特許 7427670 電動駆動車用２段変速機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-26

(45)【発行日】2024-02-05

(54)【発明の名称】電動駆動車用２段変速機

(51)【国際特許分類】

   F16H 3/54 20060101AFI20240129BHJP

【ＦＩ】

F16H3/54

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021532760

(86)(22)【出願日】2020-06-26

(86)【国際出願番号】 JP2020025233

(87)【国際公開番号】W WO2021010138

(87)【国際公開日】2021-01-21

【審査請求日】2023-05-17

(31)【優先権主張番号】P 2019130088

(32)【優先日】2019-07-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000178804

【氏名又は名称】ユニプレス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088731

【弁理士】

【氏名又は名称】三井 孝夫

(72)【発明者】

【氏名】白崎 亮

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 良輔

(72)【発明者】

【氏名】祢津 英之

(72)【発明者】

【氏名】大野 雄太

(72)【発明者】

【氏名】古川 健太郎

【審査官】畔津 圭介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２３４０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３３８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０９１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１５１１６５３７（ＤＥ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１１０８３２０２（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ３／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項3】

請求項１に記載の発明において、遊星歯車機構の３回転要素はその第１回転要素がハウジング側に選択的に固定可能であり、相対的に高ギヤ比側の変速モードとして、第１回転要素をハウジング側に固定化し、残余の第２及び第３の回転要素間に得られるギヤ比が１．０より大きい減速側ギヤ比となる第１の変速モードがドグクラッチにより取られ、また、相対的に高ギヤ比側の変速モードとして、第１回転要素のハウジング側への固定を解除し、残余の2回転要素のいずれかの回転要素を第１回転要素と一体回転させることにより得られるギヤ比が１．０となる第２の変速モードが摩擦クラッチにより取られ、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動駆動車用２段変速機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は電気自動車やハイブリッド車等の電動駆動車用２段変速機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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段変速機としては、特許文献１では、２段変速のため遊星歯車機構を使用するものを提案している。遊星歯車機構は複数のピニオンを軸支するキャリアと、サンギヤと、リングギヤとからなる３回転要素を備える。低速運転時は、ドグクラッチ締結時は摩擦クラッチが非締結とされ、ドグクラッチ締結によりリングギヤはハウジングに固定となり、このとき入力軸の回転はサンギヤよりキャリアを介して出力され、変速比は１．０より大きい値(減速)となる。高車速運転時は、ドグクラッチ非締結時は摩擦クラッチが締結とされ、リングギヤがハウジングから解放され、サンギヤ及びキャリアと一体になって回転され、このときの変速比は１．０(等速)となる。高車速運転時において低速運転時との比較でギヤ比を小さくすることにより、高車速運転時の電動機の回転数を相対的に下げることができるため、より高車速運転時において電動機の高効率運転域を広げることができ、高車速運転が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１７６３２号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

低車速運転時にドグクラッチ締結、摩擦クラッチ非締結 (第１速)とし、高車速運転時にドグクラッチ非締結、摩擦クラッチ締結 (第２速)とする特許文献の技術において、第１速と第２速との切替時に、ドグクラッチと摩擦クラッチとを同時に締結状態とすることはできないので、切替時にドグクラッチも摩擦クラッチも非締結の状態が一瞬ではあるが生ずるのは避けることができない。この場合、出力軸は電動機から切り離されるため、トルク抜けとなり、運転者には切替ショックとして伝わることになる。

【0006】

また、第２速から第１速への切替(減速)の場合、ドグクラッチの構造上、非締結から締結までの間、相手面との相対回転によりクラッチ合わせをして行くため、これも変速ショックの原因となる。

【0007】

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、摩擦クラッチ非締結 (第１速)とし、高車速運転時にドグクラッチ非締結、摩擦クラッチ締結 (第２速)とする２段速変速機において、変速ショックの軽減を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明によれば、
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段変速機は、
複数のピニオンを軸支するキャリアと、ピニオンに噛合する異なった歯数の複数の歯車とからなる３回転要素を備え、３回転要素から選択される第１回転要素をハウジング側に固定し、残余の第２及び第３の回転要素間に得られる１．０とは異なるギヤ比にて動力伝達を行う第１の変速モードと、残余の2回転要素のうち1回転要素を入出力とする、または、残余の２回転要素のうち１要素を第１回転要素と一体回転させることにより得られる１．０のギヤ比にて動力伝達を行う第２の変速モードとを取ることができる遊星歯車機構と、
第１の変速モードと第２の変速モードとの間で相対的に低ギヤ比側の変速モードを取るように遊星歯車機構の回転要素間の連結を行うドグクラッチと、
第１の変速モードと第２の変速モードとの間で相対的に高ギヤ比側の変速モードを取るように遊星歯車機構の回転要素間の連結を行う摩擦クラッチと、
第１の変速モードと第２の変速モード間の切替時におけるトルク抜けを防止するためのラチェット式のワンウエイクラッチとを具備して成り、
第１のクラッチを構成するドグクラッチの係合部と、ラチェット式のワンウエイクラッチにおけるラチェット係合部とは同一回転位相位置に設置される。

【0009】

好ましい実施形態としては、ドグクラッチにより、相対的に低ギヤ比側の変速モードとして１．０より大きい減速側のギヤ比となる第１の変速モードを取らせ、他方、摩擦クラッチにより、相対的に高ギヤ比側の変速モードとして、１．０のギヤ比となる第2の変速モードを取らせるようにする。
この好ましい実施形態の一態様において、遊星歯車機の３回転要素から選択される第１回転要素をハウジング側に恒久的固定とし、低ギヤ比側の第１の変速モードとして、ドグクラッチにより残余の第２及び第３の回転要素間に１．０より大きい減速側のギヤ比を得ることができ、他方、高ギヤ比側の第２の変速モードとして、摩擦クラッチにより遊星歯車機構の残余の2回転要素のうち1回転要素を入出力とすることにより１．０のギヤ比を得ることができる。そして、トルク抜け防止のためのワンウエイクラッチは、第１の変速モードと第２の変速モード間の切替時に第２または第３の回転要素を入力軸側にロックするように動作させることができる。
上記好ましい実施形態の別態様として、遊星歯車機の３回転要素のうちの第１回転要素がハウジング側に選択的に固定可能であり、低ギヤ比側の第１の変速モードとして、ドグクラッチにより第１回転要素をハウジング側に固定化し、残余の第２及び第３の回転要素間に１．０より大きい減速側のギヤ比を得ることができ、他方、高ギヤ比側の第２の変速モードとして、摩擦クラッチにより、第１回転要素のハウジング側への固定を解除し、残余の２回転要素のいずれかの回転要素を第１回転要素と一体回転させる(結果的に３回転要素は一体回転する)ことにより１．０のギヤ比を得ることができる。そして、トルク抜け防止のためのワンウエイクラッチは、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ように動作させることができる。

【発明の効果】

【0010】

ワンウエイクラッチを設けることにより、第１の変速モードと第２の変速モード間の切替時のドグクラッチも摩擦クラッチも非締結となる中間状態において、出力側の回転の瞬間的な落ち込みを防止し、変速ショックを防止することができ、かつワンウエイクラッチをラチェット方式のものとすることにより、摩擦クラッチからドグクラッチへの切替時(減速時)に、ドグクラッチを即座に噛合状態とすることができ、通常のドグクラッチの噛合動作では必要となる噛合を待つ動作が生じないため、変速ショックの一層の低減を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１はこの発明の電動駆動車の実施である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】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】図３は図２の大略III－III線に沿った矢視断面図である。

【図4】図４は図３の部分拡大図であり、締結状態にある一対のドグクラッチ及び摩擦クラッチを拡大して示す。

【図5】図５はラチェット式ワンウエイクラッチの締結状態において、非締結状態におけるドグクラッチにおけるクラッチ爪とクラッチ溝との円周方向の位置関係を模式的に示す図である。

【図6】図６は図２と同様に第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7】図７は図３と同様に図２の大略III－III線に沿った矢視断面図であるが、ワンウエイクラッチのラチェットが外れた状態を示す。

【図8】図８はこの発明の電動駆動車の実施である第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9】図９は図８の大略IX－IX線に沿った矢視断面図である。

【図10】図１０は図８と同様に第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。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１はこの発明の電動駆動車用の２段変速の実施形態として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、常用される低速運転において電動機２を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。そこで、高車速実現のため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段変速機が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り、結果として高車速を得ることができる。

【0013】

図２はこの発明の実施形態の電気自動車用の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２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(ピニオン１４を挟み両側に設置)と、キャリア１６と回転中心を共通しピニオン１４に内側にて噛合するサンギヤ１８と、キャリア１６と回転中心を共通しピニオン１４に外側にて噛合する噛合するリングギヤ２０(ハウジング１０の内周の歯部として構成される)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。

【0014】

２段変速機は、また、アーマチュア２６と、ドグクラッチ２８と、多板式摩擦クラッチ(以下簡明のため単に摩擦クラッチ)３０と、ドグクラッチ２８と摩擦クラッチ３０とのワンモーションでのシーソー式切替動作を惹起させるための駆動動力源となる電磁コイル３１と、ドグクラッチ２８と摩擦クラッチ３０とのシーソー式切替動作のためアーマチュア２６を軸方向に前後移動可能に支持する支持板３２とを備える。支持板３２は、また、摩擦クラッチ３０のクラッチパックの支持部として機能すると共に、電動機２(図１)からの回転運動を受け、ドグクラッチ２８又は摩擦クラッチ３０を介して遊星歯車機構１２に伝達する機能も担っている。支持板３２は、その動力伝達機能実現のため、ボス部32-1の内周面にスプライン32-1aを形成しており、ボス部32-1は電動機２の図示しない出力軸とスプライン嵌合し、支持板３２は電動機２の出力軸と常時一体回転する。ドグクラッチ２８は円周方向に等間隔に配置された８個の締結ユニット(図３参照)から構成される。

【0015】

この実施形態では、遊星歯車機構１２のリングギヤ２０はハウジング１０と一体であるため常時固定であり、サンギヤ１８を電動機２(図１)からの入力軸に後述ドグクラッチ２８により連結(このとき摩擦クラッチ３０は非締結)し、出力側のキャリア１６から取り出される回転を減速として取り出し、摩擦クラッチ３０を締結(このときドグクラッチ２８は非締結)とすることにより、キャリア１６から入出力させ(ギヤ比＝１．０) 、相対的増速として取り出している。そして、キャリア１６はそのボス部16-1の内面にスプライン16-1aを形成しており、スプライン16-1aに減速機６(図１)の図示しない入力軸をスプライン嵌合させることで、減速機６を介して車輪９(図１)側に駆動力を伝達することができる。

【0016】

アーマチュア２６は、半径方向の中間部に円周方向に等間隔に離間した複数(この実施形態では８個(図３))のクラッチ突部26-1を有しており、クラッチ突部26-1はドグクラッチ２８の各ユニットの雄側部分となる。また、アーマチュア２６は外周部に摩擦クラッチ３０の駆動部４４を備える。

【0017】

遊星歯車機構１２のサンギヤ１８はアーマチュア２６側への筒状延出部18-1を形成しており、この筒状延出部18-1の電動機側フランジ状端部に円周方向に等間隔にクラッチ突部26-1と同数(この実施形態では８個(図３))のクラッチ孔18-2が形成され、クラッチ孔18-2はアーマチュア２６のクラッチ突部26-1とガタを生ずることなくかつスムースに軸方向に係脱可能となっている。クラッチ孔18-2はドグクラッチ２８の各ユニットの雌側部分であり、換言すれば、アーマチュア２６側のクラッチ突部26-1とサンギヤ１８側のクラッチ孔18-2とで、図３、図７に示す本実施形態のドグクラッチ２８の８個の締結ユニットの夫々が構成される。

【0018】

図２において、摩擦クラッチ３０はハウジング１０内に配置される外筒３３と、外筒３３の摺動溝33-1に軸方向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に軸方向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３３の摺動溝33-1に軸方向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、クラッチパックを挟んで受圧板４３と反対側に位置する摩擦クラッチ駆動部４４(アーマチュア２６の一体部)とから構成される。摩擦クラッチ駆動部４４は、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の反対側に位置され、アーマチュア２６の軸方向の移動下、摩擦クラッチ駆動部４４により摩擦クラッチ３０の係脱が行なわれる。摩擦クラッチ駆動部４４は、アーマチュア２６及び支持板３２と一体回転するように構成され、図２ではアーマチュア２６から遊星歯車側１２への延出部26-7が支持板３２を嵌合挿通され、延出部26-7の端部より摩擦クラッチ駆動部４４が半径外方に延出するように構成される。

【0019】

摩擦クラッチ３０の内筒３６は支持板３２から遊星歯車側１２に延びる筒状部として構成され、支持板３２と(アーマチュア２６とも)一体回転するように形成される。他方、前述のように支持板３２は電動機からの入力軸に連結され、支持板３２と一体回転する摩擦クラッチ３０の内筒３６は入力軸と一体回転する。他方で、摩擦クラッチ３０の外筒３３はキャリア１６と一体回転するように連結されている。

【0020】

アーマチュア２６は、支持板３２に対して、軸方向には摺動自在にかつ円周方向には回転しないように取り付けられている。即ち、図示実施形態では、ドグクラッチ２８を構成するアーマチュア２６側の８個のクラッチ突部26-1が支持板３２側の対応のクラッチ孔18-2に係合する構成となっており、これにより支持板３２に対するアーマチュア２６の軸方向摺動自在で円周方向には非回転の支持構造を実現している。

【0021】

電磁コイル３１は、アーマチュア２６の、遊星歯車機構１２とは離間側に対向して配置され、カバー１０´に形成される電磁コイル収容部10’-1内に収容されている。４７は電磁コイル３１への通電および制御用のハーネスを示している。リターンスプリング(コイルスプリング等) ４５は円周方向に間隔をおいて複数配置され、電磁コイル３１に通電されていない場合は、リターンスプリング４５はアーマチュア２６を図２の左方に付勢し、このとき、アーマチュア２６側のクラッチ突部26-1とサンギヤ１８側のクラッチ孔18-2とは図２に示すように嵌合し、ドグクラッチ２８の締結状態が得られ、他方で、アーマチュア２６と一体の摩擦クラッチ駆動部４４はクラッチパックから離間位置し、摩擦クラッチ３０は非締結となる。これに対し、電磁コイル３１への通電により電磁コイル３１からアーマチュア２６への磁束が生じ、図６に示すように、アーマチュア２６はリターンスプリング４５に抗して図２の右方に移動し、クラッチ突部26-1はクラッチ孔18-2から抜け、ドグクラッチ２８は非締結となる。また、アーマチュア２６の右方移動により、摩擦クラッチ駆動部４４はクラッチパックを受圧板４３との間で挟着し、摩擦クラッチ３０は締結状態となる。電磁コイル３１への通電を解除すると、スプリング４５によりアーマチュア２６は左行し、図２のように摩擦クラッチ３０は非締結となり、他方、ドグクラッチ２８は締結状態となる。

【0022】

以上説明のように、アーマチュア２６の回転軸に沿った左右移動により、ドグクラッチ２８の締結時は摩擦クラッチ３０は非締結となり、摩擦クラッチ３０の締結時はドグクラッチ２８は非締結となるというシーソー的な切替動作を行う。他方、ドグクラッチ２８と摩擦クラッチ３０とは同時に締結状態を取らないようにする必要があり、また、必要な公差との関係で、ドグクラッチ２８と摩擦クラッチ３０との切替時に一瞬ではあるが、出力側が入力側に対して切り放された状態、所謂トルク抜け、が必ず生じ、これは運転者には変速ショックとなる。本発明の第１の実施形態では、トルク抜け防止のため、遊星歯車機構１２のサンギヤ１８を入力軸側にロックするワンウエイクラッチ５０を設けると共に、ワンウエイクラッチ５０をラチェット式としている。

【0023】

ラチェット式ワンウエイクラッチ５０はこの実施形態では、図２及び図６に示すように、サンギヤ１８の筒状延出部18-1と支持板３２のボス部32-1間に構成している。周知のように、ラチェット式ワンウエイクラッチは、市販の製品としては、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、ラチェット式ワンウエイクラッチ５０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、筒状延出部18-1及びボス部32-1に設けた原理的な構成として図示したものである。この実施形態のラチェット式のワンウエイクラッチ５０は、ドグクラッチ２８のクラッチユニットと同数の円周方向に等間隔に配置された８個の締結ユニット(図３)から成り、ワンウエイクラッチ５０の各締結ユニットは図４の拡大図に示すように、ラチェット爪５２と；外周側の筒状延出部18-1の内周の凹部として形成され、ラチェット爪５２を収容するためのラチェット爪収容部５４と；ラチェット爪収容部５４から筒状延出部18-1の内周面に対して出没自在にラチェット爪５２を回転軸Ｌ(図２)と並行な軸線の周りを回動可能に支持する支持ピン(枢軸)５６と；ラチェット爪５２をラチェット爪収容部５４から突出するように回動付勢するためスプリング(コイルスプリング等)５８と；ラチェット爪５２に対向して支持板３２のボス部32-1に形成され、ラチェット爪５２の先端と係合することにより、支持板３２の回転を阻止する係止溝６０；とから構成される。

【0024】

この実施形態におけるラチェット式のワンウエイクラッチ５０において、ラチェット爪５２は、遠心力がスプリング５８の設定より小さい場合は、図３及び図４に示すように、支持板３２の時計方向の回転(電動機回転軸側による支持板３２の回転駆動方向aと同方向の回転)に対しては係止溝６０との係合が深まる配置となっている。回転による遠心力がスプリング５８の設定を超えると、図７に示すように、ラチェット爪５２をスプリング５８に抗してピン５６の周りにおいて外方に回動させ、ラチェット爪５２が図４の想像線５２ａのように係止溝６０から抜去されるため、ラチェット爪５２による係止作用は消失する。

【0025】

本実施形態においては、ドグクラッチ２８は、夫々がクラッチ突部26-1及びクラッチ孔18-2を備えたクラッチユニットを円周方向に８個有しており，ワンウエイクラッチ５０についても、夫々がラチェット爪５２、スプリング５８、係止溝６０等を備えた８個のユニットを備える。本発明では、ドグクラッチ２８とワンウエイクラッチ５０と締結及び非締結動作を同一回転位相で行わせるようにしいている。これより後述のように本実施形態の２速変速機の切替時(減速運転時)のショック低減に役立てることができる。即ち、図５はワンウエイクラッチ５０の締結状態(図３及び図４に示すラチェット爪５２の係止溝６０に対する締結状態)におけるドグクラッチ２８のクラッチ突部26-1とクラッチ孔18-2の円周方向の位置関係を模式的に示しており、各対のクラッチ突部26-1とクラッチ孔18-2とは円周方向に正対した位置に保持されている。

【0026】

この実施形態において、ドグクラッチ２８についてもワンウエイクラッチ５０についてもユニット数は８個で同一であるが、同一回転位相で両者締結状態をとるようになっていさえすればドグクラッチ２８とワンウエイクラッチ５０のユニット数を適宜異ならせることができる。

【0027】

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３１は非通電であり、リターンスプリング４５の弾性力によってアーマチュア２６は左行し、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32-1aにて嵌合する支持板３２より、ドグクラッチ２８の係合部(26-1, 18-2)を介して遊星歯車機構１２のサンギヤ１８に伝達される。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16-1a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、歯数によるが図１において説明したように２．４等の減速比とすることができる。

【0028】

ドグクラッチ２８の締結状態(図２)では、ワンウエイクラッチ５０についてはインナレース側(サンギヤ１８の筒状延出部18-1)もアウタレース側(支持板３２のボス部32-1)も同一回転数で回転するため動力伝達の機能に関してはワンウエイクラッチ５０は設置が無いのと同じである。スプリング５８のばね力は、第１速の全域及において遠心力に対して優勢となるように設定される。そのためのラチェット式のワンウエイクラッチ５０についてはラチェット爪５２に生ずる遠心力がスプリング５８のばね圧より小さく設定されているため図３及び図４に示す締結状態を維持する。

【0029】

第１速から第２速への切替のため電磁コイル３１が通電されると、電磁コイル３１に生ずる磁束はアーマチュア２６をリターンスプリング４５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６に示す位置を取る。このとき、ドグクラッチ２８のクラッチ突部26-1は筒状延出部18-1(サンギヤ１８)のクラッチ孔18-2から完全に抜去され、ドグクラッチは非締結状態となる。他方、アーマチュア２６の摩擦クラッチ駆動部４４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、摩擦クラッチ３０は締結状態となる。電動機からの回転は、支持板３２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３３に、そしてキャリア１６に伝達する。そのため、キャリア１６から入力され、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、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。即ち、キャリア１６が入出力軸となることにより１．０の変速比が得られる。サンギヤ１８はキャリア１６によりピニオン１４を介して回転駆動されるが、サンギヤ１８は入出力軸間の駆動力の伝達には直接には関わらない。また、ワンウエイクラッチ５０については、第１速域と少し被る低回転側領域ではばね力が遠心力に打ち勝つがこの領域を超えると遠心力によりラチェット爪は外方に回動し、非締結状態となる。第２速に完全移行後についてもワンウエイクラッチ５０は機能的には設置が無いのと同じである。

【0030】

この実施形態では、車両の低速運転時は、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はリターンスプリング４５の弾性力により締結状態を得ることができ電磁コイル３１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３１を通電することにより、ドグクラッチ２８は非締結、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（＝1.0））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り、結果的に車速を高めることができる。

【0031】

次に低車速運転(第１速)と高車速運転(第２速)との切替時のトルク抜け防止動作を説明すると、先ず、低車速運転から高車速運転への切替のため電磁コイル３１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がリターンスプリング４５を押圧し、スプリング４５の変形下右方に移動され、クラッチ爪26-1はクラッチ孔18-2から抜去され、ドグクラッチ２８は非締結となるが、ドグクラッチ２８は非締結の直後において、摩擦クラッチ３０も非締結の前述した中間状態が一瞬存在する。この中間状態では、サンギヤ１８(筒状延出部18-1)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、ドグクラッチ２８が非締結となった瞬間において、サンギヤ１８(筒状延出部18-1)は、図４において電動機回転軸の矢印ａ方向と反対方向に戻ろうとする。このとき、矢印ａ方向と反対方向に戻ろうとするサンギヤ１８に対し、ワンウエイクラッチ５０のラチェット爪５２が突っ張りとなり、サンギヤ１８の筒状部18-1(ワンウエイクラッチのアウタレース)を電動機回転軸に常時連結される支持板３２のボス部32-1(ワンウエイクラッチのインナレース)にロックし、電動機回転軸の矢印ａ方向の回転が支持板３２のボス部32-1がよりサンギヤ１８にそのボス部18-1、即ち、車輪側に伝達されるため、トルク抜けが生じない。摩擦クラッチ３０の完全締結後の電動機出力軸の回転の増大により、サンギヤ１８、即ち、筒状部18-3の矢印ａ´方向の回転数が電動機回転軸の矢印ａ方向の回転数(支持板３２の回転数)を超えると、遠心力がばね力未満であってもラチェット爪５２と係止溝６０を乗り越えることができ、サンギヤ１８は増速を継続することができる。そして、摩擦クラッチ３０は完全締結されるに至り、サンギヤ１８の回転数が更に大きくなれば、図４の想像線５２ａ又は図７に示すように遠心力によりラチェット爪５２はピン５６の周りを半径外方に回動し、ラチェット爪５２と係止溝６０から外れる。ラチェット爪５２が係止溝６０から外れると（ワンウエイクラッチ５０によるロックは外れると）、アウタレース(サンギヤ１８の筒状延出部18-1)とインナレース(支持板３２のボス部32-1)間に相対回転が生じ、係止溝６０に対するラチェット爪５２の回転位相はなりゆきとなる。

【0032】

以上とは真逆の動作が高車速運転(第２速)から低車速運転(第１速)への切り替えの過程で生ずる。第２速の運転において車速の低下により遠心力がスプリング５８の設定力を下回ると、相対回転によりスプリング５８の付勢下、ワンウエイクラッチ５０のラチェット爪５２は係止溝６０に入り、ワンウエイクラッチ５０は締結状態となる。車速が更に降下し、高車速運転(第２速)から低車速運転(第１速)への切替条件に達すると、摩擦クラッチ３０は非締結となり、逆に、ドグクラッチ２８は係合すべく、アーマチュア２６がスプリング４５により駆動される。このときも摩擦クラッチ３０もドグクラッチ２８も非締結の中間状態が生ずるが、ワンウエイクラッチ５０において、ラチェット爪５２が係止溝６０と係合しているため、第１速から第２速への切替時と同様に、サンギヤ１８(筒状延出部18-1)を入力軸側にロックし、トルク抜けを防止する。更に、ラチェット式ワンウエイクラッチ５０が入った状態で高車速運転(第２速)から低車速運転(第１速)への切替が行われるため、図５に関し説明したように、切替時にドグクラッチ２８のクラッチ突部26-1とクラッチ孔18-2とは回転位相が合っており、摩擦クラッチ３０もドグクラッチ２８も非締結の中間状態が終われば即座にクラッチ突部26-1とクラッチ孔18-2との係合が得られる。即ち、通常のドグクラッチでは、締結状態への切替時、クラッチ突部26-1’ (想像線)とクラッチ孔18-2 とは必ずしも位相が会っていないため、位相が会うのを待つ動作が必要となるので、減速となるが、本発明では締結を得るためクラッチの相手面同士(26-1, 18-2)が出合うまでの相対回転を必要としないため、高車速運転(第２速)から低車速運転(第１速)への切り替えの際の変速ショックの低減を可能とする。

【0033】

図８－図１０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２の実施形態の２段変速機１０４を示し、この第２の実施形態の２段変速機１０４は遊星歯車機構１１２のリングギヤ１２０はハウジング１０に対して回転可能であるが、ワンウエイクラッチ１５０によりハウジング１０に対して選択的に固定可能であり、第１の実施形態と同様に、低車速運転はリングギヤ１２０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１２０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は図２－図７の第１の実施形態と同様である。

【0034】

この第２の実施形態(図８－図１０)の２速変速機１０４の構成を説明すると、アーマチュア１２６は半径方向の中間において筒状部126aを形成し、この筒状部126aが円周方向の内歯126-１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’-2が形成され、この内歯126-１と外歯10’-2とでドグクラッチ１２８を構成する。アーマチュア１２６の外周部が摩擦クラッチ１３０の駆動部１４４を構成し、また、アーマチュア１２６の外周に外歯126-5が形成され、外歯126-5は内筒３３の摺動溝33-1に軸方向に摺動自在に係合している。電磁コイル３１の取り付けのため、電磁石保持枠８２はカバー１０´に固定される。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１３０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。

【0035】

この第２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ラチェット式のワンウエイクラッチ１５０はリングギヤ１２０(図８の模式図においてワンウエイクラッチ１５０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１５０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９に部分的に示すように、ワンウエイクラッチ１５０のラチェット爪１５２は第１の実施形態のワンウエイクラッチ１５０のラチェット爪１５２とは向きが反対であり、ラチェット爪１５２はスプリング(158)力下、駆動軸の回転方向(反時計方向)ａと反対方向のインナレース (リングギヤ１２０)の回転の突っ張りとなる配置である。図４と同様にラチェット爪１５２を係止溝１６０に向けてピン１５６の周りを回動付勢するスプリング１５８が設けられる。この実施形態ではスプリング１５８はハウジング１０に取付であることからスプリング１５８には遠心力がかからない構造となっている。

【0036】

第２の実施形態の動作を説明すると、低車速運転時には、電磁コイル３１の非通電により、スプリング４５によってアーマチュア１２６は図８においてカバー１０´に向けて押圧され、アーマチュア１２６の内歯126-１とカバー１０´の外歯10’-2とは噛合し、ドグクラッチ１２８は締結状態(摩擦クラッチ１３０は非締結状態)となり、アーマチュア１２６は固定化され、アーマチュア１２６の外周縁の外歯126-5が摩擦クラッチ１３０の外筒３３に摺動溝33-1を介して係合していることにより、リングギヤ１２０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１５０はインナレース側(120)もアウタレース側(10)も固定のままである。機能的にはワンウエイクラッチ１５０は設置が無いのと同じである。ワンウエイクラッチ１５０はハウジング１０側への取り付けであるためスプリング１５８には遠心力がかからないため、スプリング１５８は係止溝１６０に係合させるためだけに機能すれば良いため、スプリング１５８はばね力はとして非常に小さいもので足りる。

【0037】

高車速運転時には、電磁コイル３１の通電により、電磁力下スプリング４５に抗してアーマチュア１２６は図１０のように左行し、アーマチュア１２６の内歯126-１とカバー１０´の外歯10’-2との噛合は解除され、ドグクラッチ１２８は非締結状態となる。他方、アーマチュア１２６の左行により、摩擦クラッチ駆動部１４４はクラッチパックをリングギヤ１２０側の対向面間で挟着し、摩擦クラッチ１３０は締結状態に至る。そのため、摩擦クラッチ１３０によりリングギヤ１２０とサンギヤ１８とが一体化され、結果的にキャリア１６もリングギヤ１２０およびサンギヤ１８と一体回転し、入力側の回転は出力側に１対１で伝達される。図９においてリングギヤ１２０は係止溝１６０の部位でスプリング１５８に抗してラチェット爪１５２を乗り越えながら回転するが、スプリング１５８はばね力としてはごく弱いので、摩擦による回転抵抗は実質的に無視し得る程小さい。

【0038】

低車速運転(図８)から高車速運転(図１０)の切替時に，ドグクラッチ１２８の非締結でかつ摩擦クラッチ１３０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１２０は一瞬フリーとなり、電動機の回転軸の回転方向ａ(図９)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１５０のラチェット爪１５２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１２０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１３０が完全締結状態となれば、リングギヤ１２０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、このときラチェット爪１５２の係止溝１６０を乗り越えることができる向きなのでリングギヤ１２０の回転が損なわれることがない。

【0039】

また、高車速運転(図１０)から低車速運転(図８)への切替時には、摩擦クラッチ１３０の非締結でドグクラッチ１２８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１５０は、ラチェット爪１５２が突っ張りとして機能し、リングギヤ１２０はロックされるため、ドグクラッチ１２８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。また、ワンウエイクラッチ１５０とドグクラッチ１２８とは、第１の実施形態において図５で説明したと同様に、回転位相を合わせているため、ドグクラッチ１２８を係合させるための探るような動き無しにドグクラッチ１２８は即座に係合を得るため、変速ショックの効率的な低減が可能となる。即ち、図９に示すように、ワンウエイクラッチ１５０の係合時にドグクラッチ１２８の内歯126-１と外歯10’-2とは回転方向の位相が合っているため、高車速運転(図１０)から低車速運転(図８)への切替時にも位相が合っており、位相合わせのための相対回転動作を伴うことなく即座に締結に至るため、第１の実施形態と同様の変速ショックの低減効果が得られる。

【0040】

本明細書では遊星歯車機構による変速比はリングギヤ固定による減速(第１速)と３回転要素の一体回転による相対的増速(第２速)を得る実施形態について説明しているが、当業者には周知のように、減速機(図１)として減速比の大きいものを使用することにより、遊星歯車機構の３回転要素の一体回転による相対的減速 (第１速)とサンギヤ固定による増速(第２速)という変形構成も容易に可能であり、この構成も本発明に包含されることは当業者には明らかである。
また、本発明の２段変速機は電気自動車だけでなくハイブリッド車にも適用可能である。

【符号の説明】

【0041】

２…走行用電動機
4, 104…２段変速機
６…減速機
１０…ハウジング
12, 112…遊星歯車機構
１４…ピニオン
１６…キャリア
１８…サンギヤ
18-2…クラッチ溝
20, 120…リングギヤ
26, 126…アーマチュア
26-1…クラッチ突部
28, 128…ドグクラッチ
30, 130…摩擦クラッチ
３４…ドリブンプレート
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, 144…摩擦クラッチ駆動部
４６…電磁コイル
50, 150…ワンウエイクラッチ
52, 152…ラチェット爪
56, 156…ピン
60, 160…係止溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】