WO2019230021A1 - 電気自動車用２段変速機 - Google Patents

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WO2019230021A1
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clutch
armature
engaged
electromagnetic coil
rotation
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亮 白崎
良輔 鈴木
英之 祢津
貴志 松浦
雄太 大野
小林　篤
村田　豊
古市　曜一
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ユニプレス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a two-stage transmission for an electric vehicle.
  • Patent Document 1 As this type of two-stage transmission, in Patent Document 1, an electromagnetic first clutch and an electromagnetic second clutch are provided, and in the low speed range, the rotation of the electric motor is output by the first clutch via the first reduction gear.
  • the second clutch transmits the rotation of the motor to the output side via the second reduction gear, and the second rotation speed is reduced by the first clutch reduction gear with respect to the same motor rotation speed.
  • the number of rotations decelerated at the deceleration unit is increased. Therefore, in the high vehicle speed driving range, since the reduction ratio becomes a smaller value compared to the low speed range, the motor speed can be reduced by reducing the rotation of the motor, and the efficiency can be increased. Efficiency can be increased over the entire vehicle speed range.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to use only one electromagnetic actuator in a two-stage transmission for an electric vehicle. .
  • a two-stage transmission arranged on the electric motor output shaft of the present invention is: A housing fixed to the vehicle body side; A carrier arranged in the housing and rotatably supported by a plurality of pinions arranged at intervals in the circumferential direction; and a first gear having a common rotation center with the carrier and meshing with the pinion A planetary gear mechanism having a three-rotation element comprising a second gear having a different number of teeth from the first gear that has a common rotation center with the carrier and meshes with the pinion; An elastic body, An electromagnetic coil; Elasticity movable along the input shaft and rotated together with the input shaft, moved and urged in the first direction by the elastic body, and moved and urged in the direction opposite to the first direction by the electromagnetic force generated in the electromagnetic coil An armature that is moved and urged in a first direction by the body and moved and urged in a second direction opposite to the first direction by an electromagnetic force generated in the electromagnetic coil; When the electromagnetic coil is:
  • a first clutch that is disengaged by movement of Fastened by movement of the armature against the elastic force in the second direction under electromagnetic force due to energization of the electromagnetic coil, and unfastened by movement of the armature in the first direction by elastic force when the electromagnetic coil is not energized
  • a second clutch The ring gear or sun gear as the first rotating element of the planetary gear mechanism is fixed to the housing, and the second and third rotating elements that are the remaining rotating elements, the first clutch and the second clutch between the input side and the output side
  • the arrangement of the clutch is such that the rotation speed of the input side rotation element and the output side rotation element is determined by the engagement of one of the first and second clutches and the non-engagement of the other clutch of the first and second clutches.
  • the input side rotary element and the output side rotary element are in the same rotational direction and have a non-constant speed.
  • the first case where the first clutch is engaged and the second clutch is not engaged by the movement of the armature in the first direction under the elastic force due to the non-energization of the electromagnetic coil, and the elasticity when the electromagnetic coil is energized.
  • the first case is Compared to the second case, the output side is further decelerated with respect to the input side.
  • the first clutch is preferably a dog clutch
  • the second clutch is preferably a friction clutch
  • the dog clutch includes a first part that is an integral part of the armature and a second part that is an integral part on the planetary gear mechanism side including the housing, and is directed in the first direction of the armature.
  • the first part and the second part are engaged with each other by the movement, the dog clutch is fastened, the movement of the armature in the second direction separates the first part and the second part, and the dog clutch is not fastened.
  • the armature also includes a friction clutch drive unit as an integral part thereof. When the armature moves in the first direction, the friction clutch drive unit is separated from the opposing surface of the friction clutch, and the friction clutch is not engaged.
  • the friction clutch is brought into engagement by movement of the armature in the second direction.
  • the two-speed transmission is realized by engaging and disengaging the two clutches in the seesaw.
  • an intermediate state in which the two clutches are in the non-engaged state must be provided.
  • this intermediate state is extremely short, a shift shock can occur due to torque loss.
  • a one-way clutch that ensures transmission of the driving force of the rotating shaft on the motor side to the output shaft side in the intermediate state can be provided.
  • a one-way clutch there is a method of transmitting the rotation of the input shaft to the output side so that the rotation of the output side does not drop at the time of switching, and between a ring gear or a sun gear which is a rotating element to which the one-way clutch should be fixed.
  • the first case where the first clutch is engaged under the elastic force due to the non-energization of the electromagnetic coil and the first case where the second clutch is not engaged are resistant to the elastic force due to the electromagnetic coil energization.
  • the output side is decelerated with respect to the input side as compared with the second case of non-engagement of the first clutch and second engagement of the second clutch. Therefore, by assigning the first case to the low speed region and assigning the second case to the high vehicle speed operation region, power is not required for the first clutch engagement in the low speed normal operation region, and the power consumption efficiency is increased.
  • the rotation of the motor can be reduced accordingly and the motor can be operated at a high efficiency, which can also lead to an improvement in power consumption efficiency.
  • the first and second clutches can be engaged and disengaged with only one motion of the armature before and after (in the first direction or the second direction) according to the electromagnetic force, which is efficient. Switching operation can be realized. Further, by reducing the rotation of the electric motor at a high vehicle speed range and increasing the efficiency of the electric motor, it is possible to improve the performance at the maximum vehicle speed range and increase the maximum speed.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a wheel drive train of an electric vehicle according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the upper portion along the central axis of the two-stage transmission according to the first embodiment of the present invention, showing the engaged state of the dog clutch and the non-engaged state of the friction clutch.
  • FIG. 3 is a front view of the clutch drive plate of FIG. 2 as viewed from the input shaft side.
  • FIG. 4 is a rear view of the clutch drive plate as viewed from the opposite side (output shaft side) of FIG.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a wheel drive train of an electric vehicle according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the upper portion along the central axis of the two-stage transmission according to the first embodiment of the present
  • FIG. 7 is a rear view of the sun gear as viewed from the opposite side (output shaft side) of FIG.
  • FIG. 8 is a rear view of the sun gear taken along line VIII-VIII in FIG.
  • FIG. 9 shows the two-speed transmission according to the first embodiment of the present invention, similar to FIG. 2, but shows a non-engaged state of the dog clutch and an engaged state of the friction clutch.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the upper portion along the central axis of the two-stage transmission according to the second embodiment of the present invention.
  • 12 is a front view of the sun gear of FIG. 10 as viewed from the input shaft side.
  • 12 is a rear view of the sun gear from the opposite side (output shaft side) of FIG.
  • FIG. 13 is a rear view of the sun gear taken along line XIII-XIII in FIG.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the upper portion along the central axis of the two-stage transmission according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the upper portion along the center axis of the two-stage transmission according to the fourth embodiment of the present invention, showing the dog clutch engaged and the friction clutch unengaged.
  • FIG. 16 is the same as FIG. 15, but shows the non-engaged state of the dog clutch and the engaged state of the friction clutch.
  • FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of a one-way clutch for preventing torque loss in the two-stage transmission of the fourth embodiment.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the upper portion along the central axis of the two-stage transmission according to the fifth embodiment of the present invention, showing the engaged state of the dog clutch and the non-engaged state of the friction clutch.
  • FIG. 19 is the same as FIG. 18 but shows the dog clutch not engaged and the friction clutch engaged.
  • FIG. 20 is a diagram showing a schematic configuration of a one-way clutch for preventing torque loss in the two-stage transmission of the fifth embodiment.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view of the upper portion along the center axis of the two-stage transmission according to the sixth embodiment of the present invention, showing the dog clutch engaged and the friction clutch not engaged.
  • FIG. 22 is the same as FIG. 21, but shows the dog clutch not engaged and the friction clutch engaged.
  • FIG. 23 is a diagram showing a schematic configuration of a one-way clutch for preventing torque loss in the two-stage transmission of the sixth embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows a drive train of an electric vehicle according to the present invention, wherein 2 is an electric motor (motor) for traveling, 4 is a two-stage transmission according to the present invention, 6 is a reduction gear, 8 is a differential, and 9 is a differential. Show wheels.
  • the reduction gear 6 is configured by housing a meshing gear in a housing, installed to reduce the high rotation speed of the electric motor 2 to a rotation speed suitable for traveling by the wheels 9, and a normal electric without the two-stage transmission 4 installed.
  • the setting of the reduction ratio in the speed reducer 6 is a value near 8. This is suitable because the motor 2 is operated in a high-efficiency rotation speed range in the low vehicle speed operation that is normally used.
  • the two-stage transmission 4 is installed because the efficiency of the motor becomes too high due to excessive rotation of the motor during high vehicle speed operation.
  • the first stage has a reduction ratio of 2.4
  • the second stage has a setting of 1.0 (direct connection)
  • the total reduction ratio is assumed to be 2.41 if the reduction ratio of the reduction gear 6 is 3.41.
  • ⁇ 3.41 8.18, which is about the total reduction ratio without the conventional two-speed transmission.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the two-stage transmission for an electric vehicle of the present invention, in which the upper half of the center line L is drawn.
  • Reference numeral 10 denotes a housing, which is a closed hollow portion (lubricating oil for lubricating the meshing portion of the gear) that accommodates the components of the two-stage transmission 4 of the present invention in a separate welded cover 10 '. Is housed).
  • the planetary gear mechanism 12 is disposed in the housing 10 and includes a carrier 16 configured by rotatably supporting a plurality of pinions 14 arranged at intervals in the circumferential direction, and a pinion having a common carrier and rotation center.
  • 3 rotation elements comprising a sun gear 18 meshing with the ring gear 20 and a ring gear 20 having a common rotation center with the carrier and meshing with the pinion.
  • Pins 21 (fixed to the carrier 16) are provided to pivotally support the pinions 14 on the carrier 16, and 22 indicates a needle bearing.
  • the armature 26 (FIGS. 3 to 5) is an integral part of a dog clutch (28) which will be described later, and an integral part of a drive part of a friction clutch 30 which will be described later. 46)
  • the dog clutch 28 and the friction clutch 30 can be engaged and disengaged in a seesaw manner by one motion.
  • the armature 26 has an annular disk shape as a whole, and is arranged on the inner circumference at eight equal intervals in the circumferential direction. Each of the armatures 26 extends in the axial direction toward the sun gear 18, and an intermediate portion.
  • a plurality of eight are arranged at equal intervals in the circumferential direction, each extending in the axial direction in the opposite direction to the clutch protrusion 26-1 and the support section 26-2 extending in the axial direction in the opposite direction to the clutch protrusion 26-1.
  • a cylindrical portion 26-3 on the outer periphery and a flange portion 26-4 (friction clutch driving portion) extending in the radial direction at the end of the cylindrical portion 26-3 are formed.
  • the sun gear 18 (FIGS. 6 to 8) of the planetary gear mechanism 12 forms a tooth portion 18-1 that meshes with the tooth portion 14-1 of the pinion 14 on the outer periphery.
  • Eight clutch recesses 18-2 are formed on the surface of the sun gear 18 facing the armature 26 so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • the eight clutch recesses 18-2 of the sun gear 18 are provided with eight clutch protrusions of the armature 26.
  • the eight pairs of opposing clutch protrusions 26-1 and the clutch recess 18-2 constitute the dog clutch 28 of the invention of this embodiment.
  • the clutch protrusion 26-1 and the clutch recess 18-2 are integrated in the rotational direction by meshing with each other by relative movement in the axial direction (the dog clutch is fastened), and the relative separation in the axial separation direction. By the movement, the engagement between the clutch protrusion 26-1 and the clutch recess 18-2 is released (the dog clutch is not fastened).
  • the carrier 16 has a cylindrical portion 16-1 formed at the center of rotation, and the cylindrical portion 16-1 has spline teeth 16-1a formed on the inner peripheral surface thereof, and the axle side (differential) is formed on the spline teeth 16-1a.
  • An output shaft (not shown) is fitted to the spline.
  • the armature 26 has six support portions 26-2 that protrude in the axial direction from the planetary gear mechanism 12 in the radial direction at the intermediate portion in the radial direction at equal intervals in the circumferential direction. As will be described later, the support portion 26-2 has a function of supporting the armature 26 coaxially with the center of rotation by cooperating with the inner cylinder of the multi-plate friction clutch 30 and rotating the armature 26 integrally with the input shaft. Further, the armature 26 forms a friction clutch driving portion 26-4 on the outer peripheral portion thereof as an integral component.
  • the multi-plate friction clutch 30 is disposed in the housing 10, and slides between an outer cylinder 32, a driven plate 34 slidably provided in a sliding groove 32-1 of the outer cylinder 32, an inner cylinder 36, and an inner cylinder 36.
  • a drive plate 38 slidably provided in the moving groove 36-1, a clutch facing 40 fixed to both surfaces of the driven plate 34, and a slide groove 32-1 of the outer cylinder 32 are provided slidably and snapped.
  • the pressure receiving plate 43 is locked by the ring 42.
  • the friction clutch drive unit 26-4 of the armature 26 is positioned on the opposite side of the pressure receiving plate 43 with the clutch pack composed of the driven plate 34, the drive plate 38, and the clutch facing 40 interposed therebetween.
  • the multi-plate friction clutch 30 is engaged / disengaged by the drive unit 26-4.
  • the outer cylinder 32 is fixed to the pin 21 whose wall surface portion 32-2 on the planetary gear mechanism 12 side is fixed to the carrier 16, and the outer cylinder 32 and the carrier 16 are integrally connected.
  • the inner cylinder 36 of the multi-plate friction clutch 30 is integrated with a holding disk 39 facing the armature 26, and the holding disk 39 forms a central cylindrical part 39-1 concentric with the rotating shaft on the inner peripheral side. Then, the rotating shaft on the motor side is spline-fitted into the spline groove 39-1a on the inner peripheral surface of the central cylindrical portion 39-1.
  • the holding disc 39 has six armature guide openings 39-2 formed at equal intervals in the circumferential direction in the vicinity of the outer periphery, and the armature 26 is provided in the six openings 39-2. Each support portion 26-2 is slidably fitted, and the armature 26 is supported by the clutch holding plate 39 so as to be slidable in the axial direction.
  • Elastic bodies 44 are arranged between the armature 26 and the holding disk 39, and when the elastic bodies 44 are constituted by coil springs, an appropriate number is installed at intervals.
  • the elastic body 44 urges the armature 26 so that the clutch protrusion 26-1 and the clutch recess 18-2 are engaged to the left in the drawing.
  • the direction of the urging force of the elastic body 44 releases the fastening of the drive plate 38 to the driven plate 34 (the multi-plate friction clutch 30 is not fastened) for the multi-plate friction clutch 30.
  • the electromagnetic coil 46 is arranged inside the cover 10 ′, and the electromagnetic coil 46 is connected to the magnetic flux passage hole 10-1 ′ of the cover 10 ′ and the magnetic flux passage hole 39 ⁇ of the holding disk 39 in the magnetic flux path generated by the energization. 3 so as to face the armature 26 through 3. Accordingly, the magnetic flux generated by the energization of the electromagnetic coil 46 causes the armature 26 to move to the right in FIG. 2 against the elastic body 44. At this time, the armature 26 is supported by the support portion 26-2. 2, the clutch protrusion 26-1 is disengaged from the clutch recess 18-2, and the dog clutch 28 is brought into the non-engaged state and at the same time between the pressure receiving plate 43 and the friction clutch drive unit 26-4.
  • Reference numeral 47 denotes a wire harness for energizing the electromagnetic coil 46.
  • bearings 52, 54, and 56 for receiving the thrust are arranged at appropriate positions.
  • the electromagnetic coil 46 is not energized, the dog clutch 28 is fastened by the elastic force of the elastic body 44, and the multi-plate friction clutch 30 is not fastened. It becomes. Since the rotational driving force from the traveling motor is restrained by the housing 10 in which the ring gear 20 of the planetary gear mechanism 12 is fixed to the vehicle body, the rotation from the motor is caused by the motor side rotating shaft and the spline groove 39-1a. From the holding disc 39 to be fitted, the planetary gear mechanism from the engagement portion (26-1, 18-2) of the dog clutch 28 from the engagement portion of the opening 39-2 and the support portion 26-2 to the armature 26 and then the dog clutch 28.
  • the rotational driving force is transmitted to the carrier 16 at a reduction ratio corresponding to the number of teeth with respect to the rotation of the sun gear 18.
  • the output shaft that is spline-fitted to the spline 26-1a is driven to rotate.
  • the rotation ratio of the output shaft (carrier 16) to the input shaft (sun gear 18) at this time is Zs / (Zs + Zr) when the number of teeth of the sun gear is Zs and the number of teeth of the ring gear is Zr. Deceleration, and depending on the number of teeth, it can be a reduction ratio such as 2.4.
  • the magnetic flux generated in the electromagnetic coil 46 moves the armature 26 to the right in FIG. 2 against the elastic force of the elastic body 44, and the armature 26 takes the position shown in FIG. At this time, the protrusion 26-1 of the dog clutch 28 comes out of the recess 18-2 of the sun gear 18, and the dog clutch is in a non-engaged state.
  • the drive unit 26-4 of the armature 26 sandwiches the drive plate 38 between the pressure receiving plate 43 and the drive plate 38 via the clutch facing 40, and the multi-plate friction clutch 30 is in an engaged state.
  • the rotation from the electric motor is transmitted to the carrier 16 from the holding disk 39 to the drive plate 38, the saddle clutch facing 40, and the driven plate 34 to the outer cylinder 32.
  • the carrier 16 and the sun gear 18 are integrated with the sun gear 18 to rotate the output shaft that is spline-fitted to the spline 16-1a by the rotation of the carrier 16. That is, the output shaft rotates at the same rotational speed as the input shaft (speed ratio is 1.0).
  • the shaft rotates at the same speed as the input shaft, and it is possible to ensure a highly efficient driving state of the motor during high vehicle speed operation.
  • the electric motor 2 can be operated in a more efficient rotation region having a lower rotation than the conventional one.
  • FIGS. 10 to 13 show a two-stage transmission 104 according to a second embodiment of the present invention.
  • the planetary gear mechanism 112 has the same structure in which the ring gear 20 is fixed to the housing 10, but is connected to the output shaft.
  • the carrier 16 is changed to the sun gear 18. That is, the sun gear 18 is formed with a tooth portion 18a on the inner periphery, and the tooth portion 18a of the sun gear 18 meshes with an output shaft (not shown) to the axle side (differential).
  • the configuration of the dog clutch 128 including the clutch engaging portion 26-1 of the armature 26 of the sun gear 18 and the clutch recess 18-2 of the sun gear 18 is the same as that of the dog clutch 28 of the first embodiment.
  • the other parts are the same as those of the first embodiment of FIG. 2, and the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
  • the operation of the transmission 104 in the second embodiment will be described.
  • the electromagnetic coil 46 is not energized, the dog clutch 128 is engaged and the multi-plate friction clutch 30 is not engaged by the elastic force of the elastic body 44.
  • the rotation from the electric motor for traveling is transferred to the armature 26 from the engaging portion between the opening 39-2 and the support portion 26-2 from the holding disc 39 meshed with the motor rotation shaft (not shown) by the spline 39-1a, It is transmitted to the sun gear 18 of the planetary gear mechanism 112 from the engaging portion (26-1, 18-2) of the dog clutch 128.
  • the sun gear 18 has an inner peripheral tooth portion 18a meshing with an output shaft (not shown). Therefore, the rotation of the input shaft is transmitted to the output shaft on a one-to-one basis, and the gear ratio at this time is 1.0.
  • the carrier 16 also rotates at the same speed.
  • the projecting portion 26-1 of the dog clutch 128 is disengaged from the clutch recess 18-2 of the sun gear 18 against the elastic force of the elastic body 44 under electromagnetic force, and the dog clutch is in an unengaged state. .
  • the clutch 30 is engaged as in the first embodiment.
  • the rotation from the electric motor is transmitted to the carrier 16 from the holding disk 39 to the drive plate 38, the saddle clutch facing 40, and the driven plate 34 to the outer cylinder 32.
  • the sun gear 18 is rotationally driven by the rotation of the carrier 16, and the output shaft meshing with the tooth portion 18a is rotationally driven.
  • the rotation of the output shaft at this time is faster than the rotational speed of the input shaft, and the speed increasing ratio of the transmission is, as is well known, when the number of teeth of the sun gear is Zs and the number of teeth of the ring gear is Zr (Zs + Zr) / Zs.
  • the rotational speed on the output side becomes high, but the reduction ratio of the reduction gear 6 in FIG. 1 is set to a value larger than the value in the first embodiment (the output side gear diameter of the reduction gear 6 is increased). It is possible to make the total reduction ratio equal to the assumed value of 8.18 of the first embodiment, and as in the first embodiment, the higher rotational speed of the vehicle drive motor can be increased during low vehicle speed operation, which is a normal operation range.
  • the electromagnetic coil 46 is not energized for fastening using the elastic body 44 by a dog clutch during low-speed load operation, it is possible to obtain higher energy efficiency in the normal operation range. Can have the same effect The
  • the transmission 104 is accelerated (speed increase ratio 2.4).
  • the speed reduction ratio of the speed reducer 6 is large, the total speed reduction ratio is the same as that of the first embodiment (temporary The value is equivalent to 3.41).
  • the high vehicle speed operation can be performed in the low rotation speed region of the electric motor 2, the efficiency of the electric motor in the high vehicle speed operation can be increased.
  • FIG. 14 shows a two-speed transmission 204 according to another embodiment of the present invention.
  • both the first-speed clutch 228 and the second-speed clutch 230 are multi-plate friction clutches.
  • the planetary gear mechanism 20 includes a carrier 16 configured by rotatably supporting a plurality of pinions 14 arranged at intervals in the circumferential direction, and the carrier 16 and the rotation center.
  • It has a three-rotating element comprising a common sun gear 18 that meshes with the pinion 14 and a ring gear 20 that shares the carrier and the center of rotation and meshes with the pinion, and pins 21 (carriers) for pivotally supporting each pinion 14 with the carrier 16 16 is fixed, and the ring gear 20 is fixed to the case side (in this case, the cover 10 ') on the outer periphery, but the planetary gear mechanism 20 is installed on the input side of the case, The configuration in which the teeth are splined to the input shaft is different.
  • the first-speed multi-plate friction clutch 228 includes a drive plate 210, a driven plate 212, a clutch facing 214 fixed to both surfaces of the drive plate 210, an inner clutch drum 216 that slidably holds the drive plate 210, The outer clutch drum 218 slidably holds the driven plate 212, and the inner clutch drum 216 is integrally connected to the pin 21 fixed to the carrier 16.
  • the elastic body 244 is installed so as to urge the multi-plate friction clutch 228 in the fastening direction via the clutch drive unit 226-1 of the clutch drive plate 226.
  • the multi-plate friction clutch 230 for the second speed includes a drive plate 232, a driven plate 234, a clutch facing 236 fixed to both surfaces of the drive plate 232, an inner clutch drum 238 that slidably holds the drive plate 232, and a driven
  • the outer clutch drum 240 slidably holds the plate 234, and the inner clutch drum 238 is connected to the sun gear 18 so as to rotate together.
  • the elastic body 244 is opposed to the clutch drive section 226-2 of the clutch drive plate 226, but the clutch drive section 226-2 is normally separated by the elastic body 244, and the multi-plate friction clutch 230 is positioned in the non-engaged state. To do.
  • the electromagnetic coil 246 is opposed to the clutch drive plate 226 via a magnetic flux passage hole 250-1 formed in the output plate 250, which is an integral rotating portion with the outer clutch drum 218. Further, the output plate 250 has a spline portion 250-2 for fitting with the output shaft on the inner periphery.
  • the electromagnetic coil 246 is de-energized at the first speed, and the first friction clutch 228 is engaged and the second friction clutch 230 is engaged by the elastic force of the elastic body 244. Is not engaged, and the rotation of the input shaft is transmitted from the sun gear 18 to the output shaft via the pinion 14, the carrier 16, the first friction clutch 228, and the output plate 250. In this case, the output shaft decelerates relative to the input shaft.
  • the reduction ratio is Zs / (Zs + Zr) when the number of teeth of the sun gear is Zs and the number of teeth of the ring gear is Zr.
  • the electromagnetic coil 246 is energized.
  • the electromagnetic force generated in the electromagnetic coil 246 moves the armature 226 to the left in FIG. 14 against the elastic force of the elastic body 244, and the clutch driving unit 226-1
  • the first clutch 228 is disengaged from the clutch plate 212, and the electromagnetic force generated in the electromagnetic coil 246 engages the clutch drive unit 226-2 to engage the second clutch 230 against the elastic force of the elastic body 244. Drive to make it happen.
  • the rotation of the input shaft is directly transmitted to the output shaft via the second clutch 230, and the rotation ratio at this time is 1.0.
  • the vehicle is decelerated during low vehicle speed operation, so that low vehicle speed operation can be performed at a higher rotational speed of the vehicle drive motor, and high motor efficiency can be obtained during regular operation.
  • the fastening state can be obtained by the elastic force of the elastic body 244 and the electromagnetic coil 246 is not energized, the energy efficiency in the normal operation region can be increased.
  • the electromagnetic coil 246 by energizing the electromagnetic coil 246 at high speed, the same input / output speed can be obtained, and the speed ratio of the transmission 204 can be increased, and the rotation of the motor 2 can be reduced to perform high vehicle speed operation.
  • An operation equivalent to that of the first embodiment is realized in which the electric motor 2 can be driven at high speed in a highly efficient state.
  • FIGS. 15 and 16 show a two-stage transmission 304 according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the switching system between the low vehicle speed operation and the high vehicle speed operation by the transmission is basically the two-stage transmission according to the first embodiment. It is the same as the transmission 4 and includes a dog clutch 328 and a multi-plate friction clutch 330.
  • the dog clutch 328 is an integral part of the armature 26, and is an engaging portion 26- inserted through the opening 39-2 of the holding disc 39. 1 and an engagement hole 18-2 formed in an integral extension portion of the sun gear 18, and the multi-plate friction clutch 330 is engaged with the drive portion 26-4 and the outer cylinder 32 which are integral portions of the armature 26.
  • the driven plate 34 is disposed between the pressure receiving plates 43 and is slidable on the outer cylinder 32 which is an integral part of the carrier 16, and the drive plate 38 is slidable on the inner cylinder 36 which is an integral part of the holding disc 39. And both sides of the driven plate 34 And a clutch pack comprising a clutch facing 40 fixed to the base.
  • a cylinder in which the one-way clutch 70 is an integral part of the sun gear 18 is a countermeasure against torque loss when switching from the first speed to the second speed and from the second speed to the first speed by the linear movement of the armature 26 described above.
  • Between the cylindrical portion 39-1 of the cylindrical portion 18-3 and the holding disc 39 (fitted to the motor rotating shaft by the spline 39-1 as in the first embodiment).
  • the one-way clutch 70 is schematically shown as a cam type in FIG.
  • the cam type one-way clutch 70 of this embodiment shown in FIG. 17 has an inner race as a cylindrical portion 39-1 of a holding disc 39 and an outer race as a cylindrical portion 18-3 that is an integral part of the sun gear 18. It is drawn.
  • the one-way clutch is configured as a unit including an inner race and an outer race.
  • the detailed configuration of the one-way clutch 70 is not directly related to the gist of the invention. Therefore, it is illustrated as a fundamental configuration.
  • a large number of cams 72 spaced in the circumferential direction are held by a holding ring 74, and the cam 72 is formed into an endless garter spring 76 (formed on the cam 72). It is configured so as to be urged to rotate under an elastic force by inserting a groove opened radially outward).
  • the cam 72 is stretched between the inner race (cylindrical part 39-1) and the outer race (cylindrical part 18-3) in the clockwise direction f and hits the opposing surface along the straight line l on the inner and outer circumferences. Touch (take locked state). On the other hand, the shape is such that the tension is removed from the counterclockwise rotation.
  • the spring force of the garter spring 76 urges the cam 72 to rotate clockwise so that the cam 72 is locked in combination with the fact that the center of gravity of the cam 72 is slightly shifted to the right from the straight line 1 in FIG. .
  • the operation of the transmission 304 of the fourth embodiment will be described.
  • the sun gear 18, the armature 26, and the holding disc 39 rotate together as a result of engagement of the dog clutch 328.
  • the one-way clutch 70 located between the central cylindrical portion 39-1 of the holding disc 39 and the cylindrical portion 18-3 of the sun gear 18 also rotates integrally at the same speed.
  • the one-way clutch 70 is functionally It is the same as not existing.
  • the armature 26 under electromagnetic force of the electromagnetic coil 46 is moved to the right in FIG.
  • the engaging portion 26-1 is removed from the engaging hole 18-2, and the dog clutch 328 is not engaged, but immediately after the dog clutch 328 is not engaged, the friction clutch 330 is also unengaged and the intermediate state described above exists for a moment.
  • the sun gear 18 is separated from the drive source (motor rotation shaft), and thus the drive torque disappears, which can be a shift shock.
  • the embodiment of FIG. 15 at the moment when the dog clutch 328 is not engaged, as shown in FIG.
  • the armature 26 By deenergizing the electromagnetic coil 46, the armature 26 is moved in the left direction from the state of FIG. 16 to the state of FIG. 15 under the elastic force of the spring 44 to switch from high vehicle speed operation to low vehicle speed operation. Even in the process, the friction clutch 330 and the dog clutch 328 may be in a non-engaged state (torque loss) for a moment.
  • the cam 72 is urged to rotate in the spring unstressing direction (arrow f), and the cylindrical portion 18-3 of the sun gear 18 rotates the motor.
  • the motor rotation is transmitted to the wheel side via the one-way clutch 70. It functions to prevent torque loss during replacement.
  • the one-way clutch 70 positioned between the central cylindrical portion 39-1 of the holding disc 39 and the cylindrical portion 18-3 of the sun gear 18 also rotates integrally at the same speed, The transmission becomes the first speed, and the one-way clutch 70 also rotates integrally at the same speed.
  • FIGS. 18 and 19 show a two-stage transmission 404 of the fifth embodiment of the present invention in which a countermeasure for torque loss at the time of switching between a low vehicle speed operation and a high vehicle speed operation is taken, and the two-stage transmission of the fifth embodiment.
  • the transmission 404 is operated at a low vehicle speed operation with a reduction of the gear ratio 2.4 with the ring gear 20 fixed, and at a high vehicle speed operation with the gear ratio 1.0 by rotating the sun gear 18 and the ring gear 20 integrally.
  • 2 Standarde as the first embodiment of FIG. 9, the third embodiment of FIG. 14, and the fourth embodiment of FIGS.
  • a feature is that a one-way clutch 470 for selectively restricting the ring gear 20 to the housing 10 is provided.
  • the armature 426 includes inner teeth 426-1 in the circumferential direction, and the outer teeth 10 in the circumferential direction are attached to the cover 10 'fixed to the housing 10. '-1 is formed, and the internal teeth 426-1 and the external teeth 10'-1 constitute a dog clutch 428.
  • the outer peripheral portion 426-4 of the armature 426 constitutes the drive portion of the friction clutch 430, and the outer peripheral portion 426-4 of the armature 426 slides in the sliding groove 32-1 of the driven disk 34 in the outer cylinder 32 of the friction clutch 430. It engages freely.
  • the electromagnet holding frame 82 is fixed to the cover 10 'made of a nonmagnetic material.
  • the inner spline 18-3 of the sun gear 18 is spline-fitted to a motor rotation shaft (not shown), and the motor rotation driving force is transmitted to the sun gear 18.
  • the rear end cylindrical portion 18-4 of the sun gear 18 becomes an inner cylinder of the friction clutch 430 in this embodiment, and a drive plate 38 is provided.
  • the carrier 16 is spline-fitted to the output shaft on the wheel side by the inner peripheral spline 16-1a as in the first embodiment.
  • the one-way clutch 470 for preventing torque loss at the time of speed switching between the first speed and the second speed functions as a ring gear 20 (inner schematic of the one-way clutch 470 in the schematic diagram of FIG. 20). ) And the housing 10 (which functions as an outer race of the one-way clutch 470 in the schematic diagram). And then. As shown in FIG. 20, the cam 472 of the one-way clutch 470 is opposite in direction to the cam 47 of the one-way clutch 70 of the fourth embodiment, and the counterclockwise rotation f ′ of the cam 472 under the spring force is This arrangement is a tension between the inner race (housing 10) and the outer race (ring gear 20).
  • the armature 426 is pressed by the spring 44 to a position where it abuts against the cover 10 'in FIG. And the outer teeth 10'-1 of the cover 10 'are engaged, the dog clutch 428 is engaged (the friction clutch 430 is not engaged), the armature 426 is fixed, and the outer periphery 426-4 of the armature 426 Is engaged with the sliding groove 32-1 in the outer cylinder 32 of the friction clutch 430, so that the ring gear 20 is fixed to the cover 10 ′, that is, the housing 10.
  • the rotation of the rotating shaft of the motor meshing with the sun gear 18 is taken out by the carrier 16, and at this time, the gear ratio is reduced to 2.4 as in the first embodiment, and at this time, the one-way clutch 470 has an outer race on the inner race side. The side also remains fixed. Functionally, the one-way clutch 470 is the same as no installation.
  • the friction clutch 430 If the friction clutch 430 is in a fully engaged state, the ring gear 20 is transmitted to the wheel side at a gear ratio of 1.0 in the same direction as the rotation direction of the motor rotating shaft (arrow a), and at this time, the one-way clutch 470 is idling.
  • the dog clutch 428 since the dog clutch 428 is not yet engaged because the friction clutch 430 is not engaged, it may be in a state of torque loss that is momentarily released. Also at this time, the one-way clutch 470 functions as a tension of the cam 472 and the ring gear 20 is locked, so that the rotation of the input-side motor is transmitted to the output-side wheel until the dog clutch 428 is engaged. Can do. When the dog clutch 428 is fully engaged, the ring gear 20 is integrated with the housing 10, and the rotation of the motor rotation shaft is taken out from the carrier 16 at a reduction ratio such as a gear ratio 2.4. At this time, the one-way clutch 470 is not functional. Get together.
  • the first gear and the second gear are switched by fixing the ring gear.
  • the input side and the output side are rotated in the same direction.
  • the gear ratio can be changed while the sun gear is fixed.
  • the input shaft and the output shaft rotate in opposite directions, so that it is not suitable as a two-stage transmission for an electric vehicle.
  • the following sixth embodiment is an application example of the present invention to the ring gear fixing system, and also has a function of preventing torque loss by a one-way clutch.
  • FIG. 21 shows the two-stage transmission 504 of the sixth embodiment.
  • the sun gear 18 of the planetary gear mechanism extends rearward, and the inner cylinder of the friction clutch 530 is shown.
  • the one-way clutch 570 is disposed on the inner cylinder 536 of the friction clutch 530 and the cylindrical portion 10-1 of the housing 10.
  • the ring gear input and the carrier output are used.
  • the connecting member 86 is fixed to the ring gear 20 on the front end side
  • the inner peripheral spline 86-1 of the connecting member 86 is connected to an electric motor rotating shaft (input shaft) (not shown) by spline fitting
  • the carrier 16 of the planetary gear mechanism is
  • the spline 16-1a of the inner cylindrical portion 16-1 is connected to a wheel side output shaft (not shown) by spline fitting.
  • the carrier 16 forms an outer cylinder 532 of the friction clutch 530 on the rear end (16 ′) side.
  • the inner cylindrical portion 16-1 of the carrier 16 has a structure in which the sun gear 18 is rotatably supported by a bearing 85.
  • the configuration of the clutch pack including the driven plate 34, the drive plate 38, and the clutch facing 40 constituting the friction clutch 530 is the same as that of the previous embodiment.
  • comb-shaped protrusions 536-1a at the ends of the cylindrical extensions 536-1 to the rear of the inner cylinder 536 are spaced apart in the circumferential direction of the inner peripheral part of the armature 526.
  • the dog clutch 528 in this embodiment includes an engagement hole 526-2 of the armature 526 and an engagement protrusion 10-2 of the housing 10.
  • the electromagnetic coil 46 is held by a holding frame 82, and the holding frame 82 is supported by the housing 10 by a nonmagnetic support member 83.
  • the cover constituting the casing that covers the entire transmission with the housing 10 is not shown.
  • the one-way clutch 570 of this embodiment can be schematically represented as shown in FIG. 23, and includes a cylindrical portion 10-1 of the housing 10 on the inner race side and an inner cylinder 536 (sun gear 18) of the friction clutch 530 on the outer race side.
  • a cam 572 is disposed between them, and the cam 572 is spring-biased by a garter spring 76 so as to be stretched between the inner race and the outer race by rotating clockwise as in FIG.
  • the rotation direction of the motor rotation shaft is counterclockwise as indicated by arrow a, as in the previous embodiment.
  • the electromagnetic coil 46 is not energized, and the armature 526 is driven leftward by the spring 44 as shown in FIG.
  • the dog clutch 528 is in a fastening state in which the engagement hole 526-2 of the armature 526 is engaged with the engagement protrusion 10-2 of the housing 10, and the armature 26 is in a fixed state. Therefore, the sun gear 18 is also fixed to the housing side because the integral cylindrical extension 536-1 is fitted into the support hole 526-3 of the armature 526 at the comb-shaped protrusion 536-1a.
  • the rotation of the motor rotation shaft input to the ring gear 20 from the connecting member 86 is rotated in the same direction via the pinion 14.
  • the rotation of the carrier 16 is transmitted to a wheel-side output shaft (not shown) that meshes with the spline 16-1a.
  • the rotation ratio of the output shaft (carrier 16) to the input shaft (ring gear 20) is Zr / (Zs +) Zr) when the number of teeth of the sun gear is Zs and the number of teeth of the ring gear is Zr.
  • an appropriate reduction ratio can be obtained by selecting the number of teeth.
  • the electromagnetic coil 46 is energized, the armature 526 is driven to the right as shown in FIG. 22 against the spring 44 by electromagnetic force, and the dog clutch 528 is moved from the engagement hole 526-2 of the armature 526 to the housing 10.
  • the friction clutch 530 is in a fastened state in which the drive plate 38 is engaged with the driven plate 34 via the clutch facing 40 by the driving portion 526-4. Take. Therefore, the sun gear 18, the ring gear 20, and the carrier 16 of the planetary gear mechanism rotate as a unit, and the rotation of the motor rotation shaft is transmitted to the wheel side on a one-to-one basis, and the gear ratio of the transmission 504 is low vehicle speed operation.
  • high vehicle speed operation is performed at a high gear ratio, and accordingly, high vehicle speed operation can be performed with the number of rotations of the motor suppressed, and high vehicle speed operation can be performed with a margin for the maximum speed ( High vehicle speed can be obtained).
  • the operation of the one-way clutch 570 (FIG. 23) at this time is idling because the rotation of the inner cylinder 536, that is, the sun gear 18 is in the direction of arrow a (the direction opposite to the stretching direction f of the cam 572).
  • the dog clutch 528 and the friction clutch 530 may be momentarily disengaged. At this time, torque is lost (the motor rotation of the sun gear 18 on the outer race side).
  • the one-way clutch 570 prevents the reverse movement of the cam 572, that is, the outer race side is locked to the housing side, so that the rotation of the motor rotating shaft is Therefore, it is possible to prevent torque from being lost until the friction clutch 530 is completely engaged.
  • the friction clutch 530 is in the fully engaged state, the one-way clutch 570 is in an idling state by the rotation of the sun gear 18 (the same direction as the motor rotation direction a).
  • the friction clutch 530 and the dog clutch 528 may be momentarily disengaged, but the torque loss at this time (the outer race side is the motor rotation)
  • the one-way clutch 570 prevents the cam 572 from retreating, that is, the outer race side is locked to the housing side, so that the electric motor Since the rotation of the rotation shaft can be transmitted to the wheel side, torque loss until the dog clutch 528 is completely engaged is prevented.

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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

電気自動車用２段変速機
　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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