はない。

ところで、図７に示した電気自動車用駆動装置の場合、前記変速機３の変速比を切り換える為のクラッチ機構１０ａ、１０ｂとして、電磁クラッチの如き、ソレノイドにより駆動されて、平面的な摩擦力により接続されるものを使用する事を考慮している。電気自動車が、軽自動車乃至小型自動車程度の軽量な車両で、駆動源となる前記車両駆動用電動モータ１の出力が余り大きくない場合にはそれでも十分である。これに対して、中型乃至大型の電気自動車で、より大きな電動モータの出力を伝達する事を考慮した場合、単に平面的な摩擦力によるだけで動力伝達を行わせる構造では、変速機３の容量が不足する可能性がある。

この様な場合には、従来から自動車用の手動変速機用として一般的に広く使用されている、常時噛み合い式歯車とシンクロメッシュ機構とを備えた変速機構を利用する事が考えられる。常時噛み合い式歯車とシンクロメッシュ機構とを備えた変速機構に就いては、従来から広く知られており、又、この様な変速機構の変速動作を電動により行う為に使用できる、変速用アクチュエータに就いても、例えば特許文献２、３に記載されている様に、従来から知られている。但し、これら特許文献２、３に記載された構造を含めて、従来から知られている変速用アクチュエータは、特に電気自動車用として開発されたものではなく、狭い空間に組み付ける事を考慮したものではない。一方、電気自動車の駆動部は、内燃機関を駆動源とする自動車に比べて小型に構成される為、変速機の変速比切換機構に関しても、小型に、且つ、狭い空間での組み付け性を確保した構造にする事が必要である。

特開２００４−１１６６７０号公報 特開２００９−１５６４１６号公報 特開２００９−２７０７０９号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、小型に構成でき、しかも狭い空間での組み付け性を良好にできる変速比切換機構を備えた電動式変速機、及び、この電動式変速機を備えた電気自動車用駆動装置を実現すべく発明したものである。

本発明の電動式変速機及び電気自動車用駆動装置のうち、請求項１に記載した電動式変速機は、駆動側回転軸と、複数（例えば２個）の駆動側歯車と、従動側回転軸と、複数（例えば２個）の従動側歯車とを備える。
このうちの駆動側回転軸は、駆動源である電動モータにより、例えば摩擦ローラ式減速機を介して回転駆動される。
又、前記各駆動側歯車は、前記駆動側回転軸の中間部で軸方向に関して互いに離隔した位置に、この駆動側回転軸と同心に設置されている。
又、前記従動側回転軸は、前記駆動側回転軸と平行に配置されている。
又、前記各従動側歯車は、前記従動側回転軸の中間部で軸方向に関して互いに離隔した位置に、この従動側回転軸と同心に設置されて、前記各駆動側歯車とそれぞれ噛合している。

そして、前記各従動側歯車の組み合わせである従動側歯車群と前記各駆動歯車の組み合わせである駆動側歯車群とのうちの一方の歯車群を、この一方の歯車群を設置した、前記駆動側回転軸と前記従動側回転軸とのうちの一方の軸に相対回転を可能に支持している。
これに対して、他方の歯車群を、この他方の歯車群を設置した、前記駆動側回転軸と前記従動側回転軸とのうちの他方の軸に相対回転を不能に（この他方の軸と共に回転する状態で）支持している。

又、前記一方の軸の中間部で前記一方の歯車群を構成する複数の歯車同士の間にクラッチリングを、この一方の軸に対し軸方向の変位を可能に、且つ、この一方の軸と共に回転する状態で設けている。
又、前記クラッチリングを前記一方の軸の軸方向に変位させる事により、このクラッチリングと前記一方の歯車群を構成する何れか１個の歯車とトルク伝達を可能に結合させる、シフトフォークを設けている。
更に、このシフトフォークを前記一方の軸の軸方向に変位させる為の、シフトフォーク用アクチュエータを設けている。

このシフトフォーク用アクチュエータは、シフト用電動モータと、ボールねじ軸と、ボールナットとを備える。
このうちのシフト用電動モータは、シフト用出力軸を回転駆動する為のロータを、モータケース内に設置している。
又、前記ボールねじ軸は、前記シフト用出力軸のうちで前記モータケースから突出した部分の外周面に螺旋状の雄側ボール転動溝を直接形成する事により、前記シフト用出力軸と一体に設けられている。そして、その先端部を何れの部分にも支持されない自由端としている。
更に、前記ボールナットは、前記ボールねじ軸の周囲に配置された状態で、前記シフトフォークの基端部を結合固定すると共に、内周面に形成した雌側ボール転動溝と前記雄側ボール転動溝との間に複数個のボールを転動自在に配置している。そして、前記ボールねじ軸の回転に伴って前記一方の軸の軸方向に変位する。

上述の様な本発明の電動式変速機を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、前記シフトフォークの中間部を、前記駆動側回転軸及び前記従動側回転軸と平行なガイドロッドに、このガイドロッドに沿った変位を可能に支持する。

又、請求項３に記載した発明の様に、前記モータケースとして、外周面の前記ボールナット寄り部分に、このモータケースを変速機用ケーシングの支持壁に支持固定する為のケース側取付フランジを、このボールナット側の軸方向端面に、この支持壁に設けた取付孔に嵌合してこの支持壁に対する前記モータケースの位置決めを図る嵌合凸部を、それぞれ有するものを使用する。
又、前記ボールナットの外周面に、前記シフトフォークの基部を結合固定する為のナット側取付フランジを形成すると共に、前記嵌合凸部の外径を、このナット側取付フランジを含む、前記ボールナットの外接円の直径よりも大きくする。
そして、前記シフトフォークを、このシフトフォークの基端部に形成した通孔を前記シフト用電動モータと逆側から挿通したねじを、前記ナット側取付フランジに直接形成したねじ孔に螺合し更に締め付ける事により、前記ボールナットに対し結合固定する。

又、請求項４に記載した発明の様に、前記ボールねじ軸の先端面に、このボールねじ軸の外径よりも大きく、前記ボールナットの内径よりも大きな外径を有するストッパプレートを固定する。

一方、請求項５に記載した電気自動車用駆動装置は、車両駆動用電動モータと、減速機と、変速機と、回転伝達装置とを備える。
このうちの減速機は、前記車両駆動用電動モータの出力軸と共に回転する入力軸を有するもので、好ましくは、請求項６に記載した発明の様に、摩擦ローラ式減速機とする。
又、前記変速機は、この減速機の出力軸により回転駆動される駆動側回転軸と、従動側回転軸とを有し、これら駆動側回転軸と従動側回転軸との間の減速比を、少なくとも高低の２段階に変換可能とする。
更に、前記回転伝達装置は、前記変速機の従動側回転軸の回転を駆動輪に伝達する。
特に、本発明の電気自動車用駆動装置に於いては、前記変速機を、上述した様な、本発明の電動式変速機とする。

上述の様に構成する本発明によれば、小型に構成でき、しかも狭い空間での組み付け性を良好にできる電動式変速機及び電気自動車用駆動装置を実現できる。
先ず、シフトフォーク用アクチュエータを構成するボールねじ軸の先端部を自由端としており、この先端部を支持する為の転がり軸受等を省略しているので、前記シフトフォーク用アクチュエータの小型・軽量化を図れる。このシフトフォーク用アクチュエータは、シフトフォークを一方の軸の軸方向に変位させ、クラッチリングを同方向に変位させる事により変速比の切換を行うもので、この軸方向以外（径方向）に大きな力が作用する事はない。又、前記シフトフォークは、例えば請求項２に記載した発明の様に、ガイドロッドに沿う変位のみを可能に支持する事で、前記シフトフォークに前記軸方向以外に加わる力を、より一層低減できる。従って、特に変速機としての機能を損なう事なく、前記シフトフォーク用アクチュエータの小型・軽量化を図れる。

又、請求項３に記載した発明の様に、嵌合凸部の外径をボールナットの外接円の直径よりも大きくすれば、予めこのボールナットを前記ボールねじ軸に組み付けた状態で、このボールナットを、変速機用ケーシングの支持壁に形成した取付孔に挿通できる。そして、モータケースの外周面に形成されたケース側取付フランジを、この取付孔の周囲部分で、前記支持壁の片側面に突き当てて、このケース側取付フランジをこの支持壁にねじ止め固定できる。この場合に、請求項４に記載した発明の様に、前記ボールねじ軸の先端部にストッパプレートを固定しておけば、組立作業中に、前記ボールナットがこのボールねじ軸から不用意に抜け出る事を防止できて、この組立作業をより容易化できる。
更に、変速機構を、従来から手動変速機用として一般的に広く使用されている構造にできるので、トルクの伝達容量を十分に大きくできる。

本発明の実施の形態の１例を示す、電気自動車用駆動装置の全体構成を示す斜視図。 図１の中央部拡大図。 変速比切換機構部分を取り出して示す、図２の左上図の正投影図。 図３の右方から見た正投影図。 図４のＡ−Ａ断面図。 電気自動車用駆動装置に変速機を組み込む事による効果を説明する為の線図。 先発明に係る電気自動車用駆動装置の斜視図。 従来から知られている摩擦ローラ式減速機の断面図。

図１〜５は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の電気自動車用駆動装置は、１個の車両駆動用電動モータ１ａにより左右１対の駆動輪１９ａ、１９ｂ（ＦＦ車の場合には左右前輪）を回転駆動する様にしている。この為に、前記車両駆動用電動モータ１ａと前記両駆動輪１９ａ、１９ｂとの間に、この車両駆動用電動モータ１ａの側から順番に、摩擦ローラ式変速機２ａと、変速機３ａと、デファレンシャルギヤ１１（図６参照）と、左右１対のドライブシャフト２０ａ、２０ｂとを、トルクの伝達方向に関して互いに直列に配置している。尚、これら両ドライブシャフト２０ａ、２０ｂの両端部と、前記駆動輪１９ａ、１９ｂのハブ及び前記デファレンシャルギヤ１１の出力部との間には、それぞれツェッパ型又はトリポード型の等速ジョイントを設けている。又、前記車両駆動用電動モータ１ａは、電気自動車駆動用の電動モータとして従来から一般的に使用されているもので、出力軸と共に回転するロータと、通電に伴ってこのロータを回転させるステータと、回転制御用のレゾルバとを備える。この様な車両駆動用電動モータ１ａのステータは、前記摩擦ローラ変速機２ａと同心に配置した状態で、この摩擦ローラ変速機２ａと共に、図示しない変速機用ケーシング内に保持する。

本発明の特徴である、前記変速機３ａは、駆動側回転軸７ａと、１対の駆動側歯車２１ａ、２１ｂと、従動側回転軸８ａと、１対の従動側歯車２２ａ、２２ｂとを備える。
このうちの駆動側回転軸７ａは、前記摩擦ローラ式減速機２ａの出力軸２３に、この出力軸２３と同心に結合された状態で、単列深溝型或いはアンギュラ型の玉軸受、円すいころ軸受の如き、ラジアル荷重に加えてアキシアル荷重も支承可能な、複数（例えば両端部に設けた１対）の転がり軸受により、図示しない変速機用ケーシングの内側に、回転可能に支持している。従って、前記車両駆動用電動モータ１ａの通電時に前記駆動側回転軸７ａは、前記摩擦ローラ式減速機２ａを介して、この摩擦ローラ式減速機２ａの減速比に応じた速度で回転駆動される。前記両駆動側歯車２１ａ、２１ｂは、前記駆動側回転軸７ａの中間部で軸方向に関して互いに離隔した２箇所位置に、この駆動側回転軸７ａと同心に支持固定しており、この駆動側回転軸７ａと共に回転する。前記両駆動側歯車２１ａ、２１ｂのうち、一方の駆動側歯車２１ａのピッチ円直径は、他方の駆動側歯車２１ｂのピッチ円直径よりも小さく、それに合わせて歯数も少ない。

又、前記従動側回転軸８ａは、前記駆動側回転軸７ａと平行に配置されており、やはりラジアル荷重に加えてアキシアル荷重も支承可能な、複数（例えば両端部に設けた１対）の転がり軸受により、図示しない変速機用ケーシングの内側に、回転可能に支持している。前記両従動側歯車２２ａ、２２ｂは、前記従動側回転軸８ａの中間部で軸方向に関して互いに離隔した２箇所位置に、この従動側回転軸８ａと同心に設置している。前記両従動側歯車２２ａ、２２ｂのうち、一方の従動側歯車２２ａのピッチ円直径は、他方の従動側歯車２２ｂのピッチ円直径よりも大きく、それに合わせて歯数も多い。特に、これら両従動歯車２２ａ、２２ｂは前記従動側回転軸８ａの周囲に、ラジアルニードル軸受及びアキシアルニードル軸受等の軸受を介して、この従動側回転軸８ａに対する相対回転を可能に、且つ、軸方向の変位を抑えた状態で支持している。この状態で前記両従動側歯車２２ａ、２２ｂは、前記両駆動側歯車２１ａ、２１ｂと常に噛合している。

又、前記従動側回転軸８ａの中間部で前記両従動側歯車２２ａ、２２ｂ同士の間にクラッチリング２４を、この従動側回転軸８ａに対し軸方向の変位を可能に、且つ、この従動側回転軸８ａと共に回転する状態で設けている。この為に、例えば、この従動側回転軸８ａの内周面と前記クラッチリング２４の内周面とをスプライン係合させている。そして、このクラッチリング２４の軸方向両側面と、前記両従動側歯車２２ａ、２２ｂの軸方向側面でこのクラッチリング２４の軸方向側面と対向する部分との間に係脱機構を設けて、このクラッチリング２４がスライドした側（このクラッチリング２４が近付いて互いに側面同士を係合させた側）の従動側歯車２２ａ（２２ｂ）が、前記従動側回転軸８ａと同期して回転する様にしている。尚、前記係脱機構の構造は特に問わないが、前述した様に、手動変速機用として一般的に広く使用されているシンクロメッシュ機構が、好ましく使用できる。

上述の様に、前記両従動側歯車２２ａ、２２ｂのうちに何れか一方の従動側歯車２２ａ（２２ｂ）を前記従動側回転軸８ａに対し択一的に接続する為の前記クラッチリング２４は、シフトフォーク２５により、この従動側回転軸８ａの軸方向にスライドさせる。このシフトフォーク２５の中間部は、この従動側回転軸８ａと平行に配置された中空管状のガイドロッド２６により、前記図示しない変速機用ケーシングの内側に、前記従動側回転軸８ａの軸方向の変位を可能に支持している。又、前記シフトフォーク２５の先端部に設けた係合凸部は、前記クラッチリング２４の外周面に全周に亙り形成した係止凹溝に係合させて、このクラッチリング２４の回転に拘らず、前記シフトフォーク２５の軸方向変位をこのクラッチリング２４に伝達可能としている。

更に、シフトフォーク用アクチュエータ２７により、前記シフトフォーク２５を前記従動側回転軸８ａの軸方向に変位させる様にしている。このシフトフォーク用アクチュエータ２７は、シフト用電動モータ２８と、ボールねじ軸２９と、ボールナット３０とを備える。
このうちのシフト用電動モータ２８は、シフト用出力軸３１を回転駆動する為のロータ３２を、モータケース３３内に設置している。そして、レゾルバ３４の検出信号によりステータ３５への通電を制御し、前記シフト用出力軸３１を、所定方向に所定量だけ回転駆動する様にしている。

又、前記ボールねじ軸２９は、前記シフト用出力軸３１のうちで前記モータケース３３から突出した部分の外周面に螺旋状の雄側ボール転動溝３６を直接形成する事により、前記シフト用出力軸３１と一体に設けられている。このシフト用出力軸３１は、中間部を複列玉軸受ユニット３７により、前記モータケース３３の蓋部３８に、回転自在に支持している。この複列玉軸受ユニット３７は、深溝型或いはアンギュラ型の単列玉軸受を２個、背面組み合わせ型の接触角と共に与圧を付与した状態で組み合わせたもので、前記シフト用出力軸３１に加わる、ラジアル荷重及び両方向のアキシアル荷重を支承可能である。又、このシフト用出力軸３１の基端部（図５の右端部）は、前記モータケース３３の底部に、単列深溝型等の玉軸受３９により、回転自在に支持している。この玉軸受３９は、小さなラジアル荷重を支承するのみで、アキシアル荷重を支承する事はない。一方、前記シフト用出力軸３１の先端部でもある、前記ボールねじ軸２９の先端部は、何れの部分にも支持されない、自由端としている。

更に、前記ボールナット３０は、前記ボールねじ軸２９の周囲に配置された状態で、前記シフトフォーク２５の基端部を結合固定している。この為に、前記ボールナット３０の外周面に、このシフトフォーク２５の基端部を結合固定する為のナット側取付フランジ４０を形成し、このナット側取付フランジ４０の円周方向複数箇所に、ねじ孔を形成している。一方、前記シフトフォーク２５の基端部に、前記ボールねじ軸２９を緩く挿通可能な貫通孔５０と、この貫通孔５０の周囲で前記各ねじ孔に整合する部分に複数の通孔を、それぞれ形成している。そして、前記シフトフォーク２５の基端部を前記ナット側取付フランジ４０のうち、前記シフト用電動モータ２８と反対側の側面に重ね合わせた状態で、前記各通孔をこのシフト用電動モータ２８と反対側から挿通したねじ５１、５１を、前記ナット側取付フランジ４０のねじ孔に螺合し更に締め付けている。この結果、前記シフトフォーク２５が前記ボールナット３０に対し結合固定される。この状態では、これらシフトフォーク２５とボールナット３０とが前記ガイドロッド２６に沿って同期して変位する。そして、このシフトフォーク２５がこのガイドロッド２６を中心に回転したり揺動変位したりする事が無くなる。又、前記ボールナット３０が前記ボールねじ軸２９と共に回転する事も阻止される。要するに、このボールねじ軸２９の回転に伴って前記ボールナット３０がこのボールねじ軸２９の軸方向に変位し、この変位が前記クラッチリング２４にほぼそのまま伝わる様になる。

この様に、前記ボールねじ軸２９の回転に伴って前記ボールナット３０を軸方向に変位させる為に、このボールナット３０の内周面に形成した雌側ボール転動溝４１と、前記雄側ボール転動溝３６との間に、複数個のボール４２、４２を転動自在に配置して、広く知られた、送りボールねじ機構を構成している。この様にして、前記ボールねじ軸２９の周囲に前記ボールナット３０を、前記各ボール４２、４２を介して装着した後、このボールねじ軸２９の先端面に、ストッパプレート４３をねじ止め等により固定している。このストッパプレート４３の外径は、前記ボールねじ軸２９の外径よりも大きく、前記ボールナット３０の内径よりも大きい。従って、組み付け後このボールナット３０が、前記ボールねじ軸２９から、不用意に抜け出る事はない。

一方、前記シフト用電動モータ２８は、前記図示しない変速機用ケーシングの内部に設けた支持壁に対し、位置決めした状態で、複数本のボルト４４、４４により固定している。この位置決めの為に、前記モータケース３３の蓋部３８の外周面にケース側取付フランジ４５を、この蓋部３８の外端面、即ち、前記ボールナット３０側の軸方向端面に嵌合凸部４６を、それぞれ形成している。この嵌合凸部４６は、前記支持壁に設けた取付孔にがたつきなく嵌合して、この支持壁に対する前記モータケース３３の位置決めを図る。この様な役目を有する、前記嵌合凸部４６の外径は、前記ボールナット３０の外接円の直径（前記ナット側取付フランジ４０の外径）よりも大きい。従って、本例の電動式変速機を組み立てる場合に、前記ボールナット３０を前記ボールねじ軸２９に予め組み付けた状態で、これらボールねじ軸２９及びボールナット３０を、前記支持壁に設けた取付孔に、図３、５の右から左に挿通できる。

上述の様に構成する本例の電動式変速機は、前記シフト用電動モータ２８により前記クラッチリング２４を軸方向に変位させ、前記２組の駆動側、従動側各歯車２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂのうちの何れか一方の駆動側、従動側両歯車２１ａ、２２ａ（２１ｂ、２２ｂ）同士の間でトルクの伝達を可能にする。この結果、前記従動側回転軸８ａに伝達されたトルクは、この従動側回転軸８ａの一部に固設された歯車４７と、この歯車４７に噛合した歯車４８とを含む歯車伝達装置４ａにより、前記デファレンシャルギヤ１１に伝達され、前記両ドライブシャフト２０ａ、２０ｂを介して、前記両駆動輪１９ａ、１９ｂを回転駆動する。

上述の様に構成し作用する本発明の電動式変速機及び電気自動車用駆動装置によれば、小型に構成でき、しかも狭い空間での組み付け性を良好にできる。
先ず、前記シフトフォーク用アクチュエータ２７を構成する前記ボールねじ軸２９の先端部を自由端としており、この先端部を支持する為の転がり軸受等を省略している。この為、この転がり軸受等自体が不要になるだけでなく、この転がり軸受等の設置空間を確保する必要がなくなり、前記シフトフォーク用アクチュエータ２７の小型・軽量化を図れる。このシフトフォーク用アクチュエータ２７は、前記シフトフォーク２５を前記従動側回転軸８ａの軸方向に変位させ、前記クラッチリング２４を同方向に変位させる事により変速比の切換を行うもので、この軸方向以外（径方向）に大きな力が作用する事はない。従って、前記ボールねじ軸２９の先端部を自由端としても、このボールねじ軸２９の強度及び剛性に、特に問題を生じる事はない。しかも、本例の構造の場合には、前記シフトフォーク２５は、前記ガイドロッド２６と、前記ボールナット３０のナット側取付フランジ４０との２箇所位置で、前記従動側回転軸８ａの軸方向の変位のみを可能に支持している。従って、前記シフトフォーク２５の支持強度及び剛性を、前記従動側回転軸８ａの軸方向以外に関して、十分に大きくできる。この為、特に変速機としての機能を損なう事なく、前記シフトフォーク用アクチュエータ２７の小型・軽量化を図れる。

更に、本例の構造の場合には、前記シフト用電動モータ２８側に設けた嵌合凸部４６の外径を、前記ボールナット３０の外周面に形成したナット側取付フランジ４０の外径よりも大きくしている。この為、予め前記ボールナット３０を前記ボールねじ軸２９に組み付けた状態で、このボールねじ軸２９をこのボールナット３０と共に、前記変速機用ケーシングの支持壁に形成した取付孔に挿通できる。そして、前記モータケース３３の蓋部３８の外周面に設けたケース側取付フランジ４５を、前記取付孔の周囲部分で、前記支持壁の片側面に突き当てて、このケース側取付フランジ４５をこの支持壁にねじ止め固定できる。この場合に、前記ボールねじ軸２９の先端部にストッパプレート４３をねじ止め固定している為、前記ボールねじ軸２９の先端部を下に向けても、前記ボールナット３０がこのボールねじ軸２９から不用意に抜け出る事を防止できる。従って、組立作業時に、構成各部品の方向を規制したり、前記ボールナット３０を抑えておく必要が無く、この組立作業をより容易化できる。

本発明を実施する場合に、各従動側歯車を従動側回転軸にこの従動側回転軸と共に回転する状態で支持すると共に、各駆動側歯車を駆動側回転軸に対し相対回転を可能に支持し、クラッチリングをこの駆動側回転軸の周囲に配置する事もできる。更に、この駆動側回転軸の周囲に駆動側歯車を、前記従動側回転軸の周囲に従動側歯車を、それぞれ３個以上設けると共に、前記クラッチリングを２個以上設け、何れかのクラッチリングにより何れか１組の駆動側歯車と従動側歯車とを動力の伝達を可能にする事で、変速比を３段以上に切換可能にする事もできる。

１、１ａ 車両駆動用電動モータ
２、２ａ 摩擦ローラ式減速機
３、３ａ 変速機
４、４ａ 回転伝達装置
５ 入力軸
６ 出力軸
７、７ａ 駆動側回転軸
８、８ａ 従動側回転軸
９ａ、９ｂ 歯車伝達機構
１０ａ、１０ｂ クラッチ機構
１１ デファレンシャルギヤ
１２ 太陽ローラ
１３ 環状ローラ
１４ 遊星ローラ
１５ ローディングカム装置
１６ａ、１６ｂ 太陽ローラ素子
１７ 遊星軸
１８ キャリア
１９ａ、１９ｂ 駆動輪
２０ａ、２０ｂ ドライブシャフト
２１ａ、２１ｂ 駆動側歯車
２２ａ、２２ｂ 従動側歯車
２３ 出力軸
２４ クラッチリング
２５ シフトフォーク
２６ ガイドロッド
２７ シフトフォーク用アクチュエータ
２８ シフト用電動モータ
２９ ボールねじ軸
３０ ボールナット
３１ シフト用出力軸
３２ ロータ
３３ モータケース
３４ レゾルバ
３５ ステータ
３６ 雄側ボール転動溝
３７ 複列玉軸受ユニット
３８ 蓋部
３９ 玉軸受
４０ ナット側取付フランジ
４１ 雌側ボール転動溝
４２ ボール
４３ ストッパプレート
４４ ボルト
４５ ケース側取付フランジ
４６ 嵌合凸部
４７ 歯車
４８ 歯車
４９ 出力軸
５０ 貫通孔
５１ ねじ

Claims (6)

1. 駆動源である電動モータにより回転駆動される駆動側回転軸と、この駆動側回転軸の中間部で軸方向に関して互いに離隔した位置に、この駆動側回転軸と同心に設置された複数の駆動側歯車と、この駆動側回転軸と平行に配置された従動側回転軸と、この従動側回転軸の中間部で軸方向に関して互いに離隔した位置に、この従動側回転軸と同心に設置され、前記各駆動側歯車とそれぞれ噛合した複数の従動側歯車とを備え、
   これら各従動側歯車の組み合わせである従動側歯車群と前記各駆動側歯車の組み合わせである駆動側歯車群とのうちの一方の歯車群を、この一方の歯車群を設置した、前記駆動側回転軸と前記従動側回転軸とのうちの一方の軸に相対回転を可能に支持すると共に、他方の歯車群を、この他方の歯車群を設置した、前記駆動側回転軸と前記従動側回転軸とのうちの他方の軸に相対回転を不能に支持しており、
   前記一方の軸の中間部で前記一方の歯車群を構成する複数の歯車同士の間に、この一方の軸に対し軸方向の変位を可能に、且つ、この一方の軸と共に回転する状態で設けられたクラッチリングと、このクラッチリングをこの一方の軸の軸方向に変位させる事により、このクラッチリングと前記一方の歯車群を構成する何れか１個の歯車とトルク伝達を可能に結合させるシフトフォークと、このシフトフォークを前記一方の軸の軸方向に変位させる為のシフトフォーク用アクチュエータとを備え、
   このシフトフォーク用アクチュエータは、シフト用出力軸を回転駆動する為のロータをモータケース内に設置したシフト用電動モータと、このシフト用出力軸のうちでこのモータケースから突出した部分の外周面に螺旋状の雄側ボール転動溝を直接形成する事により、前記シフト用出力軸と一体に設けられ、その先端部を何れの部分にも支持されない自由端としたボールねじ軸と、このボールねじ軸の周囲に配置された状態で前記シフトフォークの基端部を結合固定すると共に、内周面に形成した雌側ボール転動溝と前記雄側ボール転動溝との間に複数個のボールを転動自在に配置して成り、前記ボールねじ軸の回転に伴って前記一方の軸の軸方向に変位するボールナットとを備えたものである
   電動式変速機。
2. 前記シフトフォークの中間部が、前記駆動側回転軸及び前記従動側回転軸と平行なガイドロッドに、このガイドロッドに沿った変位を可能に支持されている、請求項１に記載した電動式変速機。
3. 前記モータケースは、外周面の前記ボールナット寄り部分に、このモータケースを変速機用ケーシングの支持壁に支持固定する為のケース側取付フランジを、このボールナット側の軸方向端面に、この支持壁に設けた取付孔に嵌合してこの支持壁に対する前記モータケースの位置決めを図る嵌合凸部を、それぞれ有するものであり、前記ボールナットの外周面に、前記シフトフォークの基端部を結合固定する為のナット側取付フランジが形成されており、前記嵌合凸部の外径が、このナット側取付フランジを含む、前記ボールナットの外接円の直径よりも大きく、前記シフトフォークは、このシフトフォークの基端部に形成した通孔を前記シフト用電動モータと反対側から挿通したねじを、前記ナット側取付フランジに直接形成したねじ孔に螺合し更に締め付ける事により、前記ボールナットに対し結合固定されている、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した電動式変速機。
4. 前記ボールねじ軸の先端面に、このボールねじ軸の外径よりも大きく、前記ボールナットの内径よりも大きな外径を有するストッパプレートを固定している、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した電動式変速機。
5. 車両駆動用電動モータと、この車両駆動用電動モータの出力軸と共に回転する入力軸を有する減速機と、この減速機の出力軸により回転駆動される駆動側回転軸と、従動側回転軸とを有し、これら駆動側回転軸と従動側回転軸との間の減速比を、少なくとも高低の２段階に変換可能な変速機と、この変速機の従動側回転軸の回転を駆動輪に伝達する為の回転伝達装置とを備えた電気自動車用駆動装置に於いて、前記変速機が、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した電動式変速機である事を特徴とする電気自動車用駆動装置。
6. 減速機が摩擦ローラ式減速機である、請求項５に記載した電気自動車用駆動装置。

Images