JP5974185B2

JP5974185B2 - 電気自動車用自動変速機

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Publication number: JP5974185B2
Application number: JP2015539052A
Authority: JP
Inventors: 山田　篤; 篤山田
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Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-08-23
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Description

本発明は、電動モータのみを駆動源として走行する電気自動車に用いられ、ベルト式無段変速機構を有する電気自動車用自動変速機に関するものである。

電動モータのみを駆動源として走行する電気自動車（ＥＶとも言う）の場合、電動モータがフラットなトルク特性を有するため、パワートレインは、一般的に駆動源の電動モータを変速比一定の減速機と組み合わせて出力させる構造とされている。

こうした電気自動車において、航続距離の確保が大きな課題となっている。航続距離を延ばす手法として、まず、バッテリ容量の増大や車両重量の軽量化が考えられる。しかし、バッテリ容量を増大した場合、車両重量が重くなってしまい、却って航続距離を短くしてしまう懸念がある。

さらに、電気自動車において航続距離の増大を図る手段として、駆動源の電動モータの小型化による消費電力量の削減が考えられる。しかし、この場合、電動モータの出力不足を招くことになり、出力不足を防ぐためには、より変速比の高い減速機と組み合わせるか、または変速比可変の変速機と組み合わせることが必要となる。前者の場合、車両高速領域でモータ効率の悪い特性値で走行するが、後者の場合、変速比を変えることでこれを回避できる。

電気自動車に変速機を適用した例として、特許文献１には、電動モータを有段式の変速機と組み合わせて出力させる構成のものが開示されている。しかしこの場合、より広い速度領域で小型の電動モータを効率よく運転するためには、変速段を多段にする必要がある。このため、変速段の切り替えが頻繁になり、変速段の切り替え毎に生じる変速ショックの回数も多くなって、乗り心地が低下してしまう。

一方、広い速度域で小型の電動モータを効率よく運転でき且つ変速ショックの頻度を抑えることができる機構として、ベルト式無段変速機構（バリエータ）に副変速機構を組み合わせた副変速機構付き無段変速機（ＣＶＴ）が有効である。なお、特許文献２には、電気自動車ではないが、内燃機関に副変速機構付きＣＶＴを組み合わせて出力させる構成のものが開示されている。

特許文献２の副変速機構付きＣＶＴを電気自動車に適用することが考えられる。しかし、ＣＶＴのバリエータは、プーリにベルトを挟圧しクランプするための大きな軸推力を付与することが必要であり、副変速機構はギヤ段の切替操作をすることが必要である。特許文献２には、これらの具体的手法が明記されていないが、仮に一般的に使用されている油圧方式を用いた場合、これらを満足させる高出力のオイルポンプが必要になる。

高出力のオイルポンプを駆動するには、相応の出力を有するポンプ駆動用モータが必要になり、このポンプ駆動用モータによって消費される電力によって、バッテリのＳＯＣ（充電状態）が低下するため、電気自動車の航続距離を短くしてしまう。また、オイルポンプ及びポンプ駆動用モータは、コストアップだけでなく、車両の重量増にもつながり、この点からも電気自動車の航続距離を短くしてしまう。

また、ＣＶＴの場合、一般に、遊星歯車などの歯車機構を用いた自動変速機に比し、高速高負荷時の伝達効率が悪く、高速走行時の電費が悪いという課題がある。
このような電費の悪化も電気自動車の航続距離を短くしてしまうので、この点からの技術開発も望まれている。

そこで、バリエータよりも駆動力伝達方向下流側に副変速機構を装備した副変速機構付きＣＶＴを電気自動車に適用すると共に、バリエータと並列に電動モータの出力回転を受ける入力歯車（直結ギヤ）をバリエータの入力部（プライマリプーリ）と同軸に配置して副変速機構の変速歯車の１つに駆動連結し、バリエータを迂回して駆動力を下流側に直接伝達可能にし、高速高負荷時には直接伝達を選択しＣＶＴの伝達効率悪化の弱点を補う構成が考えられる。

この場合、バリエータの入力部と入力歯車との何れか一方を電動モータに選択的に連結する機構が必要となり、例えば、噛み合いクラッチ機構を採用すればコストを抑えられる。さらに、駆動源である電動モータが回転制御を精度良く行える点を利用して、噛み合いクラッチ機構のシンクロ機構を省き、更に装置コストを抑えることも考えられる。

例えば、直結ギヤで高速走行している状態から減速してＣＶＴに切り替える場合、以下の手順で切り替えることができる。
（１）直結ギヤに噛み合っていた噛み合いクラッチ機構及び副変速機構を何れもニュートラルにする。
（２）駆動源である電動モータの回転を制御してバリエータの入力部（プライマリプーリ）の回転と同期させる。
（３）ニュートラルであった噛み合いクラッチ機構をバリエータの入力部に噛み合うように切り替える。
（４）駆動源である電動モータの回転を制御して副変速機構の何れかの変速段の入力側と出力側とを回転同期させる。
（５）副変速機構の入力側と出力側とが回転同期した変速段を動力伝達状態にする。

しかしながら、このような手法では、直結ギヤを使用する状態からＣＶＴを使用する状態への切り替えに時間がかかってしまう。さらに、この切り替え時には動力伝達が遮断され、トルク抜け状態となるので、切り替え時間がかかると、このトルク抜け感がドライブフィーリングの悪化を招き好ましくない。

特開平０６−２４５３２９号公報特開昭６０−３７４５５号公報

本発明は、かかる課題に鑑み創案されたもので、ベルト式無段変速機構を利用して、電気自動車の航続距離を増大することができるようにすると共に、ベルト式無段変速機構を用いた動力伝達とベルト式無段変速機構を用いない直結動力伝達とを切り替えることができるようにし、この切り替えを速やかに行なえるようにした、電気自動車用自動変速機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電気自動車用自動変速機は、主電動モータのみを駆動源として走行する電気自動車に装備され、入力部が前記主電動モータに連結された入力軸と相対回転可能に配置され、電動アクチュエータと機械式反力機構とによってプーの巻き掛け半径と狭圧力とが調整されるベルト式無段変速機構と、前記ベルト式無段変速機構の出力部に連結され、複数の変速段を有する常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構と、前記常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構の入力側軸に相対回転可能に装備され複数の変速歯車の１つを前記入力側軸に選択的に連結する第１の噛み合いクラッチ機構と、前記入力軸に相対回転可能に配置され、前記常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構の出力側軸固設された複数の変速歯車の１つに駆動連結された入力歯車と、前記入力軸に配設され、前記ベルト式無段変速機構の入力部と前記入力歯車との何れか一方を前記主電動モータに選択的に連結する第２の噛み合いクラッチ機構と、前記ベルト式無段変速機構の前記入力部に連結され、前記第１の噛み合いクラッチ機構による切り替え動作中に、前記入力部を回転駆動して、前記常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構の何れかの変速段の入力側と出力側との回転同期を促進する補助電動モータと、を備えている。

前記機械式反力機構には、トルクカム機構が用いられ、前記電動アクチュエータは、ウォーム及びウォームホイールからなるウォームギヤと、前記ウォームを回転駆動する電動モータとから構成され、前記トルクカム機構は、前記プーリの狭圧力を調整し、前記電動アクチュエータは、前記プーリの巻き掛け半径を調整することが好ましい。

前記入力歯車は、同入力歯車が噛み合う前記常時噛み合い型平行軸式変速機構の歯車の歯数と略同一に設定されていることが好ましい。

本発明の電気自動車用自動変速機によれば、補助電動モータによって、第１の噛み合いクラッチ機構による切り替え動作中に、ベルト式無段変速機構の入力部を回転駆動して、常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構の何れかの変速段の入力側と出力側との回転同期を促進することができるので、例えば、ベルト式無段変速機構を用いずに入力歯車を使用して走行している状態からベルト式無段変速機構を使用する状態に第２の噛み合いクラッチ機構を切り替える場合、以下の手順で速やかに切り替えることができる。
（１）第１及び第２の噛み合いクラッチ機構を何れもニュートラルにする。
（２）補助電動モータによって、常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構の所定変速段の入力側と出力側との回転同期を促進しながら、駆動源である電動モータの回転を制御してベルト式無段変速機構の入力部（プライマリプーリ）と回転同期させる。
（３）第２の噛み合いクラッチ機構をベルト式無段変速機構の入力部に噛み合うように切り替えると共に、第１の噛み合いクラッチ機構を、常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構の所定変速段の入力側と出力側とが噛み合うように切り替える。
これにより、短時間で第１及び第２の噛み合いクラッチ機構を切り替えることができ、トルク抜け感を与えにくくなり、変速にかかるドライブフィーリングを良好にすることができる。

一実施形態にかかる自動変速機を備えた車両の駆動系ユニットの要部の構成図である。一実施形態にかかる自動変速機を備えた車両の駆動系ユニットの要部の軸配置図である。一実施形態にかかる自動変速機を備えた車両の駆動系ユニットの動力伝達モードを説明する図であり（ａ）はＣＶＴローモード、（ｂ）はＣＶＴハイモード、（ｃ）は直結モードを示す。一実施形態にかかる自動変速機の変速マップの一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明にかかる電気自動車用自動変速機の実施形態を説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。かかる実施形態を部分的に用いて実施したり、一部を変更して実施したり、同等の機能を有する他の機構や装置に置き換えて実施したりすることができるものである。

本実施形態にかかる電気自動車（以下、単に車両ともいう）は、電動モータのみを駆動源として走行する電気自動車（ＥＶともいう）であり、電動モータと内燃機関とを選択的に駆動源として走行するハイブリッド電気自動車は含まない。また、本自動変速機は、このような車両の電動モータと駆動輪との間に介装される。

〔駆動系ユニットの構成〕
まず、車両の駆動系ユニットを説明する。図１及び図２に示すように、この駆動系ユニットは、車両の駆動源である主電動モータ（単に、電動モータとも言う）１と、主電動モータ１の出力軸と一体連結された変速機入力軸（以下、入力軸という）２Ａを有する自動変速機２と、自動変速機２に接続された減速機構６と、減速機構６に接続された差動機構７と、を備えている。差動機構７の左右のサイドギヤに接続された車軸７Ｌ，７Ｒには、図示しない駆動輪がそれぞれ結合されている。

自動変速機２は、いわゆる副変速機構付きベルト式無段変速機構（ＣＶＴ）に、直結ギヤ機構２０を付加したものである。自動変速機２は、動力伝達用のベルト３７を有し、プライマリプーリ（入力部）３０Ｐが入力軸２Ａと相対回転可能に配置されたベルト式無段変速機構（以下、バリエータともいう）３と、このバリエータ３のセカンダリプーリ（出力部）３０Ｓの回転軸３６に連結された常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構（以下、副変速機構ともいう）４と、バリエータ３及び副変速機構４を迂回するようにして入力軸２Ａと減速機構６とを直結する直結ギヤ機構２０とを備えている。

バリエータ３は、回転軸３３を有する固定プーリ３１と可動プーリ３２とからなるプライマリプーリ３０Ｐと、回転軸（出力軸）３６を有する固定プーリ３４と可動プーリ３５とからなるセカンダリプーリ３０Ｓと、プライマリプーリ３０Ｐとセカンダリプーリ３０ＳとのＶ溝に巻き掛けられたベルト３７とを備えている。プライマリプーリ３０Ｐの固定プーリ３１の回転軸３３は、入力軸２Ａと相対回転可能に配置されている。

なお、図１には、バリエータ３のプライマリプーリ（プーリ装置）３０Ｐ，セカンダリプーリ（プーリ装置）３０Ｓ及びベルト３７を、変速比がロー側の状態とハイ側の状態とを示している。プライマリプーリ３０Ｐ，セカンダリプーリ３０Ｓの各外側（互いに離隔している側）の半部にロー側の状態を示し、各内側（互いに接近している側）の半部にハイ側の状態を示している。ベルト３７については、ロー側の状態を実線で模式的に示し、ハイ側の状態を各プーリ３０Ｐ，３０Ｓの内側に二点鎖線で模式的に示している。但し、二点鎖線で示したハイ状態は、プーリとベルトの半径方向の位置関係を示すのみであり、実際のベルト位置がプーリの内側半部に現れることはない。

このバリエータ３のプライマリプーリ３０Ｐ及びセカンダリプーリ３０Ｓのベルト巻き掛け半径の変更による変速比の調整及びプーリ軸推力（単に、推力とも言う）、即ちベルト狭圧力の調整は、電動アクチュエータと機械式反力機構とによって実行されるようになっている。機械式反力機構としては、トルクカム機構が用いられている。このトルクカム機構は、それぞれ端部に螺旋状に傾斜したカム面を有する一対の環状のカム部材で構成され、各カム面が互いに摺接するようにして同軸上に配置され、また一対のカム部材の相対回転に応じて、一対のカム部材が軸方向に相互に離接し、一対のカム部材の全長が変更されることにより、一方のカム部材に圧接した回転部材（プーリ３０Ｐ，３０Ｓ）の推力を調整するものである。

ここでは、プライマリプーリ３０Ｐ及びセカンダリプーリ３０Ｓの何れにも、機械式反力機構としてトルクカム機構が用いられている。これにより、ベルト３７がプライマリプーリ３０Ｐ及びセカンダリプーリ３０Ｓを押圧する力（プーリを離隔させようとする力）の反力として両プーリの各トルクカム機構が作用してベルト３７の伝達トルクに応じた推力が油圧等を用いることなく両プーリ３０Ｐ，３０Ｓに発生するようになっている。

また、プライマリプーリ３０Ｐには、一対のカム部材の一方を能動的に回転駆動する電動アクチュエータが装備され、一対のカム部材の全長を変更して、プライマリプーリ３０ＰのＶ溝の溝幅を調整するように構成される。

このように、プライマリプーリ３０Ｐには、機械式反力機構であるトルクカム機構と一対のカム部材の一方を回転駆動する電動アクチュエータとから、一対のカム部材の全長を変更しプライマリプーリ３０ＰのＶ溝の溝幅を調整して変速比を調整すると共に、プーリ３０Ｐの推力を調整してベルト挟圧力を調整するように構成される。そこで、プライマリプーリ３０Ｐの電動アクチュエータ及びトルクカム機構からなる機構を変速機構８とも呼ぶ。一方、セカンダリプーリ３０Ｓのトルクカム機構は、これによりセカンダリプーリ３０Ｓの推力を発生させるため、推力発生機構９とも呼ぶ。

この推力発生機構９には、端面カムであるトルクカム機構９０が用いられている。トルクカム機構９０は、可動プーリ３５の背面に固設された駆動カム部材９１と、駆動カム部材９１に隣接して固定プーリ３４の回転軸３６に固設された被駆動カム部材９２とを備えている。カム部材９１，９２は互いのカム面を摺接させており、トルク伝達時に生じる互いの回転位相差に応じて推力を発生する。

なお、車両の停止時等には、駆動トルクも制動トルクも作用しないため、トルクカム機構９０によるプーリの推力は加えられない。そこで、車両の発進時等の初期駆動時にも、ベルト滑りを防止してベルト３７を確実にクランプすることができるように、可動プーリ３５を固定プーリ３４に接近する方向に付勢するコイルスプリング９３が装備されている。

副変速機構４は、複数の変速段（ここでは、ハイ，ローの２段）を有し、バリエータ３のセカンダリプーリ３０Ｓの回転軸３６と同軸一体の回転軸（入力側軸）４３に相対回転可能に装備されたギヤ４１，４２と、回転軸４３と平行な回転軸４６に一体回転するように固設されたギヤ４４，４５とをそなえている。ギヤ４１とギヤ４４とは常時噛み合っており、２速（ハイ）ギヤ段を構成する。ギヤ４２とギヤ４５とは常時噛み合っており、１速（ロー）ギヤ段を構成する。

副変速機構４には、２速ギヤ段及び１速ギヤ段を選択的に切り替えるために、３ポジション式の噛み合いクラッチ機構５Ｂが装備される。噛み合いクラッチ機構５Ｂは、回転軸４３と一体回転するクラッチハブ５４と、クラッチハブ５４に設けられた外歯５４ａにスプライン係合する内歯５５ａを有するスリーブ５５と、スリーブ５５をシフト方向（軸方向）に移動させるシフトフォーク５６と、シフトフォーク５６を駆動する切替用電動アクチュエータ５０Ｂとをそなえている。

ギヤ４１にはスリーブ５５の内歯５５ａと噛合しうる外歯４１ａが設けられ、ギヤ４２にはスリーブ５５の内歯５５ａと噛合しうる外歯４２ａが設けられている。
スリーブ５５は、ニュートラルポジション（Ｎ）と、２速（ハイ）ギヤ段を設定する２速ポジション（Ｈ）と、１速（ロー）ギヤ段を設定する１速ポジション（Ｌ）との各ポジションを有し、各ポジション間を、シフトフォーク５６によってスライド駆動される。

切替用電動アクチュエータ５０Ｂによりシフトフォーク５６を駆動して、スリーブ５５をギヤ４１側（即ち、２速ポジション）に移動させれば、スリーブ５５の内歯５５ａがギヤ４１の外歯４１ａと噛み合って、回転軸４３とギヤ４１とが一体回転するようになって、２速ギヤ段が設定される。２速ギヤ段が設定されると、バリエータ３のセカンダリプーリ３０Ｓの回転軸３６（即ち、回転軸４３）からギヤ４１，ギヤ４４，回転軸４６を経て減速機構６に動力伝達される。

切替用電動アクチュエータ５０Ｂによりシフトフォーク５６を駆動して、スリーブ５５をギヤ４２側（即ち、１速ポジション）に移動させれば、スリーブ５５の内歯５５ａがギヤ４２の外歯４２ａと噛み合って、回転軸４３とギヤ４２とが一体回転するようになって、１速ギヤ段が設定される。１速ギヤ段が設定されると、バリエータ３のセカンダリプーリ３０Ｓの回転軸３６（即ち、回転軸４３）からギヤ４２，ギヤ４５，回転軸４６を経て減速機構６に動力伝達される。

なお、スリーブ５５の内歯５５ａをギヤ４１の外歯４１ａやギヤ４２の外歯４２ａと円滑に噛合させるために後述の回転同期制御を行なうので、噛み合い箇所にシンクロ機構は不要であり、装備していない。
直結ギヤ機構２０は、入力軸２Ａと相対回転可能に配置された入力ギヤ（入力歯車）２１を備え、図２に示すように、この入力ギヤ２１が副変速機構の複数の変速歯車の１つ（ここでは、２速ギヤ段の出力側歯車であるギヤ４５）と噛合して駆動連結されている。
なお、前記入力ギヤ２１とギヤ４５は、それぞれの歯数を同一又は略同一として、変速比が１．０又は略１．０となるように設定されている。

この直結ギヤ機構２０をバリエータ３と選択的に使用するために、３ポジション式の噛み合いクラッチ機構５Ａが装備される。噛み合いクラッチ機構５Ａは、図１に示すように、噛み合いクラッチ機構５Ｂと同様に構成され、入力軸２Ａと一体回転するクラッチハブ５１と、クラッチハブ５１に設けられた外歯５１ａにスプライン係合する内歯５２ａを有するスリーブ５２と、スリーブ５２をシフト方向（軸方向）に移動させるシフトフォーク５３と、シフトフォーク５３を駆動する切替用電動アクチュエータ５０Ａとをそなえている。

入力ギヤ２１にはスリーブ５２の内歯５２ａと噛合しうる外歯２２が設けられ、バリエータ３におけるプライマリプーリ３０Ｐの固定プーリ３１の回転軸３３にはスリーブ５２の内歯５２ａと噛合しうる外歯３８が設けられている。
スリーブ５２は、ニュートラルポジション（Ｎ）と、バリエータ３を経由する動力伝達経路を設定するＣＶＴポジション（Ｃ）と、直結ギヤ機構２０を経由する動力伝達経路を設定する直結ポジション（Ｄ）との各ポジションを有し、各ポジション間を、シフトフォーク５３によってスライド駆動される。

切替用電動アクチュエータ５０Ａによりシフトフォーク５３を駆動して、スリーブ５２を回転軸３３側に移動させれば、スリーブ５２の内歯５２ａが回転軸３３の外歯３８と噛み合って、入力軸２Ａとプライマリプーリ３０Ｐの固定プーリ３１とが一体回転するようになって、バリエータ３を経由する動力伝達経路が設定される。

切替用電動アクチュエータ５０Ａによりシフトフォーク５３を駆動して、スリーブ５２を入力ギヤ２１側に移動させれば、スリーブ５２の内歯５２ａが入力ギヤ２１の外歯２２と噛み合って、入力軸２Ａと入力ギヤ２１とが一体回転するようになって、直結ギヤ機構２０を経由する動力伝達経路が設定される。
ここでも、スリーブ５２の内歯５２ａを回転軸３３の外歯３８や入力ギヤ２１の外歯２２と円滑に噛合させるために後述の回転同期制御を行なうので、噛み合い箇所にシンクロ機構は不要であり、装備していない。

減速機構６は、副変速機構４の回転軸４６に一体回転するように固設されたギヤ６１と、回転軸４６と平行な回転軸６５に一体回転するように固設されてギヤ６１と噛合するギヤ６２と、回転軸６５に一体回転するように固設されたギヤ６３と、差動機構７の入力ギヤであってギヤ６３と噛合するギヤ６４とから構成される。ギヤ６１とギヤ６２との間でそのギヤ比に応じて減速され、さらに、ギヤ６３とギヤ６４との間でそのギヤ比に応じて減速される。

〔変速機構〕
図１に示すように、プライマリプーリ３０Ｐに装備される変速機構８は、電動アクチュエータ８０Ａと機械式反力機構８０Ｂとから構成される。本実施形態の場合、機械式反力機構８０Ｂには、トルクカム機構を採用している。

機械式反力機構８０Ｂに採用されたトルクカム機構は、プライマリプーリ３０Ｐの可動プーリ３２の背部に配置され、回転軸３３上に同軸に配置された一対のカム部材８３，８４を有している。各カム部材８３，８４には、それぞれ、回転軸３３と直交する方向に対して傾斜する螺旋状のカム面８３ａ，８４ａが形成されていて、一対のカム部材８３，８４は、それぞれのカム面８３ａ，８４ａを接触させて配置されている。

カム部材８３もカム部材８４も回転軸３３と相対回転可能であり、プライマリプーリ３０Ｐの固定プーリ３１及び可動プーリ３２とは独立して回転軸３３と同軸に配設される。つまり、プライマリプーリ３０Ｐが回転してもカム部材８３，８４は回転しない。ただし、カム部材８４は回転方向にも軸方向にも固定されている固定カム部材であるのに対して、カム部材８３はカム部材８４に対して相対回転可能で且つ軸方向にも移動可能な可動カム部材である。また、可動カム部材８３には、カム面８３ａと逆側に可動プーリ３２の背面３２ａとスラストベアリング等を介して摺接する摺接面８３ｂが設けられている。

電動アクチュエータ８０Ａは、可動カム部材８３を回転駆動して、可動カム部材８３のカム面８３ａを固定カム部材８４のカム面８４ａに対して回転させることによって、カム面８３ａ，カム面８４ａの傾斜に沿って可動カム部材８３を回転軸３３の軸方向に移動させて、可動プーリ３２を回転軸３３の軸方向に移動させ、プライマリプーリ３０ＰのＶ溝の溝幅を調整する。

また、電動アクチュエータ８０Ａは、ウォーム（ネジ歯車）８２ａとこのウォーム８２ａと噛合するウォームホイール（はす歯歯車）８２ｂとからなるウォームギヤ機構８２と、ウォーム８２ａを回転駆動する電動モータ（変速用モータ）８１とから構成され、ウォームホイール８２ｂは、回転軸３３と同軸上に配置され、可動カム部材８３と一体回転し且つ軸方向には可動カム部材８３の移動を許容するように可動カム部材８３の外周にセレーション結合されている。これにより、電動モータ８１を作動させてウォーム８２ａを回転駆動すると、ウォームホイール８２ｂが回転し可動カム部材８３を回動させ、プライマリプーリ３０ＰのＶ溝の溝幅を調整する。

この変速機構８によるプライマリプーリ３０ＰのＶ溝の溝幅調整は、推力発生機構９による発生するセカンダリプーリ３０Ｓの推力を受けながら実施される。プライマリプーリ３０ＰのＶ溝の溝幅を狭める際には、ベルトを介して接続されたセカンダリプーリ３０ＳのＶ溝の溝幅を広げることになり、推力発生機構９による推力に対抗することになる。プライマリプーリ３０ＰのＶ溝の溝幅を広げる際には、セカンダリプーリ３０ＳのＶ溝の溝幅を狭めることになり、推力発生機構９による推力を利用することになる。

例えば、プライマリプーリ３０ＰのＶ溝の溝幅を狭める際には、電動モータ８１を作動させて可動カム部材８３を固定カム部材８４から離隔させる。これに応じて、プライマリプーリ３０Ｐに対するベルト３７の巻き掛け半径は拡大していき、ベルト３７の張力が増加する。このベルト３７の張力増加は、セカンダリプーリ３０Ｓに対するベルト３７の巻き掛け半径を縮小させていくように作用する。セカンダリプーリ３０Ｓに対するベルト３７の巻き掛け半径の縮小には、セカンダリプーリ３０ＳのＶ溝の溝幅を拡大させることが必要であり、セカンダリプーリ３０Ｓの推力発生機構９では、この溝幅拡大に対抗する効力が推力として発生する。したがって、電動アクチュエータ８０Ａは、この推力に抗して可動カム部材８３を駆動する。

また、プライマリプーリ３０ＰのＶ溝の溝幅を拡げる際には、電動モータ８１を作動させて可動カム部材８３を固定カム部材８４に接近させる。このとき、プライマリプーリ３０Ｐに対するベルト３７の巻き掛け半径は縮小していき、ベルト３７の張力が減少する。ベルト３７の張力減少は、セカンダリプーリ３０Ｓとベルト３７との滑りを生じることになり、セカンダリプーリ３０Ｓの可動プーリ３５はベルト３７に追従するが、固定プーリ３４はベルト３７に対して滑りを生じる。この滑りに応じて、固定プーリ３４と可動プーリ３５とにねじれが生じる。この固定プーリ３４と可動プーリ３５とにねじれに応じてセカンダリプーリ３０Ｓの推力が増強されることになる。

〔補助電動モータ〕
また、この自動変速機２のバリエータ３には、プライマリプーリ３０Ｐの回転軸３３に直結した補助電動モータ１０が設けられている。この補助電動モータ１０は、噛み合いクラッチ機構５Ａによる切り替え動作中に、回転軸３３を回転駆動して、副変速機構４の何れかの変速段の入力側と出力側との回転同期を促進するために装備される。

〔制御装置〕
図１に示すように、この車両には、電気自動車をトータルに制御するＥＶＥＣＵ１１０及び自動変速機（副変速機構付きＣＶＴ）２の要部を制御するＣＶＴＥＣＵ１００をそなえている。各ＥＣＵは、それぞれメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ）及びＣＰＵ等で構成されるコンピュータである。ＣＶＴＥＣＵ１００は、変速機構８の電動アクチュエータ８０Ａを構成する電動モータ８１、切替用電動アクチュエータ５０Ａ，５０Ｂ及び補助電動モータ１０の作動等をＥＶＥＣＵ１１０からの指令又は情報や他のセンサ類からの情報に基づいて制御する。

〔作用及び効果〕
本実施形態は、上述のように構成されるので、以下のような作用及び効果を得ることができる。
自動変速機２は、バリエータ（ベルト式無段変速機構）３と、副変速機構（常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構）４及び直結ギヤ機構２０を有して構成されているので、ＣＶＴＥＣＵ１００は、例えば、図４に示すような変速マップを使用して、図３に示すような大別して３つの動力伝達モードを選択して使用することができる。

通常の車両発進時には、図３（ａ）に示すように、バリエータ３を使用し副変速機構４を１速（ロー）としたＣＶＴローモードを選択する。発進後、車速が上がると、図３（ｂ）に示すように、バリエータ３を使用し副変速機構４を２速（ハイ）としたＣＶＴハイモードを選択する。通常、このＣＶＴハイモードで多くの走行態様に対応することができる。

このように、副変速機構４を使用することにより、図４に示すように、副変速機構４を１速（ロー）としたＣＶＴローモードでバリエータ３を最ローとした状態（１ｓｔＬｏｗ）から、副変速機構４を２速（ハイ）としたＣＶＴハイモードでバリエータ３を最ハイとした状態（２ｎｄＨｉｇｈ）までの広い変速比範囲で走行することができ、自動変速電動モータ１の小型化によるパワートレイン全体のコンパクト化や、電動モータ１の効率の良い領域を使うことができるため、パワートレイン効率を向上させることができ、電気自動車の航続距離を増加させることができる。

さらに、車両が高速道路等で高速走行している際には、図３（ｂ）に示すように、直結ギヤ機構２０を使用する。これにより、伝達効率の高い歯車による動力伝達を実現することができ、この点からも電費を向上させることができ、電気自動車の航続距離を増大することができる。

また、３つの動力伝達モードの切り替えは、電動モータ１と補助電動モータ１０とを利用して回転同期を図るので、回転同期が促進されて変速時間を短縮でき、且つ変速ショックの低減も図ることが可能となる。また、電動モータ１と補助電動モータ１０とによる回転同期により、同期調整を正確に実行することができ、シンクロ機構等を省いて装置コストを低減することができる。

例えば、噛み合いクラッチ機構５Ｂによって副変速機構４を１速（ロー）と２速（ハイ）とで切り替えるときには、副変速機構４の回転軸４３の回転をギヤ４１またはギヤ４２の回転に同期させるが、これには電動モータ１と補助電動モータ１０を協働して作動させることにより、バリエータ３の大きな慣性質量を克服して素早く同期を得ることができ、変速時間の短縮が可能となる。

また、噛み合いクラッチ機構５Ａによって、バリエータ３を使用する状態と直結ギヤ機構２０を使用する状態とで切り替える際にも、噛み合いクラッチ機構５Ａにおける入力回転部材と出力回転部材とを回転同期させるが、これには、電動モータ１と補助電動モータ１０とを利用することができる。

例えば、直結ギヤ機構２０を使用する状態からバリエータ３を使用する状態に切り替える場合、以下の手順で速やかに切り替えることができる。
（１）噛み合いクラッチ機構５Ａ，５Ｂを何れもニュートラルにする。
（２）補助電動モータ１０によって、バリエータ３を介して副変速機構４の回転軸４３と達成する変速段に対応するギヤ（ギヤ４１またはギヤ４２）との回転同期を促進しながら、駆動源である電動モータ１の回転をバリエータ３の入力部（プライマリプーリ）３０Ｐの回転軸３３の回転と同期させるように制御する。
（３）ニュートラル状態の噛み合いクラッチ機構５Ａを、入力軸２Ａ側の部材（スリーブ５２の内歯５２ａ）とバリエータ３のプライマリプーリ３０Ｐの入力回転部材（回転軸３３の外歯３８）とが噛み合うように、ＣＶＴポジション（Ｃ）に切り替えると共に、ニュートラル状態の噛み合いクラッチ機構５Ｂを、達成する変速段に対応するギヤ（ギヤ４１またはギヤ４２）に連結されるように切り替える。
これにより、噛み合いクラッチ機構５Ａ，５Ｂを短時間で切り替えることができ、トルク抜け感を与えにくくなり、変速にかかるドライブフィーリングを良好にすることができる。

なお、本実施例における補助電動モータ１０は、変速時の回転同期に用いるだけなので、小出力の小型モータを採用でき、装置のコスト増を抑制することができる。

また、車両の駆動系ユニットの動力伝達経路下流側ほどトルク増幅のために動力伝達系に大トルクが加わるが、このように、動力伝達経路の比較的上流側のプライマリプーリ３０Ｐの回転軸３３に補助電動モータ１０を接続すれば、低トルクに対応した小出力の小型モータを採用しやすい。
なお、この補助電動モータ１０の出力を車両の駆動のためのトルクアシストとして利用することも考えられ、この場合、補助電動モータ１０を相応の出力の物を採用することになる。

一方、バリエータ３を使用する状態から直結ギヤ機構２０を使用する状態に切り替える場合は、両噛み合いクラッチ機構５Ａ，５Ｂをニュートラルにする。そして、電動モータ１の回転を入力歯車２１の回転と同期させるように制御する。回転が同期したら、ニュートラル状態の噛み合いクラッチ機構５Ａを、入力軸２Ａ側の部材（スリーブ５２の内歯５２ａ）と入力歯車２１側の部材（外歯５２ａ）とが噛み合うように、直結ポジション（Ｄ）に切り替える。
なお、噛み合いクラッチ機構５Ｂは、直結駆動の間はニュートラルを保持する。

〔その他〕
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態を適宜変更したり部分的に採用したりして実施することができる。

例えば、上記実施形態では、噛み合いクラッチ機構５Ａ，５Ｂに、３ポジション式のものが採用されており装置構成を簡素化しているが、これらの何れかまたは両方に、２ポジション式の噛み合いクラッチ機構を２つ組み合わせて使用することもできる。

また、機械式反力機構としては、実施形態に示した端面カム機構に限定されないが、端面カム機構の場合、トルク容量の大きい機構をコンパクトに構成することができる。
また、上記実施形態では、噛み合いクラッチ機構５Ａ，５Ｂの噛み合い箇所にシンクロ機構を装備していないが、噛み合い箇所にシンクロ機構を装備すれば、上記の回転同期制御に高い精度が要求されなくなるので、回転同期が完了する前にクラッチ機構５Ａ，５Ｂを噛み合い操作することができ、変速に要する時間を短縮できる。

Claims

主電動モータのみを駆動源として走行する電気自動車に装備され、
入力部が前記主電動モータに連結された入力軸と相対回転可能に配置され、電動アクチュエータと機械式反力機構とによってプーリの巻き掛け半径と狭圧力とが調整されるベルト式無段変速機構と、
前記ベルト式無段変速機構の出力部に連結され、複数の変速段を有する常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構と、
前記常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構の入力側軸に相対回転可能に装備され複数の変速歯車の１つを前記入力側軸に選択的に連結する第１の噛み合いクラッチ機構と、
前記入力軸に相対回転可能に配置され、前記常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構の出力側軸に固設された複数の変速歯車の１つに駆動連結された入力歯車と、
前記入力軸に配設され、前記ベルト式無段変速機構の入力部と前記入力歯車との何れか一方を前記主電動モータに選択的に連結する第２の噛み合いクラッチ機構と、
前記ベルト式無段変速機構の前記入力部に連結され、前記第２の噛み合いクラッチ機構による切り替え動作中に、前記入力部を回転駆動して、前記常時噛み合い型平行軸式歯車変速機構の何れかの変速段の入力側と出力側との回転同期を促進する補助電動モータと、
を備えた電気自動車用自動変速機。
前記機械式反力機構には、トルクカム機構が用いられ、
前記電動アクチュエータは、ウォーム及びウォームホイールからなるウォームギヤと、前記ウォームを回転駆動する電動モータとから構成され、
前記トルクカム機構は、前記プーリの狭圧力を調整し、
前記電動アクチュエータは、前記プーリの巻き掛け半径を調整する、請求項１記載の電気自動車用自動変速機。
前記入力歯車は、同入力歯車が噛み合う前記常時噛み合い型平行軸式変速機構の歯車の歯数と略同一に設定されている、請求項１又は２記載の電気自動車用自動変速機。