DE19933242A1

DE19933242A1 - Kraftübertragungsvorrichtung für Hybridfahrzeuge

Info

Publication number: DE19933242A1
Application number: DE19933242A
Authority: DE
Inventors: Kenichiro Ito; Makoto Yasui; Shiro Goto
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2000-01-20
Also published as: US20020134634A1; US6536570B2; JP2000035061A; US6244403B1

Abstract

Kraftübertragungsvorrichtung geeignet für die Verwendung in einem Hybridfahrzeug zum auswählbaren Übertragen der Leistungen seines Verbrennungsmotors und seines Elektromotors. Die Kraftübertragungsvorrichtung wird verwendet, um Antriebskräfte von einem Verbrennungsmotor oder einem Motor eines Hybridfahrzeugs zu übertragen oder abzutrennen, und beinhaltet eine Zweiwegekupplung, die Eingriffselemente aufweist, und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Sperrens und Freigebens der Zweiwegekupplung. Die Steuerungseinrichtung beinhaltet eine elektromagnetische Kupplung, die einen Elektromagneten und einen Anker aufweist. Durch Anbringen einer solchen Kraftübertragungsvorrichtung an den Abtrieben des Verbrennungsmotors und des Motors, ist es möglich, sehr leicht die Antriebskraft zu übertragen und zu unterbrechen durch einfaches Anschalten und Ausschalten des Elektromagnetens.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertragungsvorrichtung zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug, ein kürzlich entwickeltes Fahrzeug, daß eine zweite Antriebsquel le, z. B. einen Elektromotor, neben der konventionellen Wärmekraftmaschine mit innerer Verbrennung aufweist, und insbesondere auf eine Kraftübertragungsvorrichtung zum wählbaren koppeln des Verbrennungsmotors und/oder des Motors mit dem Antriebs strang.

Der Motor und der Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeugs werden automatisch mit dem Antriebsstrang gekoppelt und entkoppelt entsprechend der jeweiligen Drehzahl, um die Gesamtkraftstoffökonomie zu verbessern. Im allgemeinen, während das Fahrzeug beschleunigt wird, liefert der Motor Kraft an die Antriebsräder, und während das Fahr zeug gebremst wird, dient der Elektromotor als ein Generator, der durch die Antriebsrä der angetrieben ist. Die dadurch erzeugte elektrische Leistung wird für eine spätere Verwendung gespeichert.

Eine Kupplung wird benötigt, um automatisch den Motor und den Verbrennungsmotor mit dem Antriebsstrang zu koppeln und zu entkoppeln. Solch eine Kupplung muß eine solche sein, die automatisch gemäß dem Zustand des Fahrzeugs gesteuert wird.

Fig. 17A zeigt eine typische Antriebsstranganordnung von Hybridfahrzeugen, bei wel chen die Wärmekraftmaschine A (nachfolgend nur als "Verbrennungsmotor" bezeich net) und der Motor B mit ihren Abtriebswellen in Serie geschaltet angeordnet sind. Bei dieser Anordnung, wenn das Fahrzeug gestartet wird, oder während es mit niedriger Geschwindigkeit fährt, wird nur der Motor B verwendet, um das Fahrzeug anzutreiben, während der Verbrennungsmotor A sich im Stillstand befindet. Um den Verbrennungs motor im Stillstand zu halten, ist seine Abtriebswelle vom Antriebsstrang durch außer Eingriff bringen einer elektromagnetischen Kupplung oder Bremse C getrennt. Eine an dere elektromagnetische Kupplung oder Bremse C wird verwendet, um den Motor B vom Getriebe D zu trennen, um das Getriebe D in Neutralstellung zu halten.

Fig. 17B zeigt ein anderes Antriebsstrang-Layout eines Hybridfahrzeugs, welches z. B. in der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung 9-95149 offenbart ist. Bei die ser Anordnung ist der Motor B mit der hinteren Antriebswelle verbunden, während der Verbrennungsmotor A mit dem Getriebe D verbunden ist. Dadurch wird nicht nur die Leistung des Verbrennungsmotors durch das Getriebe D bereitgestellt, sondern wird auch die Leistung des Motors zu den Vorderrädern des Fahrzeugs durch das vordere Differential an der Vorderachse übertragen.

In dieser Anordnung dreht der Verbrennungsmotor A ständig und der Motor B unter stützt den Verbrennungsmotor, während das Fahrzeug beschleunigt. Während es ab bremst treiben die Antriebsräder den Elektromotor zur Regeneration an. Der Motor B ist mit der hinteren Antriebswelle durch eine elektromagnetische Kupplung oder Bremse C verbunden.

Die oben genannten konventionellen elektromagnetischen Kupplungen oder Bremsen C umfassen einen Elektromagneten und Reibscheiben oder Bremsschuhe. Um die Lei stung des Verbrennungsmotors A und des Motors B zu übertragen, sind große Rei bungsscheiben und ein kraftvoller Elektromagnet notwendig.

Der Elektromagnet braucht viel Leistung und erzeugt viel Wärme, der aktiviert gehalten werden muß, um den Verbrennungsmotor A und/oder den Motor B mit dem Antriebs strang gekoppelt zu halten.

Ebenso neigen die Reibungsscheiben und die Bremsschuhe dazu, schnell zu verschlei ßen und verursachen Schlupf. Sie sind daher kurzlebig.

Ein Ziel dieser Erfindung ist es, eine Kraftübertragungsvorrichtung bereitzustellen, die für die Anwendung in einem Hybridfahrzeug zum selektiven Übertragen der Leistungen eines Verbrennungsmotors und eines Motors geeignet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß dieser Erfindung ist eine Kraftübertragungsvorrichtung zur Verwendung in ei nem Hybridfahrzeug bereitgestellt, zum Übertragen und Trennen von Antriebskraft von einem Verbrennungsmotor und einem Motor, wobei die Vorrichtung eine Zweiwegekupp lung, die Eingriffselemente aufweist, umfaßt, und eine Steuerungseinrichtung zum Steu ern der Zweiwegekupplung, um sie in Eingriff zu bringen, oder auszukuppeln.

Andere Merkmale und Ziele der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich von der nachfolgenden Beschreibung, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, in welchen:

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine vertikale Schnittansicht einer Kraftübertragungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, entlang einer Linie II-II aus Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie III-III aus Fig. 1;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie IV-IV aus Fig. 1;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II aus Fig. 1, die einen gekup pelten Zustand darstellt;

Fig. 6 ist eine Draufsicht, die ein Layout eines Hybridfahrzeugs darstellt, an dem die Kraftübertragungsvorrichtung montiert ist;

Fig. 7 ist eine Vertikalschnittansicht einer Kraftübertragungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII aus Fig. 7;

Fig. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX aus Fig. 7;

Fig. 10A-10C sind Schnittansichten der Zweiwegekupplung, die ihr Betreiben darstellt;

Fig. 11 ist eine Draufsicht, die das Layout eines Hybridfahrzeugs darstellt, das die Kraftübertragungsvorrichtung überträgt;

Fig. 12 ist ein Fahrdiagramm eines Hybridfahrzeugs, das die Kraftübertragungs vorrichtung überträgt;

Fig. 13A-13B sind teilweise Vertikalschnittansichten der Zweiwegekupplung der Kraft übertragungsvorrichtung einer dritten Ausführungsform;

Fig. 14A ist eine Vertikalschnittansicht der Kraftübertragungsvorrichtung einer vier ten Ausführungsform;

Fig. 14B ist eine Vertikalschnittansicht entlang einer Linie XIV-XIV aus Fig. 14A;

Fig. 15A+15B sind Schnittansichten der Zweiwegekupplung, die ihren Betrieb darstellen;

Fig. 16 ist eine Draufsicht, die das Layout eines Hybridfahrzeugs darstellt, das die Kraftübertragungsvorrichtung überträgt; und

Fig. 17A+17B sind Draufsichten, die das Layout eines konventionellen Hybridfahr zeugs darstellen.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Ausführungsformen dieser Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrie ben.

(Erste Ausführungsform)

Fig. 1 bis 5 zeigen die erste Ausführungsform. Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 die ser Ausführungsform umfaßt einen äußeren Ring 2 als angetriebenes Bauteil und eine Antriebswelle 4 als Antriebsbauteil, daß drehbar in dem äußeren Ring 2 durch ein Lager 3 unterstützt ist. Ein Antriebsring 5 ist auf der Antriebswelle 4 an ihrem einen Ende durch eine Keilwellenverzahnung verbunden.

Der äußere Ring 2 weist eine zylindrische Oberfläche 6 an seinem inneren Umfang auf. Die Antriebswelle 4 weist einen Abschnitt mit großem Durchmesser auf, der eine Viel zahl von flachen Nockenoberflächen 7 auf ihrem äußern Umfang in regelmäßigen Ab ständen gegenüberliegend der zylindrischen Oberfläche 6 aufweist. Ein keilartiger Raum, der sich in Richtung zu beiden Umfangsenden verengt, ist zwischen jeder Noc kenoberfläche 7 und der zylindrischen Oberfläche 6 gebildet.

Ein ringförmiger Rückhalter 8 ist auf dem Abschnitt mit großem Durchmesser der An triebswelle 4 montiert. Der Rückhalter 8 weist am Umfang angeordnete Taschen 9 auf, die jeweils einer Nockenoberfläche 7 zugeordnet sind. Eine Rolle 10 weist ein Eingriffse lement auf, das in jeder Tasche 9 aufgenommen ist und auf jeder Nockenoberfläche 7 abgestützt ist. Wenn man einen vorherbestimmten Weg in Umfangsrichtung durch den Rückhalter 8 bewegt, gelangen die Rollen 10 zwischen den Nockenoberflächen 7 und der zylindrischen Oberfläche 6 in Eingriff, wodurch der äußere Ring 2 und die Antriebs welle 4 gekoppelt werden.

Wie in Fig. 3 dargestellt, haben der Rückhalter 8 und die Antriebswelle 4 jeweils Aus schnitte 11 und 12. Ein elastisches Bauteil oder eine Schaltfeder 13 befindet sich mit ihren beiden Enden in den Ausschnitten in einem entspannten Zustand in Eingriff.

Wenn die Ausschnitte 11 und 12 zueinander fluchten, sind die Nockenoberflächen 7 auf der Antriebswelle 4, die Taschen 9 auf den Rückhalter 8 und die Rollen zueinander an geordnet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, so daß eine Lücke g zwischen jeder Rolle 10 und dem äußeren Ring 2 vorhanden ist. In diesem Zustand sind die Antriebswelle 4 und der äußere Ring 2 nicht miteinander gekoppelt und sind drehbar relativ zueinander. Dies ist eine Neutralstellung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist eine elektromagnetische Kupplung 14 zwischen der An triebswelle 4 und dem äußeren Ring 2 montiert. Sie beinhaltet einen Feldkern 17, der nicht drehbar in ein festes Bauteil 15 eingepreßt ist, das teilweise von einem Ende des äußeren Ringes 2 vorsteht, eine elektromagnetische Spule 16, die in dem Feldkern 17 aufgenommen ist, und einen Rotor 18, der drehbar auf dem Feldkern 17 montiert ist und in eine Rotorführung 19 eines nicht magnetisierbaren Materials eingepresst ist, um nicht drehbar zu sein. Die Rotorführung 19 ist in dem äußeren Ring 2 aufgenommen und ist nicht drehbar relativ zu dem äußeren Ring 2 der Stifte 20 gehalten.

Dadurch ist der Feldkern 2 ein nicht drehbares festes Bauteil, wohingegen der äußere Ring 2, die Rotorführung 19 und der Rotor 18 zu keinem Zeitpunkt zueinander drehbar sind. Der Rotor 18 ist ein Reibungsbauteil, das an dem äußeren Ring 2 befestigt ist.

Ein Anker 21 ist in dem Raum zwischen den sich einander gegenüberliegenden Enden des Rotors 18 und des Rückhalters 8 angeordnet, und weist Vorsprünge 22 auf, die sich mit den Ausschnitten 23 in Eingriff befinden, die in dem Rückhalter 8 ausgebildet sind, um nicht drehbar, jedoch axial verschieblich relativ zum Rückhalter 8 zu sein. Die Dicke des Ankers 21 ist derart bestimmt, daß ein Spalt b (Fig. 1) zwischen dem Anker 21 und dem Rotor 18 verbleibt. Der Spalt b erlaubt eine relative Rotation zwischen dem Anker 21 und dem Rotor 18.

Da der Rotor 18 mit dem äußeren Ring 2 gekoppelt ist, und der Anker 21 mit der An triebswelle 4 durch den Rückhalter 8 und der Schaltfeder 13 gekoppelt ist, sind der äu ßere Ring 2 und die Antriebswelle 4 relativ drehbar zueinander.

In der ersten Ausführungsform, solange die elektromagnetische Spule 15 ausgeschaltet ist, werden die Rollen 10 in ihrer neutralen Stellung auf den Nockenoberflächen 7 durch die Schaltfeder 13 gehalten, so daß die Antriebswelle 4 und der äußere Ring 2 relativ drehbar zueinander sind in beide Richtungen.

Wenn die elektromagnetische Spule 16 angeschaltet wird, werden die Rollen 10 sich in eine Stellung bewegen, wo sie mit der Antriebswelle 4 und dem äußeren Ring 2 in Ein griff gelangen können. Sobald die Rollen in Eingriff gelangen, sind die Antriebswelle 4 und der äußere Ring 2 miteinander gekoppelt und sind zueinander nicht mehr drehbar. Auf diese Weise ist die Kupplung eine Zweiwegekupplung, da sie in beide Richtungen angetrieben werden kann.

Sogar wenn der Strom zur elektromagnetischen Spule 16 ausgeschaltet ist, während ein Eingriffsdrehmoment in einem solchen gekoppelten Zustand wirkt, verhindert das auf die Rollen 10 wirkende Drehmoment die Rollen am Rückkehren in ihre Neutralstellung unter der Kraft der Schaltfeder 13. Auf diese Weise wird das Drehmoment kontinuierlich durch die Kupplung übertragen.

Fig. 6 zeigt, wie die Kraftübertragungsvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform als eine Kupplung für ein Hybridfahrzeug verwendet wird.

In Fig. 6 sind der Abtrieb des Verbrennungsmotors A und der Abtrieb des Elektromo tors parallel zueinander mit dem Getriebe D, wie z. B. ein stufenloses Getriebe, durch die Übertragungsvorrichtung 1 der Ausführungsform gekuppelt.

Während das Fahrzeug mit niedrigen Geschwindigkeiten fährt, oder wenn es gestartet wird, wird es durch den Motor B alleine angetrieben. Zu diesem Zweck wird die Kraftübertragungsvorrichtung 1a für den Verbrennungsmotor A außer Eingriff gebracht durch abgeschaltet halten der Stromzufuhr ihrer elektromagnetischen Spule 16, um die Verbrennungsmotorleistung abzuschalten. Der Verbrennungsmotor A wird in diesem Zustand angehalten.

Auf der anderen Seite wird die elektromagnetische Spule 16 der Kraftübertragungsvor richtung 1b, die für den Motor B angebracht ist, angeschaltet, um die Rollen 10 in Ein griff mit den Nockenoberflächen 7 und dem äußeren Ring 2 zu bringen, und um dadurch die Motorleistung auf das Getriebe D zu übertragen.

Wenn der Computer ermittelt, daß nunmehr Drehmoment vom Motor B zum Getriebe D basierend auf einem Beschleunigungssignal und einem Motorbelastungssignal übertra gen wird, beendet er die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Spule 16 der Kraftüber tragungsvorrichtung 1b, die mit dem Motor B verbunden ist. Sogar wenn die Spule ab geschaltet wird, bleiben die Rollen 10 in Eingriff mit den Nockenoberflächen 7 und dem äußeren Ring 2, während Drehmoment durch die Vorrichtung 1b übertragen wird, so daß Drehmoment vom Motor B zum Getriebe D mit minimalem Stromverbrauch über tragen werden kann.

Während des Fahrens mit hoher Geschwindigkeit, seitdem die Verbrennungsmotoreffi zienz groß ist, sollte das Fahrzeug durch den Verbrennungsmotor A alleine betrieben werden. Daher wird die elektromagnetische Spule 16 der Kraftübertragungsvorrichtung 1a für den Verbrennungsmotor A angeschaltet, um die Leistung des Verbrennungsmo tors A auf das Getriebe D zu übertragen. Wenn der Rotor im Motor B sich dreht, wird der Permanentmagnet des Motors B eine Bremskraft oder Widerstands kraft auf den Antriebsstrang ausüben. Daher wird die elektromagnetische Spule 16 der Kraftübertra gungsvorrichtung 1b für den Motor B ausgeschaltet, um seinen Rotor anzuhalten.

Für einen abrupten Start oder starke Beschleunigung, werden sowohl die Leistung des Verbrennungsmotors, als auch die Leistung des Motors benötigt, so daß der Strom zu den elektromagnetischen Spulen 16 der Kraftübertragungsvorrichtung für den Motor B und den Verbrennungsmotor A beide angeschaltet werden, um sowohl die Antriebslei stung des Verbrennungsmotors, als auch die Antriebsleistung des Motors dem Getriebe D zuzuführen.

Während des Beschleunigens wird die elektromagnetische Spule 16 der Kraftübertra gungsvorrichtung 1b für den Motor B angeschaltet, um den Motor B als einen Generator zur Stromwiedergewinnung zu verwenden. In diesem Zustand gelangen die Rollen 10 mit den Nockenoberflächen an deren Seiten in Eingriff, die den Seiten gegenüberliegen, mit denen die Rollen sich während des Beschleunigens in Eingriff befinden. Sobald Drehmoment auf den Motor B übertragen wurde, und der Motor damit beginnt, Strom zu erzeugen, sogar wenn die elektromagnetische Spule 16 abgeschaltet ist, bleiben die Rollen 10 in Eingriff, so daß es möglich ist, den Stromverbrauch für die Kraftübertra gungsvorrichtung 1b abzusenken. Wenn Verbrennungsmotorbremskraft neben der Elektromotorbremskraft benötigt wird, wird die elektromagnetische Spule 16 der Kraftübertragungsvorrichtung 1a für den Verbrennungsmotor A ebenfalls angeschaltet.

(Zweite Ausführungsform)

Die Fig. 7 bis 12 zeigen die Kraftübertragungsvorrichtung 1 in der zweiten Ausfüh rungsform. Bei dieser und folgenden Ausführungsformen werden die gleichen Elemente wie bei der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht beschrieben.

Bei der ersten Ausführungsform, während die elektromagnetische Spule 16 nicht mit Energie versorgt wird, werden die Rollen 10 durch die Schaltfeder 13 in der Neutralstel lung gehalten, wo sie in beiden Richtungen kontaktfrei sind. Bei dieser Ausführungs form, während die elektromagnetische Spule 16 ausgeschaltet ist, werden die Rollen 10 zu einer Seiten der Nockenoberflächen 7 durch die Schaltfeder 13 gedrückt, so daß sie in einer Bereitschaftseingriffsstellung gehalten werden, in der ein Antrieb in einer Rich tung immer möglich ist.

Insbesondere wie in Fig. 9 dargestellt, weist die Schaltfeder 13 ein langes Ende 13a auf, das in den Ausschnitt 12 des Rückhalters 8 eingreift, und ein kurzes Ende 13b auf, das in den Ausschnitt 11 der Antriebswelle 4 eingreift, um gegen den Rückhalter 8 zu drücken, um ihn dazu zu bringen, sich entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 9 relativ zur Antriebswelle 4 zu drehen.

Da die Rollen 10 zu einer Seite der Nockenoberflächen 7 durch den Rückhalter 8, wie in Fig. 10A dargestellt, gedrückt werden während die elektromagnetische Spule 16 aus ist, wirkt diese Kraftübertragungsvorrichtung 1 als eine Einwegkupplung. D. h., wenn die Antriebswelle 4 beginnt sich schneller zu drehen als der äußere Ring 2 in einer Rich tung, greifen die Rollen 10, so daß der äußere Ring 2 durch die Antriebswelle 4 ange trieben wird. Wenn der äußere Ring 2 damit beginnt, sich schneller zu drehen als die Antriebswelle, geraten die Rollen 10 außer Eingriff, so daß der äußere Ring 2 sich schneller drehen kann als die Antriebswelle.

Auf der anderen Seite, wenn die elektromagnetische Spule 10 mit Energie versorgt wird, zieht der Anker 21, der mit dem Rückhalte 8 gekoppelt ist, magnetisch den Rotor 18 an, der mit dem äußeren Ring 2 gekoppelt, so daß sogar, wenn der äußere Ring 2 beginnt sich schneller zu drehen als die Antriebswelle 4, der Rückhalter 8 sich zusammen mit dem äußeren Ring 2 aufgrund der Reibungskraft zwischen dem Anker und dem Rotor dreht. Die Rollen 10 gelangen dadurch mit den entgegengesetzten Seiten der Nocken flächen 7 in Eingriff, wie dies in Fig. 10C dargestellt ist, wodurch der äußere Ring 2 und die Antriebswelle 4 miteinander gekoppelt werden.

D. h., die Kraftübertragungsvorrichtung 1 der zweiten Ausführungsform funktioniert als eine Einwegkupplung, während die elektromagnetische Kupplung 16 ausgeschaltet ist. Während sie angeschaltet ist, sind der äußere Ring 2 und die Antriebswelle 4 miteinan der gekoppelt.

Fig. 11 zeigt die Kraftübertragungswelle 1 dieser Ausführungsform, die als Kupplungen für ein Hybridfahrzeug verwendet werden.

Normalerweise ist dieses Hybridfahrzeug durch den Verbrennungsmotor A alleine ange trieben. Während des Beschleunigens unterstützt der Motor B den Verbrennungsmotor A. Während des Bremsens wirkt der Motor B als ein Generator zur Energierückgewin nung.

In Fig. 11 wird die Antriebskraft von dem Verbrennungsmotor A zur Abtriebswelle (d. h. , das vordere Differential) durch das Getriebe übertragen. Die Kraftübertragungsvor richtung 1 der zweiten Ausführungsform ist zwischen dem Motor B mit einem Drehzahl reduzierer und der Abtriebswelle montiert. Diese Kraftübertragungsvorrichtung 1 ist der art angebracht, daß die Abtriebswelle durch den Motor B angetrieben werden kann, während die elektromagnetische Spule 16 ausgeschaltet ist (d. h., Einwegkupplungsbe triebszustand) und das Fahrzeug sich vorwärts bewegt.

Wie in dem Fahrdiagramm aus Fig. 12 dargestellt, sobald das Fahrzeug gestartet oder beschleunigt wird durch Betreiben des Motors B schneller als den Verbrennungsmotor A, greift die Kraftübertragungsvorrichtung 1 automatisch aufgrund ihrer Einwegkupp lungsfunktion, so daß das Fahrzeug unter der kombinierten Kraft des Verbrennungsmo tors A und des Motors B beschleunigt.

Auf der anderen Seite, während das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt, da die Belastung des Verbrennungsmotors niedrig ist, wird der Motor B angehal ten. Zu diesem Zeitpunkt läuft die Kraftübertragungsvorrichtung 1 frei, so daß der äuße re Ring 2 sich schneller dreht als die Antriebswelle 4.

Während das Fahrzeug bremst wird der Motor B als Ladegerät oder Energierückgewin nungseinrichtung verwendet. Für diesen Zweck, während das Fahrzeug abbremst, nachdem der Motor B mit der Abtriebswelle synchronisiert wurde, wird die elektroma gnetische Spule 16 der Kraftübertragungsvorrichtung 1 aktiviert, um die Kraftübertra gungsvorrichtung 1 zu sperren. Wenn der Motor B in diesem Zustand abgebremst wird, wird er durch die Fahrzeugantriebsräder angetrieben und beginnt dadurch Strom zu erzeugen, der in der Fahrzeugbatterie gespeichert wird.

Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 der zweiten Ausführungsform macht es möglich, die Leistung des Motors B der Abtriebswelle zuzuführen, wann immer es notwendig ist, un abhängig von ihrer Drehrichtung. Insbesondere, da die Schaltfeder 13 die Rollen 10 in einer Bereitstellungsposition an einem Ende der Nockenoberflächen 7 hält, kann die Motorleistung verwendet werden, um den Verbrennungsmotor zu unterstützen, ohne die Notwendigkeit, die elektromagnetische Spule 16 anzuschalten. Ebenso, während sich das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit vorwärts bewegt, wann immer keine Mo torunterstützung notwendig ist, kann der Motor von der Abtriebswelle abgekoppelt wer den.

(Dritte Ausführungsform)

Die Fig. 13A und 13B zeigen die Kraftübertragungsvorrichtung 1 der dritten Ausfüh rungsform, welche einen äußeren Ring 2 aufweist, der Nockenoberflächen 7 auf seiner inneren Umfangsoberfläche aufweist, und eine Antriebswelle 4 aufweist, die eine zylin drische Außenoberfläche 6 gegenüberliegend den Nockenoberflächen 7 aufweist. Bei dieser Ausführungsform greift die Schaltfeder 13 zwischen den Rückhalter 8 und den äußeren Ring 2, um die Rollen 10 zu einem Ende der Nockenoberflächen 7 zu drücken, um die Vorrichtung in einer Eingriffsbereitstellungsposition zu bringen.

Wie in Fig. 13B dargestellt, sind Blattfedern 25 vorzugsweise zwischen den Innenwän den der Taschen 9 des Rückhalters 9 und-den Rollen 10 angeordnet, um die Rollen 10 zu stabilisieren. Die gleichen Blattfedern 25 können auch in der Kraftübertragungsvor richtung 1 der ersten Ausführungsform verwendet werden.

Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 der dritten Ausführungsform funktioniert auf die glei che Weise und ist in einem Hybridfahrzeug in der gleichen Weise wie die Kraftübertra gungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform angebracht.

(Vierte Ausführungsform)

Fig. 14 und 15 zeigen eine Kraftübertragungsvorrichtung der vierten Ausführungs form, bei welcher die Eingriffelemente der Zweiwegekupplung Freiläufe 10a sind.

Wie in den Fig. 14A und 14B dargestellt, sind ein großer und ein kleiner Rückhalter 33 und 34 zwischen zylindrischen Oberflächen 31 und 32 der Antriebswelle 4 und des äußeren Rings 2 angeordnet. Die Freiläufe 10a sind in Taschen 35 und 36 aufgenom men, die in den Rückhaltern 33, 34 ausgebildet sind, um in jeder Richtung in Eingriff bringbar zu sein. Wenn die Freiläufe 10a durch die Rückhalter 33 und 34 geneigt wer den, sind sie in Eingriff bringbar mit der Antriebswelle 4 und dem äußeren Ring 2. Ein Vorteil der Freiläufe 10a ist, daß, verglichen mit den Rollen 10, die bei den beiden ersten bis dritten Ausführungsformen verwendet wurden, eine größere Anzahl von Freiläufen 10a in den gleichen Raum aufgenommen werden kann, so daß es möglich ist, das ma ximal mögliche Drehmoment zu erhöhen, wobei gleichzeitig die Vorrichtung kompakt bleibt.

Wie in Fig. 14A dargestellt, wird der Rückhalter 33 von kleinem Durchmesser gegen die Antriebswelle 4 durch eine Kegelfeder 37 drückt. Eine Feder 38 befindet sich in Ein griff zwischen den Rückhaltern 33 und 34 von großem Durchmesser und von kleinem Durchmesser, um gegen diese zu drücken, so daß ihre Taschen 35, 36 in einer Rich tung voneinander beabstandet werden, wobei die Freiläufe 10a geneigt werden, um eine Einwegkupplung zu bilden.

Der Rückhalter 34 von großem Durchmesser ist gleitend, jedoch relativ nicht drehbar mit dem Anker 21 gekoppelt. Die gleiche elektromagnetische Kupplung, wie sie bei den ersten bis dritten Ausführungsformen verwendet wurde, wird in dieser Ausführungsform verwendet.

In der vierten Ausführungsform, während die elektromagnetische Spule 16 ausgeschal tet ist, wird kein Reibungsdrehmoment zwischen dem Anker 21 und dem Rotor 18 er zeugt, so daß sie frei sind. Dadurch funktioniert die Vorrichtung als Einwegkupplung.

Wenn die elektromagnetische Spule 16 aktiviert ist, werden der Anker 21 und der Rotor 18 magnetisch gegeneinander gepreßt, so daß der äußere Ring 2 und der Rückhalter 34 von großem Durchmesser starr durch den Anker 21 und den Rotor 18 miteinander gekuppelt werden.

In diesem Zustand, wenn die Antriebswelle 4 und der äußere Ring 2 dazu neigen, sich relativ zueinander zu drehen, beginnen der Rückhalter 33 von kleinem Durchmesser und der Rückhalter 34 von großem Durchmesser damit sich relativ zueinander zu dre hen, so daß die Freiläufe 10a wie in Fig. 15 dargestellt in Eingriff gelangen, wodurch die Antriebswelle 4 und der äußere Ring 2 starr miteinander gekoppelt werden.

In den Ausführungsformen, die bislang beschrieben wurden, wird die Antriebswelle 4 als ein Antriebsbauteil verwendet. Jedoch kann der äußere Ring 2 statt dessen als ein An triebsbauteil verwendet werden. Solch eine Verwendung liegt innerhalb des Rahmens der Erfindung.

Die Anordnungen des Verbrennungsmotors A und des Motors B in diesen Ausführungs formen sind lediglich Beispiele, und verschiedene andere Variationen sind denkbar. Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 dieser Erfindung kann verwendet werden als eine Kupplung zum auswählbaren Übertragen verschiedener Arten von Leistungsausgängen gemäß der Anordnung des Verbrennungsmotors A und des Motors B.

Zum Beispiel zeigt Fig. 16 eine Anordnung für vierradgetriebene Fahrzeuge, bei wel chen der Verbrennungsmotor A die Vorderräder antreibt, während der Motor B die Hin terräder antreibt. Bei dieser Anordnung kann die Kraftübertragungsvorrichtung dieser Erfindung mit dem Abtrieb des Motors B gekoppelt sein.

Wie oben beschrieben, durch Anbringen der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung am Abtriebsstrang des Verbrennungsmotors oder des Motors eines Hybridfahrzeugs, kann die Antriebskraft leicht übertragen und abgeschnitten werden, einfach durch Anschalten und Ausschalten des Stroms des Elektromagnetens.

Verglichen mit einer elektromagnetischen Bremse, ist eine große Drehmomentübertra gung möglich, wobei die Größe kompakt gehalten wird, und das Gewicht klein ist. Eben so ist die Leistungsaufnahme gering und erzeugt weniger Wärme. Der Verschleiß ist extrem klein, so daß die Lebensdauer lang ist und die Zuverlässigkeit hoch ist. Auf diese Weise ist die Vorrichtung geeignet für das Übertragen und Trennen von Antriebskraft in einem Hybridfahrzeug.

Claims

1. Eine Kraftübertragungsvorrichtung zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug zum Übertragen und Trennen von Antriebskraft von einem Verbrennungsmotor oder einem Motor, wobei die Vorrichtung eine Zweiwegekupplung mit Eingriffse lementen aufweist, und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Zweiwege kupplung, um sie zu sperren und zu lösen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerungseinrichtung eine elektro magnetische Kupplung aufweist, die einen Elektromagneten und einen Anker aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zweiwegekupplung einen äußeren Ring, ein inneres Bauteil, das an dem äußeren Ring angebracht ist, wobei der äußere Ring und das innere Bauteil einander gegenüberliegende Oberflächen aufweisen, wobei eine der sich einander gegenüberliegenden Oberflächen des äußeren Rings und des inneren Bauteils mit einer zylindrischen Oberfläche aus gebildet ist, und die andere mit einer Vielzahl von Nockenoberflächen gegen überliegend der zylindrischen Oberfläche versehen ist, um keilartige Räume zwi schen ihnen zu bilden, einen Rückhalter, der zwischen den sich einander ge genüberliegenden Oberflächen des äußeren Rings und des inneren Bauteils an geordnet ist, und mit einer Vielzahl von Taschen versehen ist, wobei Rollen in je der der Taschen aufgenommen sind, um in Eingriff bringbar zu sein mit der zy lindrischen Oberfläche und den Nockenoberflächen, wenn der äußere Ring und das innere Bauteil sich relativ zueinander drehen, und einem elastischen Bauteil, das zwischen dem Rückhalter und dem äußeren Ring oder dem inneren Bauteil angebracht ist, zum Drücken der Rollen in eine neutrale, Nichteingriffsstellung.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bei der die Zweiwegekupplung einen äußeren Ring aufweist, ein inneres Bauteil, das in dem äußeren Ring angebracht ist, wobei der äußere Ring und das innere Bauteil sich einander gegenüberliegenden Oberflä chen aufweisen, wovon eine der sich einander gegenüberliegenden Oberflächen des äußeren Rings und des inneren Bauteils mit einer zylindrischen Oberfläche ausgebildet sind, und das andere mit einer Vielzahl von Nockenoberflächen ge genüberliegend der zylindrischen Oberfläche versehen ist, um keilförmige Zwi schenräume zwischen ihnen zu bilden, einem Rückhalter, der zwischen den sich einander gegenüberliegenden Oberflächen des äußeren Rings und des inneren Bauteils angeordnet ist, und mit einer Vielzahl von Taschen versehen ist, wobei Rollen in jeder der Taschen aufgenommen sind, um zwischen der zylindrischen Oberfläche und den Nockenoberflächen in Eingriff bringbar zu sein, wenn der äußere Ring und das innere Bauteil sich relativ zueinander drehen, und einem elastischen Bauteil, das zwischen dem Rückhalter und dem äußeren Ring oder dem inneren Bauteil angebracht ist, zum Aufbringen von Drehmoment in eine Richtung relativ zu dem äußeren Ring oder dem inneren Bauteil auf den Rück halter.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zweiwegekupplung einen äußeren Ring aufweist, der eine innere zylindrische Oberfläche aufweist, ein inneres Bauteil in dem äußeren Ring angebracht ist und eine äußere zylindrische Ober fläche gegenüberliegend der inneren zylindrischen Oberfläche aufweist, einem ersten Rückhalter und einem zweiten Rückhalter, der zwischen den äußeren und inneren zylindrischen Oberflächen angebracht ist, und eine Vielzahl von Taschen aufweist, die gegenüberliegend den Taschen des anderen Rückhalters angeord net sind, wovon einer der Rückhalter einen größeren Durchmesser als der ande re hat, Freiläufe die jeweils in einem Paar der sich einander gegenüberliegenden Taschen aufgenommen sind, um mit den inneren und äußeren zylindrischen Oberflächen des äußeren Rings und des inneren Bauteils in Eingriff bringbar zu sein, wenn die Rückhalter sich relativ zueinander drehen, wobei der zweite Rückhalter an dem inneren Bauteil befestigt ist, und einem elastischen Bauteil zum Aufbringen eines Drehmomentes, um die ersten und zweiten Rückhalter in sich einander gegenüberliegenden Richtungen gegeneinander zu drücken.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Steuerungseinrich tung einen Anker aufweist, der relativ nicht drehbar, jedoch axial beweglich mit dem Rückhalter oder einem der Rückhalter der Zweiwegekupplung gekoppelt ist, einem Reibungsbauteil, welches an dem inneren Bauteil oder dem äußeren Ring befestigt ist, und einem Elektromagneten zum Anziehen des Ankers.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 weiterhin mit Blattfedern, die in den Taschen zwischen den inneren Wänden der Taschen und dem Rückhalter und den Rollen oder den Freiläufen angeordnet sind.