JPWO2019230021A1 - 電気自動車用２段変速機 - Google Patents

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Abstract

本発明は電気自動車用2段変速機に関し、電磁アクチュエータを一つで済ますことができるものである。変速機は、遊星歯車機構12と、弾性体44と、入力軸と一体回転するアーマチュア26と、電磁コイル46と、多板摩擦クラッチ30を備える。リングギヤ20はハウジング固定となっている。アーマチュア26は、クラッチ突部26-1を備え、サンギヤ18の凹部18-2とでドグクラッチを構成し、電磁コイル46の非通電によりドククラッチは締結となり、入力軸の回転はサンギヤ18及びキャリア16を介し出力軸に減速されて伝達される。電磁コイル46の通電によりアーマチュア26は弾性力に抗し変位し、ドククラッチは非締結となり、アーマチュア26のフランジ部26-4により多板摩擦クラッチ30は締結に至り、入力軸の回転は１対１で出力軸に伝津される。ギヤ比切替時のトルク抜けを防止するためのワンウエイクラッチを具備させることができる。

Description

この発明は電気自動車用２段変速機に関するものである。
電動機を動力とする自動車（Electric Vehicle：ＥＶ）においてはエンジンと動力を切替え若しくは共用するハイブリッド車においても純粋に電動機の駆動力だけで走行するものでも電動機の動力の車軸側への伝達は回転軸上に別段変速機を設けず、電動機の回転を走行に適した適当な回転数に落とす減速機だけを設けるものが普通であった。これは、電動機においては無回転域から駆動トルクを発生させることができ、使用可能な回転域が広いし、また、構造が簡単ということがＥＶの重要なセールスポイントであることから、構造を複雑化させる変速機を設けるまでもない、といった事情によるものである。
しかしながら、ＥＶにおいても、変速機を利用するメリットはあり、それは、電動機といえども車速の全域で高効率を維持することは困難であり、特に、車両の高車速運転域においては、電動機の回転数が大きくなるため効率悪化があり、そのための改善として、２段の変速機を電動機と減速機との間に配置し、効率の悪化する車両の高車速運転域において、２段の変速機における低減速比側を使用することにより、電動機の回転数を下げて車両の高車速運転を行うことができ、電動機の高効率の使用域を広げることができる。この種の２段の変速機としては、特許文献１では電磁式の第１クラッチ及び同じく電磁式の第２クラッチを設け、低速域では第１クラッチにより第１減速部を介し電動機の回転を出力側に伝え、高車速運転域では第２クラッチにより第２減速部を介し電動機の回転を出力側に伝え、同じ電動機の回転数に対し、第１クラッチ減速部で減速された回転数より第２減速部で減速された回転数を大きくしている。そのため、高車速運転域では低速域と比較して減速比としてはより小さな値となるため、減速比が小さい分、電動機の回転を下げて高速走行を行なうことができ効率を高めることができ、全車速域に亘り効率を高めることができる。
特許第５５６８２２９号公報
従来技術の場合、低速域での大きな減速比（１速）と高車速運転域での小さな減速比（２速）との２段変速を行なっているが、大小のどちらの減速比でも電磁クラッチの係合により夫々の減速比を確保するようにしている。そのため、どちらの減速比においても電磁クラッチ係合維持のための電磁力が必要であり、その分電力消費量が増大し、バッテリへの負担となる。ＥＶにおいては、使用頻度の多い低速域での電力消費量を節約することがバッテリへの負荷を軽減のため必要であり、この点でも従来構造のものは改善が希求されていた。また、従来は夫々のクラッチのための２個の電磁アクチュエータ（アーマチュア）の設置が必要であり、変速機のサイズの増大要因であり、大型化によりレイアウトの制約が出て来るなどの欠点を招くことになる。
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、電気自動車用の２段変速機において電磁アクチュエータを一つで済ますことができ、電力消費の負荷軽減及びレイアウト制約の解消を目的とする。
車輪駆動に電動機を使用する車両において、この発明の電動機出力軸上に配置される２段変速機は、
車体側に固定されたハウジングと、
ハウジング内に配置され、円周方向に間隔をおいて配置された複数のピニオンを回転自在に軸支して構成されるキャリアと、キャリアと回転中心を共通しピニオンに噛合する第１の歯車と、キャリアと回転中心を共通しピニオンに噛合する第１の歯車とは異なった歯数の第２の歯車とからなる３回転要素を備えた遊星歯車機構と、
弾性体と、
電磁コイルと、
入力軸に沿って移動可能にかつ入力軸と共に回転され、弾性体により第１の方向へ移動付勢され、電磁コイルに生じた電磁力により第１の方向と反対方向に移動付勢される弾性体により第１の方向へ移動付勢され、電磁コイルに生じた電磁力により第１の方向と反対の第２の方向に移動付勢されるアーマチュアと、
電磁コイル非通電時は、前記弾性体の弾性力によるアーマチュアの前記第1の方向への移動により締結され、電磁コイル通電時は、電磁力により弾性力に抗したアーマチュアの前記第２の方向への移動により非締結となる第１のクラッチと、
電磁コイル通電による電磁力下、弾性力に抗したアーマチュアの前記第２の方向への移動により締結され、電磁コイルの非通電時は弾性力によるアーマチュアの前記第１の方向への移動により非締結とされる第２のクラッチとを備え、
遊星歯車機構の第１の回転要素としてのリングギヤ若しくはサンギヤはハウジングに固定され、残りの回転要素である第２、第３の回転要素及び入力側及び出力側間における第１のクラッチ及び第２のクラッチの配置は、第１及び第２のクラッチの一方のクラッチの締結、第１及び第２のクラッチの他方のクラッチ非締結により、入力側の回転要素と出力側の回転要素との回転数が等速に、第１及び第２のクラッチの前記一方のクラッチの非締結、前記他方のクラッチの締結で入力側の回転要素と出力側の回転要素は同一回転方向でかつ非等速となるようにされ、
かつ電磁コイル非通電による弾性力下でのアーマチュアの前記第１の方向への移動により第１のクラッチが締結、第２のクラッチが非締結とされる第１の場合と、電磁コイル通電により弾性力に抗した電磁力下でのアーマチュアの前記第２の方向への移動による第１のクラッチが非締結、第２のクラッチが締結される第２の場合を比較したとき、第１の場合が第２の場合と較べて入力側に対して出力側がより減速となるようにされる。
第１のクラッチはドグクラッチであり、第２のクラッチは摩擦クラッチであることが好ましい。また、特に好ましい構成としては、ドグクラッチは、アーマチュアの一体部分である第１部分と、そのハウジングを含めた遊星歯車機構側の一体部分である第２部分とから成り、アーマチュアの第１の方向への移動により第１部分と第２部分とが係合され、ドグクラッチは締結され、アーマチュアの第２の方向への移動により第１部分と第２部分とが離間され、ドグクラッチは非締結となる。また、アーマチュアは、その一体部分としての、摩擦クラッチ駆動部を備え、アーマチュアの第１の方向への移動においては、摩擦クラッチ駆動部は摩擦クラッチの対向面から離間され、摩擦クラッチは非締結となり、アーマチュアの第２の方向への移動により摩擦クラッチは締結に至るようにされる。
本発明の変速機の構造においては、２個のクラッチのシーソー的な締結及び非締結により２段変速を実現しているが、この場合、部品公差等に関わらず確実な切替動作を確保するため第１速から第２速、第２速から第１速切替の際に２個のクラッチが非締結状態となる中間状態を設けざるを得ない。この中間状態は極めて短時間であるが、トルク抜けにより変速ショックを生じ得る。このようなトルク抜け対策のため、前記中間状態において、電動機側の回転軸の駆動力の出力軸側への伝達を確保するワンウエイクラッチを設けることができる。
このようなワンウエイクラッチとしては、切替時において入力軸の回転を出力側に出力側の回転が落ちないように伝達するような使い方と、ワンウエイクラッチを固定すべき回転要素であるリングギヤ若しくはサンギヤ間に配置し、切替時にリングギヤ若しくはサンギヤをハウジング側にロックすることにより動力伝達を確保する使い方とがある。
この発明の２段変速機は、電磁コイル非通電による弾性力下での第１のクラッチの締結、第２のクラッチの非締結の第１の場合が、電磁コイル通電による弾性力に抗した第１のクラッチの非締結、第２のクラッチの締結の第２の場合と比較してより入力側に対して出力側が減速となるようにされる。そのため、第１の場合を低速域に割り当て、第２の場合を高車速運転域に割り当てることにより、低速の常用運転域では第１のクラッチ係合に電力を要せず、電力消費効率を高め、他方、高車速運転域では、減速比が小さくなるため、その分電動機の回転を下げ効率の高いところで動作させることができるため、この点でも電力消費効率の向上に繋げることができる。また、電磁力に応じたアーマチュアの前後の（第１の方向又は第２の方向の）動き、即ち、ワンモーションだけで、第１のクラッチ及び第２のクラッチの係脱が可能であり、効率的な切替動作の実現が可能である。また、高車速域で電動機の回転を下げ、電動機の効率を高めることで、最高車速域での性能を高めることができると共に最高速の増大を図ることができる。
また、低速域での動力伝達に、アーマチュアと一体化したドグクラッチを使用することにより、問題となるような変速ショックを生じさせることなく、簡単な構成で高効率の動力伝達が可能となり、この点でも低速域でのエネルギ効率を高めることができ、また部品点数削減によるコスト上の優位性を高めることができる。
また、ワンウエイクラッチの設置により切替時のトルク抜けを防止し、これも運転者が知覚し得る変速ショックの軽減を図ることができる点において優れている。
図１はこの発明の電気自動車の車輪駆動トレーンを模式的に示す図である。 図２はこの発明の第１の実施形態の２段変速装置の中心軸線に沿った上側部分の断面図であり、ドグクラッチの締結状態でかつ摩擦クラッチの非締結状態を示す。 図３は図２のクラッチ駆動板を入力軸側より見た正面図である。 図４は図３の反対側（出力軸側）から見たクラッチ駆動板の背面図である。 図５は図４のV−V線に沿ったクラッチ駆動板の背面図である。 図６は図２のサンギヤを入力軸側より見た正面図である。 図７は図６の反対側（出力軸側）から見たサンギヤの背面図である。 図８は図６のVIII−VIII線に沿ったサンギヤの背面図である。 図９は図２と同様、この発明の第１の実施形態の２段変速装置を示すが、ドグクラッチの非締結状態でかつ摩擦クラッチの締結状態を示す。 図１０はこの発明の第２の実施形態の２段変速装置の中心軸線に沿った上側部分の断面図である。 図１２は図１０のサンギヤを入力軸側より見た正面図である。 図１２は図１１の反対側（出力軸側）からサンギヤの背面図である。 図１３は図１１のXIII−XIII線に沿ったサンギヤの背面図である。 図１４はこの発明の第３の実施形態の２段変速装置の中心軸線に沿った上側部分の断面図である。 図１５はこの発明の第４の実施形態の２段変速装置の中心軸線に沿った上側部分の断面図であり、ドグクラッチの締結状態でかつ摩擦クラッチの非締結状態を示す。 図１６は図１５と同様であるが、ドグクラッチの非締結状態でかつ摩擦クラッチの締結状態を示す。 図１７は第４の実施形態の２段変速装置におけるトルク抜け防止用のワンウエイクラッチの模式的な構成を示す図である。 図１８はこの発明の第５の実施形態の２段変速装置の中心軸線に沿った上側部分の断面図であり、ドグクラッチの締結状態でかつ摩擦クラッチの非締結状態を示す。 図１９は図１８と同様であるが、ドグクラッチの非締結状態でかつ摩擦クラッチの締結状態を示す。 図２０は第５の実施形態の２段変速装置におけるトルク抜け防止用のワンウエイクラッチの模式的な構成を示す図である。 図２１はこの発明の第６の実施形態の２段変速装置の中心軸線に沿った上側部分の断面図であり、ドグクラッチの締結状態でかつ摩擦クラッチの非締結状態を示す。 図２２は図２１と同様であるが、ドグクラッチの非締結状態でかつ摩擦クラッチの締結状態を示す。 図２３は第６の実施形態の２段変速装置におけるトルク抜け防止用のワンウエイクラッチの模式的な構成を示す図である。
図１はこの発明の電気自動車の駆動トレーンを模式化して示しており、２は走行用の電動機（モーター）、４はこの発明の２段変速機、６は減速機、８はディファレンシャル、９は車輪を示す。減速機６は噛合するギヤを筐体に収容して構成され、電動機２の高回転を車輪９による走行に適した回転数に減速するため設置され、２段変速機４を設置しない通常の電気自動車の場合、減速機６における減速比の設定は８付近の値であり、これは、常用される低車速運転において電動機２が高効率の回転数域で動作させるため適しているが、この設定の場合、高車速運転で電動機の回転が上がり過ぎて効率が良くなくなるため、２段変速機４を設置している。後述の第１の実施形態では、第１段は2.4の減速比、第２段は1.0（直結）の設定であり、減速機６の減速比を仮に3.41とした場合のトータルの減速比は2.4×3.41=8.18となり、従来の２段変速機の無い場合のトータルの減速比程度の値となる。また、第２段での運転の場合は、トータルとして、1.0×3.41=3.41の減速比での運転となり、減速比が小さくなる分、高車速運転域において、電動機２を従来より低回転の効率の良い回転域で運転させることが可能となる。
図２はこの発明の電気自動車用の２段変速機の断面図であり、中心線Ｌの上側半分が画かれている。１０はハウジングであり、別体の溶接されるカバー１０´とで内部に本発明の二段変速機４の構成部を収容する閉鎖された空洞部（歯車の噛合部の潤滑のための潤滑油が収容される）を形成する。遊星歯車機構１２はハウジング１０内に配置され、円周方向に間隔をおいて配置された複数のピニオン１４を回転自在に軸支して構成されるキャリア１６と、キャリアと回転中心を共通しピニオンに噛合するサンギヤ１８と、キャリアと回転中心を共通しピニオンに噛合するリングギヤ２０とからなる３回転要素を備えている。各ピニオン１４をキャリア１６に軸支するためピン２１（キャリア１６に固着）が設けられ、２２はニードルベアリングを示す。
アーマチュア２６（図３−図５）は、本発明のこの実施形態では、後述ドグクラッチ（２８）の一体部分であり、また、後述摩擦クラッチ３０の駆動部の一体部分でもあり、後述の電磁コイル（４６）のオンオフだけで、換言すれば、ワンモーションで、ドグクラッチ２８及び摩擦クラッチ３０のシーソー的な係脱切替動作が可能となっている。アーマチュア２６は全体として環状円板形状をなし、内周に円周方向に等間隔に８個配置され、夫々がサンギヤ１８に向けて軸方向に延びるクラッチ突部26-1と、中間部において、円周方向に等間隔に８個複数配置され、夫々がクラッチ突部26-1と反対方向に軸方向に延びる支持部26-2と、クラッチ突部26-1と反対方向に軸方向に延びる外周の筒状部26-3と、筒状部26-3の端部において半径方向に延びるフランジ部26-4（摩擦クラッチ駆動部）とを形成する。
遊星歯車機構１２のサンギヤ１８（図６−図８）は外周にピニオン１４の歯部14-1と噛合する歯部18-1を形成する。サンギヤ１８のアーマチュア２６との対向面に円周方向に離間して８個のクラッチ凹部18-2が形成され、サンギヤ１８の８個のクラッチ凹部18-2は、アーマチュア２６の８個のクラッチ突部26-1と夫々対向するように配置され、８組の対向するクラッチ突部26-1とクラッチ凹部18-2とがこの実施形態の発明のドグクラッチ２８を構成する。即ち、クラッチ突部26-1とクラッチ凹部18-2とは軸方向の向き合う方向の相対移動により相互に噛合うことにより回転方向に一体化（ドグクラッチは締結）され、軸方向の離間方向の相対移動で、クラッチ突部26-1とクラッチ凹部18-2との係合は解除（ドグクラッチは非締結）される。
キャリア１６は回転中心に筒状部16-1を形成しており、筒状部16-1は内周面にスプライン歯16-1aを形成し、このスプライン歯16-1aに車軸側（ディファレンシャル）への図示しない出力軸がスプライン嵌合される。アーマチュア２６は径方向に中間部に遊星歯車機構１２から離間側に軸方向に突出する支持部26-2を円周方向に等間隔に６個形成している。支持部26-2は、後述のように多板摩擦クラッチ３０の内筒と協働することによりアーマチュア２６を回転中心と同軸支持すると共にアーマチュア２６を入力軸と一体回転させる機能を持つ。また、アーマチュア２６は、その一体構成部分として、外周部に摩擦クラッチの駆動部26-4を形成する。
多板摩擦クラッチ３０はハウジング１０内に配置され、外筒３２と、外筒３２の摺動溝32-1に摺動自在に設けたドリブンプレート３４と、内筒３６と、内筒３６の摺動溝36-1に摺動自在に設けたドライブプレート３８と、ドリブンプレート３４の両面に固着したクラッチフエーシング４０と、外筒３２の摺動溝32-1に摺動自在に設けられ、スナップリング４２によって係止される受圧板４３とから構成される。ドリブンプレート３４、ドライブプレート３８と、クラッチフエーシング４０よりなるクラッチパックを挟んで受圧板４３の反対側において、アーマチュア２６の摩擦クラッチ駆動部26-4が位置され、アーマチュア２６の軸方向の移動下、その駆動部26-4により多板摩擦クラッチ３０の係脱が行なわれる。また、外筒３２は、遊星歯車機構１２側の壁面部32-2がキャリア１６に固定されるピン２１に固定され、外筒３２とキャリア１６とは一体連結されている。
多板摩擦クラッチ３０の内筒３６は、アーマチュア２６に対向した保持円板３９と一体化され、保持円板３９は内周側に回転軸と同芯な中央筒状部39-1とを形成し、中央筒状部39-1の内周面のスプライン溝39-1aに電動機側の回転軸がスプライン嵌合される。また、保持円板３９は、外周付近に円周方向に等間隔に形成されたアーマチュア案内用の６個の開口39-2を有しており、この６個の開口39-2にアーマチュア２６の夫々の支持部26-2が摺動自在に嵌合されており、アーマチュア２６はクラッチ保持板３９に軸方向に摺動可能に支持されている。
弾性体４４（コイルスプリングや板状体ばね等）はアーマチュア２６と保持円板３９間に配置され、弾性体４４をコイルスプリングにより構成した場合は間隔をおいて適当な数が設置される。弾性体４４はアーマチュア２６を図の左方にクラッチ突部26-1とクラッチ凹部18-2とが係合するように付勢している。そして、弾性体４４のこの付勢力の方向は、多板摩擦クラッチ３０については、ドリブンプレート３４に対するドライブプレート３８の締結を解放（多板摩擦クラッチ３０を非締結）する。
そして、電磁コイル４６はカバー１０´の内側に配置され、かつ電磁コイル４６は、その通電により生ずる磁束経路におけるカバー１０´の磁束通過孔10-1’及び保持円板３９の磁束通過孔39-3を介してアーマチュア２６と対向するように設置されている。従って、電磁コイル４６の通電により生ずる磁束はアーマチュア２６をして弾性体４４に抗して図２において右行させ、この際、アーマチュア２６は支持部26-2が保持円板３９の開口39-2の案内で右行され、クラッチ突部26-1がクラッチ凹部18-2から離脱され、ドグクラッチ２８は非締結状態をとると同時に、摩擦クラッチ駆動部26-4 により受圧板４３との間でドリブンプレート３４とドライブプレート３８とがクラッチフエーシング４０を介して挟着された多板摩擦クラッチ３０は締結状態となる。これを図９に示す。４７は電磁コイル４６への通電用のワイヤハーネスを示す。
尚、スラスト受けのための軸受52, 54, 56が適所に配置されている。
第１の実施形態における２段変速機４の動作を説明すると、図２においては、電磁コイル４６は通電されず、弾性体４４の弾性力によってドグクラッチ２８は締結、多板摩擦クラッチ３０は非締結となる。走行用電動機からの回転駆動力は、遊星歯車機構１２のリングギヤ２０が車体に固定されたハウジング１０に拘束されているため、電動機からの回転は、電動機側回転軸とスプライン溝39-1aにて嵌合する保持円板３９より、開口39-2と支持部26-2との係合部よりアーマチュア２６に、次いで、ドグクラッチ２８の係合部(26-1, 18-2)より遊星歯車機構１２のサンギヤ１８に伝達される。他方、遊星歯車機構１２のリングギヤ２０は車体側のハウジング１０に固定であるため、サンギヤ１８の回転に対して歯数に応じた減速比でキャリア１６に回転駆動力が伝わり、キャリア１６の回転によりスプライン26-1aにスプライン嵌合する出力軸が回転駆動される。このときの入力軸（サンギヤ１８）に対する出力軸（キャリア１６）の回転比は、周知のように、サンギヤの歯数Zs、リングギヤの歯数ZrとしたときZs/(Zs+Zr)、即ち、減速となり、歯数によるが2.4等の減速比とすることができる。
電磁コイル４６が通電されると、電磁コイル４６に生ずる磁束はアーマチュア２６を弾性体４４の弾性力に抗して図２の右方に移動させ、アーマチュア２６は図９に示す位置を取る。このとき、ドグクラッチ２８の突起部26-1はサンギヤ１８の凹部18-2から抜け、ドグクラッチは非締結状態となる。他方、アーマチュア２６の駆動部26-4は、受圧板４３との間でドリブンプレート３４をクラッチフエーシング４０を介してドライブプレート３８を挟着し、多板摩擦クラッチ３０は締結状態となる。電動機からの回転は、保持円板３９より、ドライブプレート３８, クラッチフエーシング４０、ドリブンプレート３４より外筒３２に、キャリア１６に伝達する。即ち、この場合、キャリア１６はサンギヤ１８と一体となってキャリア１６の回転によりスプライン16-1aにスプライン嵌合する出力軸が回転駆動される。即ち、出力軸は入力軸と同一回転速度（変速比は１．０）で回転する。
この実施形態では、車両の低車速運転時は、変速機４は図２の第１段の減速比（＝2.4）にて運転し、図１で説明したように、トータルの減速比は減速機６の減速比を仮に3.41とすると2.4×3.41=8.18となり、従来と同程度のトータル減速比であり、そのため、常用運転で高い電動機効率を得ることができ、しかも、ドグクラッチ２８は弾性体４４の弾性力により締結状態を得ることができ電磁コイル４６の通電をしなくてすむ為、常用運転域での一層の高エネルギ効率を得ることができる。また、高車速運転時は電磁コイル４６を通電することにより、ドグクラッチ２８は非締結と、多板摩擦クラッチ３０は締結状態（変速機４は第２段の変速比（＝2.4））となり、出力軸は入力軸と同一速度で回転し、高車速運転時の電動機の高効率の運転状態を確保することができる。即ち、このとき、図１で説明したように、トータルの減速比は1.0×3.41（減速機６の減速比）=3.41の減速比での運転となり、トータルの減速比が小さくなる分、高車速運転域において、電動機２を従来より低回転のより効率の良い回転域で運転させることが可能となる。
図２の実施形態において、等速（図９）から減速（図２）に移行するとき、電磁コイル４６の通電が解除されると弾性体４４の弾性力は、アーマチュア２６をサンギヤ１８側に付勢し、その瞬間において、ドグクラッチ２８を構成するアーマチュア２６の突起部26-1とサンギヤ１８の凹部18-2とは非整列であっても、減速下サンギヤ１８とアーマチュア２６との間に生ずる相対回転は、弾性体４４の弾性力下凹部18-2と突起部26-1とを整列に至らしめ、弾性力下で凹部18-2に対して突起部26-1は嵌合し、図２に示すようにドグクラッチ２８は締結状態を取るに至る。これは、幾分かの変速ショックを伴うことになるが、減速運転中であることから、実用上問題となることはない。
図１０−図１３はこの発明の第２に実施形態の２段変速機１０４を示し、遊星歯車機構１１２はリングギヤ２０がハウジング１０に固定される構造は同様であるが、出力軸への連結はキャリア１６からサンギヤ１８に変更される。即ち、サンギヤ１８は内周に歯部１８ａが形成され、サンギヤ１８のこの歯部１８ａは、車軸側（ディファレンシャル）への図示しない出力軸に噛合する。サンギヤ１８のアーマチュア２６のクラッチ係合部26-1とサンギヤ１８のクラッチ凹部18-2とから成るドグクラッチ１２８の構成は第１の実施形態のドグクラッチ２８と同様である。他の部分は図２の第１の実施形態と同様であり、同一部品には同一符号により表し、説明は省略する。
第２の実施形態における変速機１０４の動作を説明すると、電磁コイル４６の非通電時は、弾性体４４の弾性力によってドグクラッチ１２８は締結、多板摩擦クラッチ３０は非締結となる。走行用電動機からの回転は、図示しない電動機回転軸とスプライン39-1aにて噛合する保持円板３９より、開口39-2と支持部26-2との係合部よりアーマチュア２６に、次いで、ドグクラッチ１２８の係合部(26-1, 18-2)より遊星歯車機構１１２のサンギヤ１８に伝達される。サンギヤ１８はその内周の歯部１８ａが図示しない出力軸に噛合する。そのため、入力軸の回転は１対１で出力軸に伝達され、このときの変速比は１．０となる。尚、キャリア１６も同一速度で回転する。
電磁コイル４６が通電されると、電磁力下、弾性体４４の弾性力に抗してドグクラッチ１２８の突起部26-1はサンギヤ１８のクラッチ凹部18-2から抜け、ドグクラッチは非締結状態となる。また、クラッチ３０は第1の実施形態と同様締結状態となる。電動機からの回転は、保持円板３９より、ドライブプレート３８, クラッチフエーシング４０、ドリブンプレート３４より外筒３２に、キャリア１６に伝達する。キャリア１６の回転によりサンギヤ１８が回転駆動され、歯部１８ａに噛合する出力軸が回転駆動される。即ち、このときの出力軸の回転は入力軸の回転数より増速となり、変速機の増速比は、周知のように、サンギヤの歯数Zs、リングギヤの歯数Zrとしたとき(Zs+Zr)/Zsとなる。
この実施形態では、車両の低車速運転時は、電磁コイル４６を徐電し、入力軸の回転は１対１で出力軸に伝達される。また、車両の高車速運転時は電磁コイル４６を通電し、入力軸と出力軸の回転比は増速となる。同一の入力軸回転数に対して、出力軸の回転数は車両の低車速運転時が高車速運転時より低くなり、この関係は第１の実施形態と同様である。低車速運転時には第１の実施形態との比較では入出力が１対１であるため、第１の実施形態のような減速（減速比＝2.4）ではないため、そのままでは、同一入力回転数に対しては出力側の回転数は高くなるが、図１の減速機６の減速比を第１の実施形態の値より大きな値とする（減速機６の出力側ギヤ径を大きくする）ことによりトータルの減速比を第１の実施形態の想定値8.18と同等にすることが可能となり、第１の実施形態と同様、常用の運転域である低車速運転時に車両駆動電動機のより高い回転数を使用することができ、また、低速荷運転時にドグクラッチによる弾性体４４を利用した締結のため、電磁コイル４６の通電をしなくすむ為、常用運転域での一層の高エネルギ効率を得ることができるという同等の効果を奏することができる。
また、高車速運転においては、変速機１０４は増速（増速比2.4）であるが、減速機６の減速比が大きくなっているため、トータルの減速比は第１の実施形態（仮の値で3.41）と同等となり、同様に、高車速運転を、電動機２の低回転速度域で行うことができるため、高車速運転における電動機の効率を高めることができる。
図１４は、本発明の別の実施形態の２段変速機２０４を示し、この実施形態では１速用のクラッチ２２８も２速用のクラッチ２３０も共に多板摩擦クラッチとなっている。遊星歯車機構２０は、第１の実施形態と同様に円周方向に間隔をおいて配置された複数のピニオン１４を回転自在に軸支して構成されるキャリア１６と、キャリア１６と回転中心を共通しピニオン１４に噛合するサンギヤ１８と、キャリアと回転中心を共通しピニオンに噛合するリングギヤ２０とからなる３回転要素を備えており、各ピニオン１４をキャリア１６に軸支するためピン２１（キャリア１６に固着）が設けられ、リングギヤ２０が外周においてケース側（この場合はカバー１０´）に固着した構成は同様であるが、遊星歯車機構２０はケースの入力側に設置され、サンギヤ１８の内歯が入力軸にスプライン嵌合する構成が相違する。
１速用の多板摩擦クラッチ２２８はドライブプレート２１０と、ドリブンプレート２１２と、ドライブプレート２１０の両面に固着したクラッチフエーシング２１４と、ドライブプレート２１０を摺動自在に保持する内側クラッチドラム２１６と、ドリブンプレート２１２を摺動自在に保持する外側クラッチドラム２１８からなり、内側クラッチドラム２１６はキャリア１６に固定されるピン２１と一体連結される。弾性体２４４は、クラッチ駆動プレート２２６のクラッチ駆動部226-1を介して多板摩擦クラッチ２２８を締結方向に付勢するように設置される。
２速用の多板摩擦クラッチ２３０は、ドライブプレート２３２とドリブンプレート２３４とドライブプレート２３２の両面に固着したクラッチフエーシング２３６と、ドライブプレート２３２を摺動自在に保持する内側クラッチドラム２３８と、ドリブンプレート２３４を摺動自在に保持する外側クラッチドラム２４０からなり、内側クラッチドラム２３８はサンギヤ１８と一体回転するように連結される。弾性体２４４は、クラッチ駆動プレート２２６のクラッチ駆動部226-2と対向位置するが、弾性体２４４により常態ではクラッチ駆動部226-2は離間位置され、多板摩擦クラッチ２３０は非締結状態に位置する。そして、電磁コイル２４６は、外側クラッチドラム２１８との一体回転部分である出力プレート２５０に形成される磁束通過孔250-1を介して、クラッチ駆動プレート２２６と対向位置する。また、出力プレート２５０は内周に出力軸との嵌合のためのスプライン部250-2を形成している。
この第３の実施形態における電気自動車用変速機の動作においては、１速時は電磁コイル２４６は非通電となり、弾性体２４４の弾性力によって第１摩擦クラッチ２２８は締結、第２の摩擦クラッチ２３０は非締結となり、入力軸の回転はサンギヤ１８より、ピニオン１４、キャリア１６及び第１摩擦クラッチ２２８、出力プレート２５０を介して出力軸に伝達され、この場合に出力軸は入力軸に対して減速となり、減速比は第１の実施形態と同様、サンギヤの歯数Zs、リングギヤの歯数ZrとしたときZs/(Zs+Zr)となる。
２速時は電磁コイル２４６が通電される、電磁コイル２４６に生ずる電磁力は、アーマチュア２２６を弾性体２４４の弾性力に抗して図１４の左方に移動させ、クラッチ駆動部226-1はクラッチ板２１２から離間位置され、第１クラッチ２２８を非締結とし、電磁コイル２４６に生ずる電磁力はクラッチ駆動部226-2をして弾性体２４４の弾性力に抗して第２クラッチ２３０を締結させるべく駆動する。このとき、入力軸の回転は第２クラッチ２３０を介してそのまま出力軸に伝わり、このときの回転比は１．０となる。
この第３の実施形態では、車両の低車速運転時は、減速となり、そのため車両駆動電動機のより高い回転数において低車速運転を行なうことができ、常用運転で高い電動機効率を得ることができ、しかも、弾性体２４４の弾性力により締結状態を得ることができ電磁コイル２４６の通電をしなくすむ為、常用運転域でのエネルギ効率を高めることができる。また、高速時は電磁コイル２４６を通電することにより、入出力の同一速度が得られ、変速機２０４の変速比が上がった分、電動機２の回転を下げて高車速運転を行うことができ、電動機２が高効率の状態で高速走行が可能となるという第1の実施形態と同等の動作が実現される。
本発明実施形態(例えば図１−図９に示す第１の実施形態)において、電磁力により駆動されるアーマチュア２６の直線移動によりドグクラッチ２８と摩擦クラッチ３０を切り替えることにより２段変速を行う場合、２個のクラッチが同時に係合状態を取ることは回避する必要があり、理想的には２個のクラッチの一方の締結と他方の非締結が同時的に起こるようにすることは不可能ではないが、部品の公差を考慮すると、第１速(図２)から第２速(図９)、第２速から第１速切替の際に２個のクラッチが共に非締結状態となる中間状態を設けざるを得ない。２個のクラッチが非締結状態となる中間状態は時間的には極めて短時間であるが、駆動側の電動機回転軸の回転が従動側である車輪側に伝達されない所謂トルク抜けの状態となり、運転者には変速ショックとなる。以下の実施形態はワンウエイクラッチを使用することにより、この問題点の解消を図った構成となっている。
図１５及び図１６はこの発明の第４の実施形態の２段変速機３０４を示し、変速機による低車速運転と高車速運転との切替方式は基本的には第１の実施形態の２段変速機４と同様であり、ドグクラッチ３２８と多板摩擦クラッチ３３０とを備え、ドグクラッチ３２８は、アーマチュア２６の一体部分であり、保持円板３９の開口39-2を挿通される係合部26-1と、サンギヤ１８の一体延長部に形成される係合孔18-2とから構成され、多板摩擦クラッチ３３０は、アーマチュア２６の一体部分である駆動部26-4と外筒３２に係止される受圧板４３間に配置され、キャリア１６の一体部分である外筒３２に摺動自在なドリブンプレート３４と、保持円板３９の一体部分である内筒３６に摺動自在なドライブプレート３８と、ドリブンプレート３４の両面に固着したクラッチフエーシング４０から成るクラッチパックを具備している。そして、この実施形態では前記したアーマチュア２６の直線移動による第１速から第２速、第２速から第１速切替の際のトルク抜け対策として、ワンウエイクラッチ７０がサンギヤ１８の一体部分である筒状部18-3と保持円板３９(第１の実施形態と同様電動機回転軸にスプライン39-1にて嵌合される)の筒状部39-1間に配置される。
ワンウエイクラッチ７０は、公知のこの実施形態では図１７にカム式のものとして模式的に示す。このワンウエイクラッチは具体的には日本精工株式会社製のＦＷＥ-BRB型のものを同社のカタログ(https://www.jp.nsk.com/app01/jp/ctrg/index.cgi?gr=dn&pno=4601a)を参考に模式的に表したものであるが、カム式のワンウエイクラッチに限定する意図はなく、スプラグ型、ローラ型やその他の適切な方式のものを採用可能である。図１７に示すこの実施形態のカム式のワンウエイクラッチ７０は、インナレースを保持円板３９の筒状部39-1に、アウタレースをサンギヤ１８の一体部分である筒状部18-3として、原理的に描かれている。周知のように、ワンウエイクラッチはインナレース及びアウタレースを含めたユニットとして構成されるが、この発明においては、ワンウエイクラッチ７０の詳細構成如は発明の本旨と直接的に関係しないため、説明の簡明のため、原理的な構成として図示したものである。カム式のワンウエイクラッチ７０においては、円周方向に間隔を置いた多数のカム７２(その一個のみ図示)を保持環７４に保持し、カム７２を無端のガータスプリング７６(カム７２に形成され、半径外方に開放した溝を挿通される)にて弾性力下で回転付勢するように構成される。カム７２は、時計方向ｆの回転においてはインナレース(筒状部39-1)とアウタレース(筒状部18-3)間とで突っ張りとなり直線ｌに沿って内周及び外周において対向面に当接する(ロック状態をとる)。これに対し反時計方向の回転に対しては突っ張りが外れるような形状をなす。ガータスプリング７６のばね力は、図１７においてカム７２の重心が直線ｌより幾分右側にずれていることと相まってカム７２をロック状態を取るように時計方向に回転するように付勢している。
この第４の実施形態の変速機３０４の動作を説明すると、低車速運転時には、図１５に示すように、ドグクラッチ３２８の締結により、サンギヤ１８とアーマチュア２６と保持円板３９とは一体回転し、保持円板３９の中央筒状部39-1とサンギヤ１８の筒状部18-3との間に位置するワンウエイクラッチ７０も同一速度で一体回転し、この場合はワンウエイクラッチ７０は機能的には存在しないのと同じである。
低車速運転から高車速運転への切替のため電磁コイル４６の電磁力下アーマチュア２６は、そのスプリング加圧部26-6がスプリング４４を押圧し、スプリング４４の変形下図１５において右方に移動され、係合部26-1は係合孔18-2から抜去され、ドグクラッチ３２８は非締結となるが、ドグクラッチ３２８は非締結の直後において、摩擦クラッチ３３０も非締結の上記した中間状態が一瞬存在する。この瞬間、図２の第１の実施形態の場合、サンギヤ１８は駆動源(電動機回転軸)かち切り放されるため、駆動トルクが消失するため、変速ショックとなり得る。これに対し、この図１５の実施形態にあっては、ドグクラッチ３２８が非締結となった瞬間において、図１７に示すように、電動機回転軸の矢印ａ方向の回転(保持円板３９の中央筒状部39-1(ワンウエイクラッチのインナレース)の回転)に対してカム７２は突っ張り方向(時計方向)の力を受け、サンギヤ１８の筒状部18-3(ワンウエイクラッチのアウタレース)をロックし、電動機回転軸の矢印ａ方向の回転(保持円板３９の中央筒状部39-1の同方向の回転)がサンギヤ１８，即ち、車輪側に伝達されるため、トルク抜けが生じない。そして、アーマチュア２６の図１５の右方向移動継続により摩擦クラッチ３３０が図１６に示す締結状態(高車速運転)に至り、高車速運転に移行後に電動機出力軸の回転の増大により、サンギヤ１８、即ち、図１７に示すサンギヤ１８の筒状部18-3の回転ａ´の回転数が電動機回転軸の矢印ａ方向の回転(保持円板３９の中央筒状部39-1の回転数)より大きくなると、カム７２は、ガータスプリング７６のばね力に抗して反時計方向に回動し、その突っ張り機能は消失され、ワンウエイクラッチ７０のロックは外れ、換言すれば、ワンウエイクラッチ７０はフリーに回転することになる。
電磁コイル４６の通電を解除することにより、アーマチュア２６をスプリング４４の弾性力下アーマチュア２６を図１６の状態から図１５の状態に向け左方向に移動させ，高車速運転から低車速運転に切替る過程においても、摩擦クラッチ３３０もドグクラッチ３２８も非締結の状態(トルク抜け)が一瞬生じ得るが、この際、車輪側のサンギヤ１８(サンギヤ１８の筒状部18-3)の回転が電動機回転軸の回転(矢印ａ)より落ちようとすると、図１７のワンウエイクラッチ７０において、カム７２はスプリング下突っ張り方向 (矢印ｆ)に回動付勢され、サンギヤ１８の筒状部18-3は電動機回転軸側の保持円板３９の中央筒状部39-1に対してロックされ、電動機回転がワンウエイクラッチ７０を介して車輪側に伝達され、この場合においてもクラッチ切替時のトルク抜けを防止するように機能する。そして、ドグクラッチ３２８が完全締結に至ることにより保持円板３９の中央筒状部39-1とサンギヤ１８の筒状部18-3との間に位置するワンウエイクラッチ７０も同一速度で一体回転し、変速機は第1速となり、この際ワンウエイクラッチ７０も同一速度で一体回転する。
図１８及び図１９は低車速運転と高車速運転との切替時のトルク抜け対策を施したこの発明の第５の実施形態の２段変速機４０４を示し、この第５の実施形態の２段変速機４０４は低車速運転はリングギヤ２０を固定したギヤ比2.4の減速での運転、高車速運転はサンギヤ１８とリングギヤ２０を一体回転させることによるギヤ比1.0での等速運転を行う点で図２−図９の第１の実施形態、図１４の第３の実施形態、図１５−図１６の第４の実施形態と同様である。そして、リングギヤ２０のハウジング１０に対する選択的な拘束を行うためのワンウエイクラッチ４７０を設けた点が特徴となる。
この第５の実施形態の２速変速機４０４の構成を説明すると、アーマチュア４２６は円周方向の内歯426-1を備え、ハウジング１０に固定されるカバー１０´に円周方向の外歯10’-1が形成され、この内歯426-1と外歯10’-1とがドグクラッチ４２８を構成する。アーマチュア４２６の外周部426-4が摩擦クラッチ４３０の駆動部を構成し、また、アーマチュア４２６の外周部426-4は摩擦クラッチ４３０の外筒３２におけるドリブンディスク３４の摺動溝32-1に摺動自在に係合している。電磁コイル４６の取り付けのため、電磁石保持枠８２は非磁性体より成るカバー１０´に固定される。この実施形態ではサンギヤ１８は内周のスプライン18-3が図示しない電動機回転軸にスプライン嵌合し、電動機回転駆動力がサンギヤ１８に伝達される。サンギヤ１８の後端筒状部18-4がこの実施形態における摩擦クラッチ４３０の内筒となり、ドライブプレート３８が設けられる。キャリア１６が内周のスプライン16-1aにより車輪側の出力軸にスプライン嵌合することは第１の実施形態と同様である。
この第５の実施形態において、第１速と第２速間の速度切替の際のトルク抜け防止のためのワンウエイクラッチ４７０はリングギヤ２０(図２０の模式図においてワンウエイクラッチ４７０のインナレースとして機能する)とハウジング１０(同模式図においてワンウエイクラッチ４７０のアウタレースとして機能する)との間に配置される。そして。図２０に示すように、ワンウエイクラッチ４７０のカム４７２は第４の実施形態のワンウエイクラッチ７０のカム４７とは向きが反対であり、スプリング力下でのカム４７２の反時計方向の回転ｆ´がインナレース(ハウジング１０)とアウタレース(リングギヤ２０)との間の突っ張りとなる配置である。
第５の実施形態の動作を説明すると、低速時には、電磁コイル４６の非通電により、スプリング４４によってアーマチュア４２６は図１８においてカバー１０´に当接する位置まで押圧され、アーマチュア４２６の内歯426-1とカバー１０´の外歯10’-1とは噛合しており、ドグクラッチ４２８は締結状態(摩擦クラッチ４３０は非締結状態)をとり、アーマチュア４２６は固定化され、アーマチュア４２６の外周部426-4が摩擦クラッチ４３０の外筒３２に摺動溝32-1と係合していることにより、リングギヤ２０はカバー１０´、即ち、ハウジング１０に固定化される。そのため、サンギヤ１８に噛合する電動機回転軸の回転はキャリア１６に取り出され、このときは、変速比は第１の実施形態と同様2.4といった減速となり、このとき、ワンウエイクラッチ４７０はインナレース側もアウタレース側も固定のままである。機能的にはワンウエイクラッチ４７０は設置が無いのと同じである。
低車速運転(図１８)から高車速運転(図１９)の切替時に，ドグクラッチ４２８の非締結でかつ摩擦クラッチ４３０が完全締結に至らない状態が一瞬生じ得、このときリングギヤ２０は一瞬フリーとなり、電動機の回転軸の回転方向ａと反対方向(トルク抜け方向)に戻ろうとするが、ワンウエイクラッチ４７０のカム４７２はこのような動きに対してはロックするように働き、即ち、リングギヤ２０のハウジング１０に対するロックは継続し、電動機の回転軸の回転をサンギヤ１８及びキャリア１６を介して車輪側に伝達するように機能し、トルク抜けを防止する。摩擦クラッチ４３０が完全締結状態となれば、リングギヤ２０は電動機回転軸の回転方向(矢印a)と同一方向に１．０の変速比で車輪側に伝わり、このときワンウエイクラッチ４７０は空転となる。
また、高車速運転(図１９)から低車速運転(図１８)への切替時には、摩擦クラッチ４３０の非締結でドグクラッチ４２８が未だ入らないことにより、一瞬拘束を外れたトルク抜けの状態となり得るが、このときも、ワンウエイクラッチ４７０は、カム４７２が突っ張りとして機能し、リングギヤ２０はロックされるため、ドグクラッチ４２８が締結状態となるまでの間入力側の電動機の回転を出力側の車輪に伝えることができる。ドグクラッチ４２８が完全締結に至ると、リングギヤ２０はハウジング１０と一体化し、ギヤ比2.4といった減速比にて電動機回転軸の回転はキャリア１６より取り出され、このときワンウエイクラッチ４７０は機能的には無いのと一緒になる。
以上の第１実施形態かち第５実施形態においては、リングギヤ固定により第１速と第２速との切替を行っていたが、遊星歯車の仕組みから、入力側と出力側とを同一方向に回転させつつギヤ比を変えることはサンギヤ固定でも可能である。因みに、キャリア固定では入力軸と出力軸は反対方向の回転となるため、電気自動車用の２段変速機としては適当でない。以下の第６の実施形態はリングギヤ固定方式への本発明の適用例であり、またワンウエイクラッチによるトルク抜け防止機能をも兼備させたものとなっている。
図２１はこの第６の実施形態の２段変速機５０４を示しており、この実施形態の２段変速機５０４においては、遊星歯車機構のサンギヤ１８は、後方に延び、摩擦クラッチ５３０の内筒５３６と一体に連結されており、摩擦クラッチ５３０の内筒５３６とハウジング１０の筒状部10-1にワンウエイクラッチ５７０が配置される。また、この実施形態では、リングギヤ入力、キャリア出力となっている。即ち、リングギヤ２０に前端側において連結部材８６が固定され、連結部材８６の内周スプライン86-1が図示しない電動機回転軸(入力軸)にスプライン嵌合により連結され、遊星歯車機構のキャリア１６は内側筒状部16-1のスプライン16-1aが図示しない車輪側出力軸にスプライン嵌合により連結される。キャリア１６は後端(１６´)側において、摩擦クラッチ５３０の外筒５３２を形成する。キャリア１６の内側筒状部16-1はベアリング８５によってサンギヤ１８を回転可能に支持する構造となっている。摩擦クラッチ５３０を構成するドリブンプレート３４、ドライブプレート３８、クラッチフエーシング４０から成るクラッチパックの構成は従前の実施形態と同様である。この実施形態では、アーマチュア５２６は、内筒５３６の後方への筒状延長部536-1の端部における櫛状突起部536-1aがアーマチュア５２６の内周部の円周方向に離間配置された支持孔526-3に嵌挿されることにより軸方向に摺動可能に支持される。また、この実施形態におけるドグクラッチ５２８はアーマチュア５２６の係合孔526-2とハウジング１０の係合突起10-2とから構成される。電磁コイル４６は保持枠８２に保持され、保持枠８２は、非磁性の支持部材８３によってハウジング１０に支持される。尚、この実施形態ではハウジング１０とで変速機の全体を被覆する筐体を構成するカバーの図示は省略されている。
この実施形態のワンウエイクラッチ５７０は模式的に図２３のように表すことができ、インナレース側のハウジング１０の筒状部10-1とアウタレース側の摩擦クラッチ５３０の内筒５３６(サンギヤ１８)との間にカム５７２が配置され、カム５７２は図１７と同様時計方向の回転よってインナレースとアウタレース間の突っ張りとなるようにガータスプリング７６によりばね付勢されている。電動機回転軸の回転方向は従前の実施形態と同様、矢印ａのように反時計方向となっている。
この第６の実施形態の２段変速機５０４の動作を説明すると、低車速運転時は、電磁コイル４６は非通電であり、スプリング４４によりアーマチュア５２６は図２１のように左方に駆動され、ドグクラッチ５２８はアーマチュア５２６の係合孔526-2がハウジング１０の係合突起10-2と係合した締結状態をとり、アーマチュア２６は固定状態となる。そのため、サンギヤ１８も、一体の筒状延長部536-1が櫛状突起部536-1aにおいてアーマチュア５２６の支持孔526-3に嵌挿していることから、ハウジング側に固定状態とされる。このとき、摩擦クラッチ５３０は駆動部526-4が摩擦板から離間した非締結状態であるから、連結部材８６よりリングギヤ２０に入力された電動機回転軸の回転は同一方向の回転としてピニオン１４を介してキャリア１６に伝達され、キャリア１６の回転はスプライン16-1aに噛合する図示しない車輪側出力軸に伝達される。このとき、入力軸（リングギヤ２０）に対する出力軸（キャリア１６）の回転比は、周知のように、サンギヤの歯数Zs、リングギヤの歯数ZrとしたときZr /(Zs+ Zr)、即ち、減速となり、歯数の選定により適当な減速比とすることができる。このとき，その間にワンウエイクラッチ５７０を配置する配置される内筒５３６(サンギヤ１８からの延長部)もハウジング１０の係合突起10-2も固定であるから、ワンウエイクラッチ５７０は無いのと同一である(インナレース側もアウタレース側も固定となる)。
高車速運転時は、電磁コイル４６は通電され、電磁力によりスプリング４４に抗しアーマチュア５２６は図２２のように右方に駆動され、ドグクラッチ５２８はアーマチュア５２６の係合孔526-2からハウジング１０の係合突起10-2が抜けた非締結状態をとり、他方、摩擦クラッチ５３０は、駆動部526-4により、ドライブプレート３８がドリブンプレート３４とクラッチフエーシング４０を介して係合した締結状態をとる。そのため、遊星歯車機構のサンギヤ１８、リングギヤ２０、キャリア１６は一体となって回転し、電動機回転軸の回転は1対１で車輪側に伝達され、変速機５０４の変速比としては低車速運転と比べて高車速運転は高ギヤ比で行われ、その分電動機の回転数を抑えた状態で、高車速運転を行うことができ、最高速に対して余裕をもって高車速運転を行うことができる(高車速を得ることができる)。このときのワンウエイクラッチ５７０(図２３)の動作は、内筒５３６即ちサンギヤ１８の回転が矢印ａ方向(カム５７２の,突っ張り方向ｆと反対方向)であるため、空転となる。
低車速運転(図２１)から高車速運転(図２２)の切替時に、ドグクラッチ５２８も摩擦クラッチ５３０も非締結の状態が一瞬生じ得るが、このとき、トルク抜け(アウタレース側のサンギヤ１８の電動機回転方向ａと反対方向の回転)に対して、ワンウエイクラッチ５７０は、カム５７２がそのような後退を阻止し、即ち、アウタレース側をハウジング側にロックし、その結果、電動機回転軸の回転が車輪側に伝わることができるため、摩擦クラッチ５３０が完全締結に至るまでのトルク抜けを防止する。摩擦クラッチ５３０が完全締結状態となれば、サンギヤ１８の回転(電動機回転方向ａと同方向)によりワンウエイクラッチ５７０は空転状態となる。
また、高車速運転(図２２)から低車速運転(図２１)への切替時にも、摩擦クラッチ５３０もドグクラッチ５２８も非締結の状態が一瞬生じ得るが、このときのトルク抜け(アウタレース側が電動機回転軸の回転方向と反対方向に後退しようとすること)に対しても、ワンウエイクラッチ５７０は、カム５７２がそのような後退を阻止し、即ち、アウタレース側をハウジング側にロックし、その結果、電動機回転軸の回転が車輪側に伝わることができるため、ドグクラッチ５２８が完全締結に至るまでのトルク抜けを防止する。
２…走行用電動機
4, 104, 204, 304, 504…２段変速機
６…減速機
１０…ハウジング
１２…遊星歯車機構
１４…ピニオン
１６…キャリア
１８…サンギヤ
18-2…クラッチ凹部
２０…リングギヤ
２６…アーマチュア
26-1…クラッチ突部
26-4…フランジ部（摩擦クラッチ駆動部）
28, 328, 428, 528…ドグクラッチ
30, 430, 530…多板摩擦クラッチ
３４…ドリブンプレート
３６…内筒
３８…ドライブプレート
４０…クラッチフエーシング
４３…受圧板
４４…弾性体
４６…電磁コイル
70, 470, 570…ワンウエイクラッチ
72, 472, 572…カム
２２８…１速用多段摩擦クラッチ
２３０…２速用多段摩擦クラッチ

Claims (7)

  1. 車輪駆動のため電動機を使用する車両において電動機の出力軸上に配置された２段変速機であって、
    車体側に固定されたハウジングと、
    ハウジング内に配置され、円周方向に間隔をおいて配置された複数のピニオンを回転自在に軸支して構成されるキャリアと、キャリアと回転中心を共通しピニオンに噛合する第１の歯車と、キャリアと回転中心を共通しピニオンに噛合する第１の歯車とは異なった歯数の第２の歯車とからなる３回転要素を備えた遊星歯車機構と、
    弾性体と、
    電磁コイルと、
    入力軸に沿って移動可能でかつ入力軸と共に回転され、弾性体により第１の方向へ移動付勢され、電磁コイルに生じた電磁力により第１の方向と反対の第２の方向に移動付勢されるアーマチュアと、
    電磁コイル非通電時は、前記弾性体の弾性力によるアーマチュアの前記第1の方向への移動により締結され、電磁コイル通電時は、電磁力により弾性力に抗したアーマチュアの前記第２の方向への移動により非締結となる第１のクラッチと、
    電磁コイル通電による電磁力下、弾性力に抗したアーマチュアの前記第２の方向への移動により締結され、電磁コイルの非通電時は弾性力によるアーマチュアの前記第１の方向への移動により非締結とされる第２のクラッチとを備え、
    遊星歯車機構の第１の回転要素としてのリングギヤ若しくはサンギヤはハウジング側に固定可能とされ、残りの回転要素である第２、第３の回転要素及び入力側及び出力側間における第１のクラッチ及び第２のクラッチの配置は、第１及び第２のクラッチの一方のクラッチの締結、第１及び第２のクラッチの他方のクラッチ非締結により、入力側回転要素と出力側回転要素との回転数が等速に、第１及び第２のクラッチの前記一方のクラッチの非締結、前記他方のクラッチの締結で入力側の回転要素と出力側の回転要素は同一回転方向でかつ非等速となるようにされ、
    かつ電磁コイル非通電による弾性力下でのアーマチュアの前記第1の方向への移動により第１のクラッチが締結、第２のクラッチが非締結とされる第１の場合と、電磁コイル通電により弾性力に抗した電磁力下でのアーマチュアの前記第２の方向への移動による第１のクラッチが非締結、第２のクラッチが締結される第２の場合を比較したとき、第１の場合が第２の場合と較べて入力側に対して出力側がより減速となるようにされた電気自動車用２段変速機。
  2. 請求項１の発明において、第１のクラッチはドグクラッチであり、第２のクラッチは摩擦クラッチである電気自動車用２段変速機。
  3. 請求項２に記載の発明において、前記ドグクラッチは、アーマチュアと一体な第１部分と、そのハウジングを含む遊星歯車機構側の第２部部分とから構成され、アーマチュアの前記第１の方向への移動により第１部分と２部部分とが係合され、ドグクラッチは締結され、アーマチュアの前記第２の方向への移動により第１部分と２部部分とが離間され、ドグクラッチは非締結となる電気自動車用２段変速機。
  4. 請求項２に記載の発明において、前記アーマチュアは、その一体部分としての、摩擦クラッチ駆動部を備え、アーマチュアの前記第１の方向への移動においては、摩擦クラッチ駆動部は摩擦クラッチの対向面から離間され、摩擦クラッチは非締結となり、アーマチュアの前記第２の方向への移動により摩擦クラッチは締結に至るようにされる電気自動車用２段変速機。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、第１の場合と第２の場合間での切替時におけるトルク抜けを防止するためのワンウエイクラッチを具備した電気自動車用２段変速機。
  6. 請求項５に記載の発明において、ワンウエイクラッチは前記第２、第３の回転要素を経由する動力伝達が確保されるべくロックされることによりトルク抜けを防止する電気自動車用２段変速機。
  7. 請求項５に記載の発明において、ワンウエイクラッチは前記第１の回転要素をハウジング側にロックすることにより入力側から出力側への動力伝達を確保することによりトルク抜けを防止する電気自動車用２段変速機。
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