JP4226578B2 - 電動機を備えた変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から動力を入力して自動車の駆動車輪などを駆動する変速装置において、補助動力として電動機を備えた変速装置に関する。

内燃機関から動力を入力して自動車の車輪などを駆動する変速装置には、例えば特許文献１に示すように、電動機によっても車輪を駆動するようにしたハイブリッド式のものがある。この特許文献１では、内燃機関からの第１の動力は変速装置により変速され、差動装置及びアクスルシャフトを介して駆動車輪を駆動し、電動機からの第２の動力は変速装置を介することなく差動装置のケースに伝達され、アクスルシャフトを介して駆動車輪を駆動している。
米国特許第６７１９６５４号明細書（明細書第１頁右欄第５７〜６２行、図１〜図３）

図５はこの種の自動車の車速に対する駆動車輪の駆動力及び走行抵抗の特性を示す図である。第１〜第５の各変速段における車速に対する内燃機関による駆動力の特性は、図５の各特性曲線Ｓ１〜Ｓ５に示すとおりであり、車速に対する電動機による駆動力の特性は、図５の特性曲線Ｍに示すとおりである。これに対し車速に対する走行抵抗は、路面状況により異なるが、通常はほゞ走行抵抗曲線Ｒに示すとおりである。従って走行抵抗曲線Ｒが電動機による駆動力特性曲線Ｍがよりも大となる車速がＶａ以上の範囲では、電動機により車輪の駆動力を増大させる効果は殆ど期待できない。しかし上述した特許文献１の技術では、電動機はこの車速がＶａ以上の範囲でも差動装置に連結されているので車輪側から逆駆動されて連れ回りされる。車速がＶａ以上の範囲は変速装置が最高速段である第５速となる範囲と大体一致するが、通常の運転では自動車は変速装置の最高速段で使用される期間が長く、その間は電動機は高速で連れ回りされて発熱され、その熱の蓄積により高温になるので、電動機は水冷などの特別な冷却手段により冷却する必要があるという問題がある。

本発明は、変速装置の最高速段では電動機と変速装置の出力側との間の動力伝達が遮断されるようにして、このような各問題を解決することを目的とする。

このために、本発明による電動機を備えた変速装置は、内燃機関に連結された入力軸及び駆動車輪などに連結された主軸と、この両軸にそれぞれ設けられて互いに噛合する複数の変速ギヤ対と、この複数の変速ギヤ対をそれらの何れか１対により両軸の間の動力伝達がなされるように選択的に切り換えるシフト装置と、駆動車輪を内燃機関とは別に駆動する電動機を備えた変速装置において、電動機から駆動車輪に動力を伝達する連動機構は主軸に回転自在に設けられた最後の回転部材を有し、この最後の回転部材は主軸に回転自在に設けられて複数の変速ギヤ対のうちの最高速段となる変速ギヤ対の従動側変速ギヤに接近して設けられ、シフト装置は最高速段となる変速ギヤ対の従動側変速ギヤと最後の回転部材の間となる主軸に軸線方向摺動のみ自在に設けられて従動側変速ギヤと最後の回転部材を主軸に選択的に連結する最高速段切換スリーブを備え、複数の変速ギヤ対のうちの最高速段となる変速ギヤ対がシフト装置により選択されれば、電動機と駆動車輪の間の動力伝達が遮断されるよう構成したことを特徴とするものである。

本発明の電動機を備えた変速装置によれば、電動機から駆動車輪に動力を伝達する連動機構は主軸に回転自在に設けられた最後の回転部材を有し、この最後の回転部材は主軸に回転自在に設けられて複数の変速ギヤ対のうちの最高速段となる変速ギヤ対の従動側変速ギヤに接近して設けられ、シフト装置は最高速段となる変速ギヤ対の従動側変速ギヤと最後の回転部材の間となる主軸に軸線方向摺動のみ自在に設けられて従動側変速ギヤと最後の回転部材を主軸に選択的に連結する最高速段切換スリーブを備えており、複数の変速ギヤ対のうちの最高速段となる変速ギヤ対がシフト装置により選択されれば、電動機と駆動車輪の間の動力伝達が直ちに遮断されるので、使用される期間が長い最高速段においては、電動機が駆動車輪により連れ回りされて発熱することはなく、高温となることもない。従って水冷などの特別な冷却手段は不要となり、空冷で足りるので電動機を備えた変速装置の構造を簡略化させることができる。また最後の回転部材と最高速段となる変速ギヤ対の従動側変速ギヤを互いに接近して主軸に回転自在に設け、この両者の間となる主軸に軸線方向摺動のみ自在に設けた最高速段切換スリーブによりこの両者を主軸に選択的に連結したので電動機と駆動車輪との間の動力伝達の遮断構造は簡略化されるとともに、最高速段変速ギヤ対の選択と電動機と主軸の間の動力伝達の遮断を連動して行うための特別な手段は不要であるので、電動機を備えた変速装置の構造は一層簡略化され、これにより製造コストをさらに一層削減することができる。

以下に、図１〜図５により、本発明による電動機を備えた変速装置を実施するための最良の形態の説明をする。この実施形態は本発明を自動車の変速装置に適用したもので、図１に記載の全体構造に示すように、変速装置Ｇは、ケーシング（図示省略）内に互いに平行に支持された入力軸１２及び主軸１３と、この両軸１２，１３にそれぞれ設けられて互いに噛合する複数の変速ギヤ対１５ａ，１５ｂ〜１９ａ，１９ｂと、この複数の変速ギヤ対をそれらの何れか１対により両軸の間の動力伝達がなされるように選択的に切り換えるシフト装置Ｔと、主軸１３を内燃機関１０とは別に駆動するとともに主軸１３から逆駆動されれば発電を行う発電電動機（電動機）３０を備えている。入力軸１２は摩擦クラッチ１１を介してエンジン（内燃機関）１０の出力軸１０ａに連結されており、主軸１３はアクスルシャフト３８ａ，３８ｂを介して左右の駆動車輪３９ａ，３９ｂを駆動する差動装置３７のケースにギヤ３５，３６を介して連結されている。

互いに接近して配置された第１及び第２速変速ギヤ対１５ａ，１５ｂ及び１６ａ，１６ｂは、各駆動側変速ギヤ１５ａ，１６ａが入力軸１２に一体的に設けられ、各従動側変速ギヤ１５ｂ，１６ｂは主軸１３に回転自在に設けられている。各従動側変速ギヤ１５ｂ，１６ｂの間となる主軸１３には、軸線方向に摺動自在にスプライン係合されて各変速ギヤ１５ｂ，１６ｂを選択的に主軸１３にスプラインを介して連結する第１噛合切換機構２０の切換スリーブ２０ａが設けられている。また互いに接近して配置された第３及び第４速変速ギヤ対１７ａ，１７ｂ及び１８ａ，１８ｂは、各駆動側変速ギヤ１７ａ，１８ａが入力軸１２に回転自在に設けられ、各従動側変速ギヤ１７ｂ，１８ｂは主軸１３に一体的に設けられている。各駆動側変速ギヤ１７ａ，１８ａの間となる入力軸１２には、軸線方向に摺動自在にスプライン係合されて各変速ギヤ１７ａ，１８ａをスプラインを介して選択的に入力軸１２に連結する第２噛合切換機構２１の切換スリーブ２１ａが設けられている。最高速段である第５速変速ギヤ対１９ａ，１９ｂは、駆動側変速ギヤ１９ａが入力軸１２と一体的に設けられ、従動側変速ギヤ１９ｂは主軸１３に回転自在に設けられている。

発電電動機３０の出力軸３０ａに固定されたギヤ３１ａと、入力軸１２に回転自在に設けられたアイドルギヤ３１ｂと、主軸１３に回転自在に設けられた最後のギヤ（最後の回転部材）３１ｃよりなる減速ギヤ列（連動機構）３１は、最後のギヤ３１ｃが第５速変速ギヤ対１９ａ，１９ｂの従動側変速ギヤ１９ｂに接近して設けられている。最後のギヤ３１ｃと変速ギヤ１９ｂとの間となる主軸１３には、軸線方向に摺動自在にスプライン係合されて変速ギヤ１９ｂと最後のギヤ３１ｃをスプラインを介して選択的に主軸１３に連結する第３噛合切換機構（係合切換機構）２２の第３切換スリーブ（最高速段切換スリーブ）２２ａが設けられている。この最後のギヤ３１ｃが第３切換スリーブ２２ａにより主軸１３に連結されている状態では、発電電動機３０は減速ギヤ列３１及び第３切換スリーブ２２ａを介して主軸１３を駆動し、さらにギヤ３５，３６、差動装置３７及びアクスルシャフト３８ａ，３８ｂを介して、内燃機関１０とは別に、駆動車輪３９ａ，３９ｂを駆動する。第１〜第３噛合切換機構２０〜２２は変速装置Ｇのシフト装置Ｔを構成している。なお図示は省略したが、第１〜第３噛合切換機構２０〜２２の各切換スリーブ２０ａ，２１ａ，２２ａと各変速ギヤ１５ｂ，１６ｂ，１７ａ，１８ａ，１９ｂ及び最後のギヤ３１ｃの間には公知のシンクロメッシュ機構が設けられている。

次に上述した実施形態の作動の説明を行う。先ず図２により、第１速走行時の説明をする。この状態では第１噛合切換機構２０の第１切換スリーブ２０ａはシフト装置Ｔにより左向きにシフトされ、従動側変速ギヤ１５ｂが主軸１３に連結されて第１速変速ギヤ対１５ａ，１５ｂが選択され、第３噛合切換機構２２の第３切換スリーブ２２ａはシフト装置Ｔにより右向きにシフトされて減速ギヤ列３１の最後のギヤ３１ｃは主軸１３に連結され、クラッチ１１は係合され、発電電動機３０はコントローラ（図示省略）により電動機として作動するように切り換えられている。この第１速走行状態では、エンジン１０の駆動力は、図２の実線の白抜き矢印に示すように、クラッチ１１、入力軸１２、第１速変速ギヤ対１５ａ，１５ｂ及び第１切換スリーブ２０ａを介して主軸１３に伝達されるとともに、発電電動機３０の駆動力も、図２の破線の白抜き矢印に示すように、減速ギヤ列３１及び第３切換スリーブ２２ａを介して主軸１３に伝達されるので、主軸１３はエンジン１０及び発電電動機３０の両方により回転駆動される。この主軸１３の回転は、実線の白抜き矢印に示すように、ギヤ３５，３６、差動装置３７及びアクスルシャフト３８ａ，３８ｂを介して駆動車輪３９ａ，３９ｂに伝達されるので、駆動車輪３９ａ，３９ｂはエンジン１０及び発電電動機３０の両方により駆動される。このときのエンジン１０のスロットル開度は、エンジン１０及び発電電動機３０の両方によりそのときの走行状態に応じた駆動力が得られるような開度にされている。

第２速走行時には、第１切換スリーブ２０ａが右向きにシフトされて従動側変速ギヤ１５ｂの代わりに従動側変速ギヤ１６ｂが主軸１３に連結される点を除き第２図と同じであり、第１速の場合と同様、駆動車輪３９ａ，３９ｂはエンジン１０及び発電電動機３０の両方により駆動される。第３速及び第４速走行時には、第１切換スリーブ２０ａが図１に示す中立位置に戻されて両従動側変速ギヤ１５ｂ及び１６ｂが主軸１３との係合から離脱され、第２切換スリーブ２１ａがシフトされそのときの変速段に応じて駆動側変速ギヤ１７ａ及び１８ａの何れか一方が入力軸１２に連結される点を除き第２図と同じであり、第１速及び第２速の場合と同様、駆動車輪３９ａ，３９ｂはエンジン１０及び発電電動機３０の両方により駆動される。

次に変速装置Ｇの連結状態が図２に示す第１速状態で、エンジン１０のスロットル開度を最小とし、クラッチ１１を離脱させて制動を行えば、発電電動機３０はコントローラ（図示省略）により発電機として作動するように切り換えられ、アクスルシャフト３８ａ，３８ｂは駆動車輪３９ａ，３９ｂ側から逆駆動されて連れ回りされる。この制動状態では、駆動車輪３９ａ，３９ｂからの逆駆動力は、図３の破線の白抜き矢印に示すように、アクスルシャフト３８ａ，３８ｂ、差動装置３７、ギヤ３５，３６、主軸１３、第３切換スリーブ２２ａ、及び減速ギヤ列３１を介して発電電動機３０を逆駆動して発電し、これにより生じた電力は発電電動機３０の電源に戻されて充電される。この状態ではクラッチ１１は離脱されているので、エンジン１０は逆駆動されることはなくアイドリング状態となっており、変速装置Ｇの連結状態が第１速〜第４速の何れの場合でも、上述の状態となっている。なお必要ならば自動車がある程度減速されるまでは、クラッチ１１を係合させたままとしてエンジンブレーキを併用してもよい。

次に、変速装置Ｇが最高速段である第５速状態では、図４に示すように、第３噛合切換機構２２の第３切換スリーブ２２ａはシフト装置Ｔにより左向きにシフトされて従動側変速ギヤ１９ｂが主軸１３に連結されて最高速段である第５速変速ギヤ対１９ａ，１９ｂが選択され、減速ギヤ列３１の最後のギヤ３１ｃと主軸１３の間の連結は解除され、発電電動機３０の作動は停止されている。この最高速段である第５速走行状態では、エンジン１０の駆動力は、実線の白抜き矢印に示すように、クラッチ１１、入力軸１２、第５速変速ギヤ対１９ａ，１９ｂ及び第３切換スリーブ２２ａを介して主軸１３に伝達され、さらにギヤ３５，３６、差動装置３７及びアクスルシャフト３８ａ，３８ｂを介して駆動車輪３９ａ，３９ｂに伝達され、駆動車輪３９ａ，３９ｂはエンジン１０のみにより駆動される。しかし減速ギヤ列３１の最後のギヤ３１ｃと主軸１３の間の連結は解除されているので、発電電動機３０はエンジン１０によりあるいは駆動車輪３９ａ，３９ｂからの逆駆動により回転されることはなく停止されている。このときのエンジン１０のスロットル開度は、エンジン１０でけでそのときの走行状態に応じた駆動力が得られるような開度にされている。

上述した実施形態によれば、使用される期間の長い最高速段においては、発電電動機３０は停止されているので、コイルに電流が生じることはなく、また軸受部に摩擦を生じたり、周囲の空気をかき回したりすることもなく、発電電動機３０が発熱することはないので、たとえその期間が長くてもそのような熱が蓄積されて高温となることはない。従って発電電動機３０を冷却するための水冷装置などの特別な冷却手段は不要となり、空冷で足りるので電動機を備えた変速装置の構造を簡略化させることができる。なお最高速段においては、前述のように、発電電動機３０により駆動車輪３９ａ，３９ｂを駆動することは殆ど期待できないので、このようにしても最高速段における駆動車輪３９ａ，３９ｂの駆動力が実質的に減少することはない。

上述した実施形態では、発電電動機３０から駆動車輪３９ａ，３９ｂへの動力伝達は、発電電動機３０から主軸１３に動力を伝達する減速ギヤ列３１と、減速ギヤ列３１から駆動車輪３９ａ，３９ｂに動力を伝達する機構に分けて後者はエンジン１０から駆動車輪３９ａ，３９ｂに動力を伝達する場合と共用し、減速ギヤ列３１の最後のギヤ３１ｃは主軸１３に回転自在に設け、この最後のギヤ３１ｃを第３噛合切換機構２２により主軸１３に係合または離脱するようにしており、このようにすれば発電電動機３０と駆動車輪３９ａ，３９ｂとの間の動力伝達の遮断構造が簡略化されるので製造コストを削減することができる。

また上述した実施形態では、最高速段である第５速変速ギヤ対１９ａ，１９ｂの従動側変速ギヤ１９ｂは発電電動機３０から主軸１３に動力を伝達する減速ギヤ列３１の最後のギヤ３１ｃに接近して主軸１３に回転自在に設け、この両ギヤ１９ｂ，３１ｃの間となる主軸１３に軸線方向摺動のみ自在に設けた第３切換スリーブ２２ａによりこの両ギヤ１９ｂ，３１ｃを主軸１３に選択的に連結するようにしており、このようにすれば第３切換スリーブ２２ａにより最高速段となる第５速変速ギヤ対１９ａ，１９ｂを選択すれば直ちに発電電動機３０と主軸１３の間の動力伝達が遮断され、第５速変速ギヤ対１９ａ，１９ｂの選択と発電電動機３０と主軸１３の間の動力伝達の遮断を連動して行うための特別な機構あるいは電気的手段は不要であるので、電動機を備えた変速装置の構造は一層簡略化され、製造コストをさらに一層削減することができる。

なお上述した実施形態では、発電電動機３０から主軸１３に動力を伝達する連動機構３１はギヤ３１ａ，３１ｂ，３１ｃからなる減速ギヤ列としたが、本発明はこれに限られるものではなく、発電電動機３０の回転を主軸１３に回転自在に設けた従動スプロケット（最後の回転部材３１ｃ）にチェーン・スプロケット機構を介して伝達し、この従動スプロケットと第５速変速ギヤ対の従動側変速ギヤ１９ｂの間に、上述した実施形態における第３噛合切換機構２２を設けるようにしてもよい。

また上述した実施形態では、最高速段変速ギヤ対１９ａ，１９ｂが選択された場合のみに発電電動機３０と駆動車輪３９ａ，３９ｂの間の動力伝達が遮断されるようにしているが、本発明はこれに限られるものではなく、最高速段変速ギヤ対１９ａ，１９ｂの前段の高速段変速ギヤ対１８ａ，１８ｂが選択された場合にも発電電動機３０と駆動車輪３９ａ，３９ｂの間の動力伝達が遮断されるようにしてよい。

また上述した実施形態では、エンジン１０とは別に駆動車輪３９ａ，３９ｂを駆動するのに発電電動機３０を使用しており、このようにすれば制動時に自動車の運動エネルギの一部を電力に変換して発電電動機３０の電源に回収することができる。しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、発電機能を備えていない電動機を使用して実施することも可能であり、それによっても使用される期間の長い最高速段において電動機が発熱することはなくなるので、それを冷却するための水冷装置などを不要として変速装置の構造を簡略化させることができるという効果を得ることができる。

上述した実施形態では、最高速段である第５速変速ギヤ対１９ａ，１９ｂを除く第１〜第４変速ギヤ対１５ａ，１５ｂ〜１８ａ，１８ｂは、第１速及び第２速変速ギヤ対の従動側変速ギヤ１５ｂ及び１６ｂを主軸１３に回転自在に設けて第１切換スリーブ２０ａにより切り換え、第３速及び第４速変速ギヤ対の駆動側変速ギヤ１７ａ及び１８ａを入力軸１２に回転自在に設けて第２切換スリーブ２１ａにより切り換えるようにしている。しかしながら本発明これに限られるものではなく、各軸１２，１３に回転自在に設ける２つの変速ギヤとその間に設ける切換スリーブの組は、何れか一方の軸だけに設けるようにしてもよいし、互いに異なる軸にそれぞれ設けるようにしてもよい。

また上述した実施形態では、５つの変速段を第１速〜第５速とした場合について説明したが、本発明は後進及び第１速〜第４速の５つの変速段ととして実施することも可能である。その場合は第４速変速ギヤ対を最高速段となり、その従動側変速ギヤを減速ギヤ列３１の最後のギヤ３１ｃと接近して設けてこの両ギヤの間に第３切換スリーブ２２ａを設けるようにする。なお後進ギヤ対の駆動側ギヤと従動側ギヤは、間にアイドルギヤを介して噛合させるものである。

本発明による電動機を備えた変速装置の一実施形態の全体構造を示す模式図である。 図１に示す実施形態の、第１速〜第４速における走行時の作動を説明する模式図である。 図１に示す実施形態の、第１速〜第４速における制動時の作動を説明する模式図である。 図１に示す実施形態の、最高速段である第５速における走行時の作動を説明する模式図である。 電動機を備えた変速装置を使用した自動車の車速に対する駆動車輪の駆動力及び走行抵抗の特性を示す図である。

符号の説明

１０…内燃機関（エンジン）、１２…入力軸、１３…主軸、１５ａ，１５ｂ〜１９ａ，１９ｂ…変速ギヤ対、１９ａ，１９ｂ…最高速段となる変速ギヤ対（第５速変速ギヤ対）、１９ｂ…従動側変速ギヤ、２２…係合切換機構（第３噛合切換機構２２）、２２ａ…最高速段切換スリーブ（第３切換スリーブ）、３０…電動機（発電電動機）、３１…連動機構（減速ギヤ列）、３１ｃ…最後の回転部材（最後のギヤ）、３９ａ，３９ｂ…駆動車輪、Ｔ…シフト装置。

Claims (1)

1. 内燃機関に連結された入力軸及び駆動車輪などに連結された主軸と、この両軸にそれぞれ設けられて互いに噛合する複数の変速ギヤ対と、この複数の変速ギヤ対をそれらの何れか１対により前記両軸の間の動力伝達がなされるように選択的に切り換えるシフト装置と、前記駆動車輪を前記内燃機関とは別に駆動する電動機を備えた変速装置において、前記電動機から前記駆動車輪に動力を伝達する連動機構は前記主軸に回転自在に設けられた最後の回転部材を有し、この最後の回転部材は前記主軸に回転自在に設けられて前記複数の変速ギヤ対のうちの最高速段となる変速ギヤ対の従動側変速ギヤに接近して設けられ、前記シフト装置は前記最高速段となる変速ギヤ対の従動側変速ギヤと前記最後の回転部材の間となる前記主軸に軸線方向摺動のみ自在に設けられて前記従動側変速ギヤと最後の回転部材を前記主軸に選択的に連結する最高速段切換スリーブを備え、前記複数の変速ギヤ対のうちの最高速段となる変速ギヤ対が前記シフト装置により選択されれば、前記電動機と駆動車輪の間の動力伝達が遮断されるよう構成したことを特徴とする電動機を備えた変速装置。

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