JP2020008139A - 電動車両用変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両用変速機において、１つのシングルピニオン遊星歯車組を用いた簡易な構成により、前進３段の変速段を実現する。【解決手段】電動車両用変速機２０は、３つの回転要素を有する１つのシングルピニオン遊星歯車組２３と、３つの回転要素の間の相対回転を規定する複数の締結要素と、を備え、モータ１０の回転方向と複数の締結要素の締結状態との組み合わせに応じて、入力回転軸２１の回転を減速して出力回転軸２２から出力する減速モード、入力回転軸２１の回転を等速で出力回転軸２２から出力する直結モード、入力回転軸２１の回転を増速して出力回転軸２２から出力する増速モード、の前進３段の変速段が切り替わる。【選択図】 図１

Description

本発明は、電動車両用変速機に関する。

特許文献１には、１つのシングルピニオン遊星歯車組を用いて前進２段の変速段を実現した変速機が開示されている。また、特許文献２には、１つのラビニョウ遊星歯車組を用いて前進３段の変速段を実現した変速機が開示されている。

特開２０１７−１８０６６９号公報 特開２０１３−１４５００１号公報

変速段が前進２段の場合は、低車速領域での駆動力と最高車速とを両立させようとすると段間比が大きくなり、変速ショックが発生する可能性がある。このため、変速機の変速段は前進３段とすることが好ましい。一方で、ラビニョウ遊星歯車組を用いて前進３段の変速段を実現した場合は、構造が複雑になりコストも高くなるという問題がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、電動車両用変速機において、１つのシングルピニオン遊星歯車組を用いた簡易な構成により、前進３段の変速段を実現することを目的とする。

本発明のある態様によれば、モータから駆動輪への動力伝達経路に設けられる電動車両用変速機であって、前記モータから回転が入力される入力回転軸と、前記駆動輪へ回転を出力する出力回転軸と、前記入力回転軸と前記出力回転軸との間に設けられ、３つの回転要素を有する１つのシングルピニオン遊星歯車組と、前記３つの回転要素の間の相対回転を規定する複数の摩擦締結と、を備え、前記モータの回転方向と前記複数の締結要素の締結状態との組み合わせに応じて、前記入力回転軸の回転を減速して前記出力回転軸から出力する減速モード、前記入力回転軸と前記出力回転軸とを直結する直結モード、前記入力回転軸の回転を増速して前記出力回転軸から出力する増速モード、の前進３段の変速段が切り替わる、ことを特徴とする電動車両用変速機が提供される。

これによれば、モータの回転方向と複数の締結要素の締結状態との組み合わせに応じて、電動車両用変速機の３つのモードが切り替わる。よって、１つのシングルピニオン遊星歯車組を用いた簡易な構成により、前進３段の変速段を実現できる。

本発明の実施形態に係る電動車両用変速機を備える車両の概略構成図である。 減速モードにおける動力伝達経路について説明するための図である。 直結モードにおける動力伝達経路について説明するための図である。 増速モードにおける動力伝達経路について説明するための図である。 減速モードを示す共線図である。 直結モードを示す共線図である。 増速モードを示す共線図である。 変形例の減速モードを示す共線図である。 変形例の直結モードを示す共線図である。 変形例の増速モードを示す共線図である。 他の変形例の減速モードを示す共線図である。 他の変形例の直結モードを示す共線図である。 他の変形例の増速モードを示す共線図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電動車両用変速機（以下、変速機という。）２０が適用された車両１００の概略構成図である。

車両１００は、駆動源としてモータ１０を備える電動車両である。変速機２０は、モータ１０から駆動輪３０への動力伝達経路に設けられる。

モータ１０は、バッテリ（図示せず）から電力供給を受けて回転駆動する電動機としての機能と、外力により回転して発電する発電機としての機能と、を有する。回生制御が行われている場合には、モータ１０は発電機として機能する。

変速機２０は、モータ１０から回転が入力される入力回転軸２１と、駆動輪３０へ回転を出力する出力回転軸２２と、入力回転軸２１と出力回転軸２２との間に設けられる１つのシングルピニオン遊星歯車組（以下、遊星歯車組という。）２３と、複数の締結要素としての第１クラッチ２４、第２クラッチ２５、第１ブレーキ２６、及び第２ブレーキ２７（図２Ａ〜図２Ｃ参照）と、を備える。なお、図１では、複数の締結要素については記載を省略している。

また、変速機２０は、モータ１０の回転軸１１に対して入力回転軸２１がオフセットした位置に配置されており、モータ１０の回転が減速機としての減速ギヤ列４０を介して入力回転軸２１に入力される。

変速機２０の出力回転軸２２から出力された回転は、減速ギヤ列５０を介して駆動輪３０に伝達される。

遊星歯車組２３は、回転不能に設けられた固定部材としてのケース２８に収容される。遊星歯車組２３は、３つの回転要素として、サンギヤ２３ａ、ピニオンギヤ２３ｄを支持するキャリア２３ｂ、及びリングギヤ２３ｃを有する。サンギヤ２３ａは、入力回転軸２１と結合されている。

図２Ａ〜図２Ｃに示すように、第１クラッチ２４は、リングギヤ２３ｃと出力回転軸２２との間に設けられ、第２クラッチ２５は、キャリア２３ｂと出力回転軸２２との間に設けられ、第１ブレーキ２６は、リングギヤ２３ｃとケース２８との間に設けられ、第２ブレーキ２７は、キャリア２３ｂとケース２８との間に設けられる。

図２Ａは、各締結要素の締結状態として、第２クラッチ２５及び第１ブレーキ２６が締結され、第１クラッチ２４及び第２ブレーキ２７が解放された状態を示している。

この状態では、キャリア２３ｂが回転自在となり、リングギヤ２３ｃが回転不能となる。また、キャリア２３ｂが出力回転軸２２と結合される。よって、入力回転軸２１に入力された回転は、図２Ａに破線で示す動力伝達経路を通って出力回転軸２２に伝達される。

これによれば、図３Ａの共線図に示すように、モータ１０が第１方向に回転（以下、第１方向への回転を「正回転」という。）して入力回転軸２１に回転が入力されると、入力回転軸２１からサンギヤ２３ａに伝達された回転が、減速してキャリア２３ｂに結合された出力回転軸２２から出力される。このときの出力回転軸２２の回転方向は、入力回転軸２１の回転方向と同じ方向である。

よって、変速機２０は、モータ１０の回転方向が正回転であって、第２クラッチ２５及び第１ブレーキ２６が締結され、且つ、第１クラッチ２４及び第２ブレーキ２７が解放された状態では、入力回転軸２１の回転を減速して出力回転軸２２から出力する減速モードとなる。

図２Ｂは、各締結要素の締結状態として、第１クラッチ２４及び第２クラッチ２５が締結され、第１ブレーキ２６及び第２ブレーキ２７が解放された状態を示している。

この状態では、キャリア２３ｂ及びリングギヤ２３ｃが回転自在となるとともに、それぞれが出力回転軸２２と結合されて互いの相対回転が規制される。よって、キャリア２３ｂ及びリングギヤ２３ｃは、ピニオンギヤ２３ｄを介してサンギヤ２３ａと直結された状態となる。

つまり、サンギヤ２３ａが回転すると、キャリア２３ｂ及びリングギヤ２３ｃもサンギヤ２３ａと一体となって回転する。よって、入力回転軸２１に入力された回転は、図２Ｂに破線で示す動力伝達経路を通って出力回転軸２２に伝達される。

これによれば、図３Ｂの共線図に示すように、モータ１０が正回転して入力回転軸２１に回転が入力されると、入力回転軸２１からサンギヤ２３ａに伝達された回転が、等速でキャリア２３ｂ及びリングギヤ２３ｃに結合された出力回転軸２２から出力される。このときの出力回転軸２２の回転方向は、入力回転軸２１の回転方向と同じ方向である。

よって、変速機２０は、モータ１０の回転方向が正回転であって、第１クラッチ２４及び第２クラッチ２５が締結され、且つ、第１ブレーキ２６及び第２ブレーキ２７が解放された状態では、入力回転軸２１の回転を等速で出力回転軸２２から出力する直結モードとなる。

図２Ｃは、各締結要素の締結状態として、第１クラッチ２４及び第２ブレーキ２７が締結され、第２クラッチ２５及び第１ブレーキ２６が解放された状態を示している。

この状態では、リングギヤ２３ｃが回転自在となり、キャリア２３ｂが回転不能となる。また、リングギヤ２３ｃが出力回転軸２２と結合される。よって、入力回転軸２１に入力された回転は、図２Ｃに破線で示す動力伝達経路を通って出力回転軸２２に伝達される。

これによれば、図３Ｃの共線図に示すように、モータ１０が第２方向に回転（以下、第２方向への回転を「逆回転」という。）して入力回転軸２１に回転が入力されると、入力回転軸２１からサンギヤ２３ａに伝達された回転が、増速してリングギヤ２３ｃに結合された出力回転軸２２から出力される。このときの出力回転軸２２の回転方向は、入力回転軸２１の回転方向と逆方向であり、減速モード及び直結モードにおける回転方向と同じ方向である。

よって、変速機２０は、モータ１０の回転方向が逆回転であって、第２クラッチ２５及び第１ブレーキ２６が締結され、且つ、第１クラッチ２４及び第２ブレーキ２７が解放された状態では、入力回転軸２１の回転を増速して出力回転軸２２から出力する増速モードとなる。

このように、本実施形態の変速機２０は、第１クラッチ２４、第２クラッチ２５、第１ブレーキ２６、及び第２ブレーキ２７の締結状態を変更することで、サンギヤ２３ａ、キャリア２３ｂ、及びリングギヤ２３ｃそれぞれの間の互いの相対回転が、各締結状態に応じた所定のギヤ比及び回転方向による相対回転に規定される。

そして、各締結要素の締結状態とモータ１０の回転方向との組み合わせを変更することで、減速モード、直結モード、増速モードの３つのモード、すなわち、前進３段の変速段が切り替わるようになっている。

以上述べたように、本実施形態の電動車両用変速機２０は、モータ１０から回転が入力される入力回転軸２１と、駆動輪３０へ回転を出力する出力回転軸２２と、入力回転軸２１と出力回転軸２２との間に設けられ、３つの回転要素を有する１つのシングルピニオン遊星歯車組２３と、３つの回転要素の間の相対回転を規定する複数の締結要素と、を備え、モータ１０の回転方向と複数の締結要素の締結状態との組み合わせに応じて、入力回転軸２１の回転を減速して出力回転軸２２から出力する減速モード、入力回転軸２１の回転を等速で出力回転軸２２から出力する直結モード、入力回転軸２１の回転を増速して出力回転軸２２から出力する増速モード、の前進３段の変速段が切り替わる。

より具体的には、変速機２０は、回転不能に設けられたケース２８を備え、３つの回転要素は、サンギヤ２３ａ、ピニオンギヤ２３ｄを支持するキャリア２３ｂ、及びリングギヤ２３ｃであり、複数の締結要素は、リングギヤ２３ｃと出力回転軸２２との間に設けられた第１クラッチ２４、キャリア２３ｂと出力回転軸２２との間に設けられた第２クラッチ２５、リングギヤ２３ｃとケース２８との間に設けられた第１ブレーキ２６、及びキャリア２３ｂとケース２８との間に設けられた第２ブレーキ２７であり、サンギヤ２３ａは、入力回転軸２１と結合されており、モータ１０の回転方向が第１方向であって、第２クラッチ２５及び第１ブレーキ２６が締結され、且つ、第１クラッチ２４及び第２ブレーキ２７が解放された状態では、減速モードが実現され、モータ１０の回転方向が第１方向であって、第１クラッチ２４及び第２クラッチ２５が締結され、且つ、第１ブレーキ２６及び第２ブレーキ２７が解放された状態では、直結モードが実現され、モータ１０の回転方向が第２方向であって、第１クラッチ２４及び第２ブレーキ２７が締結され、且つ、第２クラッチ２５及び第１ブレーキ２６が解放された状態では、増速モードが実現される。

これによれば、モータ１０の回転方向と複数の締結要素の締結状態との組み合わせに応じて、変速機２０の前進３段の変速段が切り替わる。よって、１つのシングルピニオン遊星歯車組２３を用いた簡易な構成により、前進３段の変速段を実現できる（請求項１、２に対応する効果）。

また、変速機２０は、モータ１０の回転軸１１に対して入力回転軸２１がオフセットした位置に配置されており、モータ１０の回転が減速ギヤ列４０を介して入力回転軸２１に入力される。

これによれば、モータ１０と変速機２０とを並列に配置できるのでモータ１０から変速機２０までの軸方向のサイズを抑制できる。また、減速ギヤ列４０を介することで駆動系全体の減速比をより大きくできるので高トルクを得ることができる（請求項３に対応する効果）。

続いて、図４Ａ〜図４Ｃに示す本発明の変形例、及び図５Ａ〜図５Ｃに示す本発明の他の変形例について説明する。なお、以下では、上記実施形態の構成に対応する構成については同じ符号を付して説明している。

図４Ａ〜図４Ｃに示す変形例では、複数の締結要素には、入力回転軸２１からサンギヤ２３ａに回転が伝達される状態（図４Ａ、図４Ｂ）と入力回転軸２１からキャリア２３ｂに回転が伝達される状態（図４Ｃ）とを切り替える締結要素と、リングギヤ２３ｃから出力回転軸２２に回転が伝達される状態（図４Ａ、図４Ｂ）とサンギヤ２３ａから出力回転軸２２に回転が伝達される状態（図４Ｃ）とを切り替える締結要素と、が含まれる。

複数の締結要素の締結状態を、入力回転軸２１とサンギヤ２３ａとが結合され、リングギヤ２３ｃと出力回転軸２２とが結合され、キャリア２３ｂとケース２８とが結合される状態にするとともに、モータ１０の回転方向を逆回転にすることで、図４Ａに示すように、減速モードが実現される。

また、複数の締結要素の締結状態を、入力回転軸２１とサンギヤ２３ａとが結合され、キャリア２３ｂ及びリングギヤ２３ｃが回転自在、且つ、それぞれが出力回転軸２２と結合されて互いの相対回転が規制される状態にするとともに、モータ１０の回転方向を正回転にすることで、図４Ｂに示すように、直結モードが実現される。

また、複数の締結要素の締結状態を、入力回転軸２１とキャリア２３ｂとが結合され、サンギヤ２３ａと出力回転軸２２とが結合され、リングギヤ２３ｃとケース２８とが結合される状態にするとともに、モータ１０の回転方向を逆回転にすることで、図４Ｃに示すように、増速モードが実現される。

図５Ａ〜図５Ｃに示す他の変形例では、複数の締結要素には、入力回転軸２１からリングギヤ２３ｃに回転が伝達される状態（図５Ａ）入力回転軸２１からキャリア２３ｂ及びリングギヤ２３ｃに回転が伝達される状態（図５Ｂ）と入力回転軸２１からサンギヤ２３ａに回転が伝達される状態（図５Ｃ）とを切り替える締結要素と、サンギヤ２３ａから出力回転軸２２に回転が伝達される状態（図５Ａ、図５Ｂ）とリングギヤ２３ｃから出力回転軸２２に回転が伝達される状態（図５Ｃ）とを切り替える締結要素と、が含まれる。

複数の締結要素の締結状態を、入力回転軸２１とリングギヤ２３ｃとが結合され、サンギヤ２３ａと出力回転軸２２とが結合され、キャリア２３ｂとケース２８とが結合される状態にするとともに、モータ１０の回転方向を逆回転にすることで、図５Ａに示すように、減速モードが実現される。

また、複数の締結要素の締結状態を、出力回転軸２２とサンギヤ２３ａとが結合され、キャリア２３ｂ及びリングギヤ２３ｃが回転自在、且つ、それぞれが入力回転軸２１と結合されて互いの相対回転が規制される状態にするとともに、モータ１０の回転方向を正回転にすることで、図５Ｂに示すように、直結モードが実現される。

また、複数の締結要素の締結状態を、入力回転軸２１とサンギヤ２３ａとが結合され、リングギヤ２３ｃと出力回転軸２２とが結合され、キャリア２３ｂとケース２８とが結合される状態にするとともに、モータ１０の回転方向を逆回転にすることで、図５Ｃに示すように、増速モードが実現される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、複数の締結要素を第１クラッチ２４、第２クラッチ２５、第１ブレーキ２６、第２ブレーキ２７として説明している。しかしながら、各締結要素としては、既知の様々な構成を採用可能である。

１０ モータ
１１ 回転軸
２０ 電動車両用変速機
２１ 入力回転軸
２２ 出力回転軸
２３ シングルピニオン遊星歯車組
２３ａ サンギヤ（回転要素）
２３ｂ キャリア（回転要素）
２３ｃ リングギヤ（回転要素）
２３ｄ ピニオンギヤ
２４ 第１クラッチ（締結要素）
２５ 第２クラッチ（締結要素）
２６ 第１ブレーキ（締結要素）
２７ 第２ブレーキ（締結要素）
２８ ケース（固定部材）
３０ 駆動輪
４０ 減速ギヤ列（減速機）

Claims (3)

1. モータから駆動輪への動力伝達経路に設けられる電動車両用変速機であって、
   前記モータから回転が入力される入力回転軸と、
   前記駆動輪へ回転を出力する出力回転軸と、
   前記入力回転軸と前記出力回転軸との間に設けられ、３つの回転要素を有する１つのシングルピニオン遊星歯車組と、
   前記３つの回転要素の間の相対回転を規定する複数の締結要素と、
   を備え、
   前記モータの回転方向と前記複数の締結要素の締結状態との組み合わせに応じて、前記入力回転軸の回転を減速して前記出力回転軸から出力する減速モード、前記入力回転軸の回転を等速で前記出力回転軸から出力する直結モード、前記入力回転軸の回転を増速して前記出力回転軸から出力する増速モード、の前進３段の変速段が切り替わる、
   ことを特徴とする電動車両用変速機。
2. 請求項１に記載の電動車両用変速機であって、
   回転不能に設けられた固定部材を備え、
   前記３つの回転要素は、サンギヤ、ピニオンギヤを支持するキャリア、及びリングギヤであり、
   前記複数の締結要素は、前記リングギヤと前記出力回転軸との間に設けられた第１クラッチ、前記キャリアと前記出力回転軸との間に設けられた第２クラッチ、前記リングギヤと前記固定部材との間に設けられた第１ブレーキ、及び前記キャリアと前記固定部材との間に設けられた第２ブレーキであり、
   前記サンギヤは、前記入力回転軸と結合されており、
   前記モータの回転方向が第１方向であって、前記第２クラッチ及び前記第１ブレーキが締結され、且つ、前記第１クラッチ及び前記第２ブレーキが解放された状態では、前記減速モードが実現され、
   前記モータの回転方向が前記第１方向であって、前記第１クラッチ及び前記第２クラッチが締結され、且つ、前記第１ブレーキ及び前記第２ブレーキが解放された状態では、前記直結モードが実現され、
   前記モータの回転方向が第２方向であって、前記第１クラッチ及び前記第２ブレーキが締結され、且つ、前記第２クラッチ及び前記第１ブレーキが解放された状態では、前記増速モードが実現される、
   ことを特徴とする電動車両用変速機。
3. 請求項１又は２に記載の電動車両用変速機であって、
   前記モータの回転軸に対して前記入力回転軸がオフセットした位置に配置されており、
   前記モータの回転が減速機を介して前記入力回転軸に入力される、
   ことを特徴とする電動車両用変速機。

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