JP2005513380A - 多段変速機 - Google Patents

Abstract

遊星歯車形式の多段変速機であって、ハウジング内に配置された駆動軸（１）並びに被動軸（２）と、３つの単一ウエブ遊星歯車組（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）と、６つの回転軸（１、２、３、４、５、６）と、ブレーキ及びクラッチから成る６つのシフト要素（０３、０４、０５、１４、１６、４５、５６）とを備えており、選択的に対をなすブレーキ及びクラッチの作用が駆動軸（１）と被動軸（２）との間に種々の変速比を生じ、これにより７つの前進段及び２つの後進段を実現する。駆動が第１の遊星歯車組（Ｐ１）の太陽歯車に直接に結合された回転軸（１）によってなされ、被動が第２の遊星歯車組（Ｐ２）のウエブに結合された回転軸（２）を介してなされ、第３の回転軸（３）が常に第２の遊星歯車組（Ｐ２）の太陽歯車と第３の遊星歯車組（Ｐ３）の太陽歯車とに結合されており、第４の回転軸（４）が常に第１の遊星歯車組（Ｐ１）のウエブを第３の遊星歯車組（Ｐ３）の内歯車に結合しており、第５の回転軸（５）が常に第１の遊星歯車組（Ｐ１）の内歯車に結合されており、第６の回転軸（６）が常に第３の遊星歯車組（Ｐ３）のウエブを第２の遊星歯車組（Ｐ２）の内歯車に結合している。遊星歯車組（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）は回転軸（１、２、３、４、５、６）及びシフト要素（０３、０４、０５、１４、１６、５６）に連結されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に示す自動車用の遊星歯車形式の多段変速機、特に自動変速機に関する。

特に自動車用の自動変速機は公知技術によれば遊星歯車組を備えており、この遊星歯車組はクラッチ並びにブレーキのような摩擦もしくはシフト要素を介して切り替えられ、すべり作用を伴って流体トルクコンバータ又は流体クラッチのようなロックアップクラッチを有する発進要素に結合されているのが通例である。

この種の変速機は例えばＥＰ−０４３４５２５Ａ１号明細書によって知られている。この変速機は主として互いに平行に配置された駆動軸及び被動軸、被動軸に対して同心的に配置された複式遊星歯車組、３つのクラッチ及び２つのブレーキの形の計５つのシフト要素を備えており、シフト要素の選択的な締結がそのつど対をなして駆動軸と被動軸との間の種々な変速段シフトを行う。

さらに、本願出願人のＤＥ−１９９４９５０７Ａ１号明細書によって知られる多段変速機の場合、駆動軸に２つの切り替えられない直列歯車組が設けられている。これらの直列歯車組は出力側で２つの回転数を発生し、これらの回転数は駆動軸の回転数と並んで選択的に、被動軸へ作用する切り替え可能な１つの複式遊星歯車組へ複数のシフト要素の選択的な締結により切り替えられ、これにより、１つの変速段から次に続く高速又は低速の変速段へ切り替えるのに両方操作されるシフト要素の内の単に一方のみが締結もしくは解除されればよい。

なお、上述のＥＰ−０４３４５２５Ａ１号明細書中に開示されている多段変速機の例は、ハウジング内に配置された駆動軸及び被動軸、被動軸に対して同心的であって第１から第４までの回転数順序を示す４つの要素から成る遊星歯車組、即ちいわゆる複式遊星歯車組、並びに、５つのシフト要素、即ち３つのクラッチ及び２つのブレーキを備えている。シフト要素の選択的に対をなす作用が駆動軸と被動軸との間の種々の変速比を決めるが、その際、変速機が２つの出力経路を有しており、その結果、５つのシフト要素の選択的に対をなす作用によって６つの前進段が得られる。

ＤＥ−１９９１０２９９Ｃ１号明細書によって知られる３つの分割変速機を備えた遊星歯車式変速機の場合、入力軸が３つの遊星歯車式分割変速機のうちの少なくとも１つによって出力軸と駆動接続される。この公知の遊星歯車式変速機の場合にはまずそのつど３つの摩擦接続式のクラッチ及びブレーキを使って所定の変速比の直結段を含む５つの前進段が切り替えられる。

この公知の遊星歯車式変速機の場合、３つの分割変速機のうちの２つの間の特定の駆動接続を遮断することによって付加的な第６の前進段を設けることができる。このことは別の実施形式によれば、付加的な副遊星歯車と、この副遊星歯車にかみ合う付加的な外側の副中心歯車、それも付加的なブレーキによって第６の前進段において制止される副中心歯車とによって、可能になる。この副中心歯車によれば、別の実施形式の場合さらに第７の前進段並びに付加的な後進段が可能になる。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の多段変速機において、構造費を最適にし、加えて主要変速段における効率をドラッギング損失並びにかみ合い損失の点で改良することである。

この課題を本発明は請求項１中の特徴概念に示す構成によって解決した。個々の利点及び有利な実施態様については請求項２以降に示す通りである。

本発明が対象とする遊星歯車形式の多段変速機はハウジング内に配置された駆動軸並びに被動軸を備えている。さらに、３つの単一ウエブ遊星歯車組と、６つの回転軸と、ブレーキ及びクラッチから成る６つのシフト要素とを備えており、選択的に対をなすブレーキ及びクラッチの作用が駆動軸と被動軸との間に種々の変速比を生じ、これにより７つの前進段及び２つの後進段を実現する。

このような多段変速機の場合に、本発明によれば、駆動が第１の遊星歯車組の太陽歯車に直接に結合された回転軸によってなされ、被動が第２の遊星歯車組のウエブに結合された回転軸を介してなされる。さらに本発明による多段変速機の場合、別の回転軸が常に第２の遊星歯車組の太陽歯車と第３の遊星歯車組の太陽歯車とに結合されており、さらに別の回転軸が常に第１の遊星歯車組のウエブを第３の遊星歯車組の内歯車に結合しており、さらに別の回転軸が常に第１の遊星歯車組の内歯車に結合されており、さらに別の回転軸が常に第３の遊星歯車組のウエブを第２の遊星歯車組の内歯車に結合しており、この場合遊星歯車組は回転軸及びシフト要素に連結されている。

多段変速機のこのような本発明の構成によれば、好適な変速比並びに多段変速機の総拡張の著しい向上が得られ、従って走行快適性の改善及び明白な消耗低減を生ずる。

本発明による多段変速機はどのような自動車にも適用され、特に乗用車用として、並びに例えば貨物自動車、バス、建設車両、鉄道車両、無限軌道車等のような実用車用として適している。

加えて本発明による多段変速機の場合、特に３つのクラッチ及び３つのブレーキという少ない数のシフト要素によって構造費も著しく低減される。本発明による多段変速機の使用によって、流体コンバータ、外部の発進クラッチ又はその他の適宜の外部の発進要素による発進を行うことも可能である。また、変速機内に一体に組み付けられた発進要素を使った発進過程を実現することも可能である。その場合には第１変速段と複数の後進段とにおいて操作されるシフト要素が適する。

さらに、本発明による多段変速機の場合、ドラッギング損失及びかみ合い損失に関して主要変速段での良好な効率が得られる。

さらに、多段変速機のシフト要素内並びに遊星歯車組内におけるモーメントが小さく、従って多段変速機における摩耗が効果的に低減される、また、小さなモーメントによって相応に小さな寸法に設計することが可能になり、従って所要の構造スペース並びにコストも低減されることになる。加えて回転軸、シフト要素及び遊星歯車組においても相応に小さな回転数になる。

さらに、本発明による多段変速機は、力伝達方向の点でもスペース上の観点でも種々の動力伝達系構成への適応を可能にするというコンセプトを有している。

次に、図面に示す実施の形態に従って本発明を詳述する。

図１にはハウジング内に配置された駆動軸１（Ａｎ）及び被動軸２（Ａｂ）を備えた本発明による多段変速機が示されている。特に減速遊星歯車組である３つの遊星歯車組Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３も示されている。

図１から図３までによって理解されるように、６つのシフト要素が設けられているだけである。図１に示す実施の形態の場合、３つのブレーキ０３、０４、０５並びに３つのクラッチ１４、１６、５６が設けられている。図２に示す第２の実施の形態の場合、ブレーキ０３、０４、０５並びにクラッチ４５、１６、５６が設けられている。

両実施の形態に設けられているシフト要素によって７つの前進段及び２つの後進段の選択切り替えを実施することができる。この本発明による多段変速機は合計６つの回転軸、即ち回転軸１、２、３、４、５、６を備えている。

本発明によれば、多段変速機の図示の両方の実施の形態の場合、駆動が第１の遊星歯車組Ｐ１の太陽歯車に直接に結合された回転軸１によってなされ、被動が第２の遊星歯車組Ｐ２のウエブに結合された回転軸２を介してなされる。さらに、別の回転軸３が常に第２の遊星歯車組Ｐ２の太陽歯車と第３の遊星歯車組Ｐ３の太陽歯車とに結合されており、回転軸４が常に第１の遊星歯車組Ｐ１のウエブを第３の遊星歯車組Ｐ３の内歯車に結合している。さらに、別の回転軸５が常に第１の遊星歯車組Ｐ１の内歯車に結合されている。回転軸６は常に第３の遊星歯車組Ｐ３のウエブを第２の遊星歯車組Ｐ２の内歯車に結合している。

図１及び図２に示す両方の実施の形態の場合、回転軸３はブレーキ０３によって、回転軸４はブレーキ０４によって、回転軸５はブレーキ０５によってハウジングに接続可能である。クラッチ１６は回転軸１と回転軸６とを解除可能に互いに接続している。回転軸５及び回転軸６はクラッチ５６を介して解除可能に互いに接続されている。

本発明による多段変速機の図１に示す第１の実施の形態の場合、付加的にクラッチ１４によって回転軸１と回転軸４とが互いに解除可能に接続される。これと異なり、図２に示す第２の実施の形態の場合、回転軸４と回転軸５とがクラッチ４５によって互いに解除可能に接続される。

図３には両方の実施の形態に適用される本発明の多段変速機のシフトダイヤグラムが示されている。相違点として、図１の第１の実施の形態についてはクラッチ１４が、図２の第２の実施の形態についてはクラッチ４５がそれぞれ残る両方のクラッチ１６、５６と並んで記されている。

図３に示す本発明の多段変速機のシフトダイヤフラムからは例として個々の変速段のそれぞれの変速比ｉ及びこれによって決められるオーバードライブ係数ψを読み取ることができる。さらにこのシフトダイヤグラムから読み取れる点として、順次のシフト形式の場合に二重シフトが防止される。というのは、隣接する２つの変速段がそのつど１つのシフト要素を共通に使用するからである。加えてこの図３のシフトダイヤグラムから読み取れる点として、第１変速段と第４変速段との間並びに第４変速段と第７変速段との間での任意のシフトの際にそのつど単に１つのシフト要素を付加的に操作する必要がある。

第１変速段と第４変速段との間でのシフト過程の際にそのつどブレーキ０３が働くことになる。この場合に、第１変速段ではブレーキ０５が、第２変速段ではクラッチ５６が、第３変速段では第１の実施の形態の場合クラッチ１４又は第２の実施の形態の場合クラッチ４５が、第４変速段ではクラッチ１６が付加的に働くことになる。

第４変速段と第７変速段との間でのシフト過程の際にはクラッチ１６がそのつど働くことになり、付加的に第５変速段では第１の実施の形態の場合クラッチ１４又は第２の実施の形態の場合クラッチ４５が働くことになり、第６変速段ではブレーキ０５が、第７変速段ではブレーキ０４がそれぞれ働くことになる。第１後進段ではシフト要素としてブレーキ０５とクラッチ５６とが働き、その際、第２後進段ではブレーキ０４とクラッチ５６とが働く。

本発明の場合、多段変速機の適宜などの個所にも、例えば１つの回転軸とハウジングとの間に、又は１つの回転軸の遮断及び接続のために、付加的なフリーホイーリング機構を設けることが可能である。

さらに、本発明の構造形式によれば、駆動部及び被動部を特に横置き、フロント、縦置き、リヤ縦置き又は全輪用として変速機もしくはハウジングの同じ側に配置することが可能である。駆動側には車軸間差動装置又は車輪間差動装置を配置することもできる。

有利な実施態様として、駆動軸を１つのクラッチ要素によって原動機から必要により遮断することもでき、その際にはクラッチ要素として流体コンバータ、流体クラッチ、乾式発進クラッチ、湿式発進クラッチ、電磁パウダークラッチ又は遠心クラッチを使用することができる。また、この種の発進要素を力伝達方向で変速機の下流側に配置することも可能であり、その際には駆動軸が常時原動機のクランク軸に結合されている。発進は本発明の場合変速機の１つのシフト要素を介して行うこともできる。シフト要素として有利にブレーキ０３、ブレーキ０４又はブレーキ０５を利用することができる。

本発明の多段変速機の場合さらに原動機と変速機との間にねじり振動ダンパを配置することが可能である。

本発明の図示してない別の実施態様においては、どの回転軸にも、とりわけ駆動軸１又は被動軸２に、例えば流体式又は電気式のリターダ又は類似の耐摩耗性のブレーキ装置を配置することができ、このことは特に貨物自動車への採用にとって特に有意義である。さらに、付加的な機器の駆動のためにどの回転軸にも、とりわけ駆動軸１又は被動軸２に副被動部を設けることができる。

使用されるシフト要素は付加切り替え式のクラッチ又はブレーキとして構成するとよい。特に摩擦接続式のクラッチ又はブレーキ、例えば多板クラッチ、バンドブレーキ及び円錐クラッチ又はそのいずれかを使用することができる。さらに、シフト要素としてかみ合い接続式のブレーキ及びクラッチ又はそのいずれか、例えば同期機構又はドグクラッチを使用することができる。

以上述べた多段変速機のその他の利点として、どの回転軸にも発電機並びに付加的な駆動機器として又はそのいずれかとして電気機器を配置することが可能である。

本発明の多段変速機の第１の実施の形態を示す概念図。 本発明の多段変速機の第２の実施の形態を示す概念図。 図１及び図２に示す本発明の多段変速機のシフトダイヤグラム。

符号の説明

１ 回転軸
２ 回転軸
３ 回転軸
４ 回転軸
５ 回転軸
６ 回転軸
０３ ブレーキ
０４ ブレーキ
０５ ブレーキ
１４ クラッチ
１６ クラッチ
４５ クラッチ
５６ クラッチ
Ｐ１ 遊星歯車組
Ｐ２ 遊星歯車組
Ｐ３ 遊星歯車組
Ａｎ 駆動部
Ａｂ 被動部
ｉ 変速比
ψ オーバードライブ係数

Claims (19)

1. 遊星歯車形式の多段変速機、特に自動車用の自動変速機であって、ハウジング内に配置された駆動軸（１）並びに被動軸（２）と、３つの単一ウエブ遊星歯車組（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）と、６つの回転軸（１、２、３、４、５、６）と、ブレーキ及びクラッチから成る６つのシフト要素（０３、０４、０５、１４、１６、４５、５６）とを備えており、選択的に対をなすブレーキ及びクラッチの作用が駆動軸（１）と被動軸（２）との間に種々の変速比を生じ、これにより７つの前進段及び２つの後進段を実現する形式のものにおいて、駆動が第１の遊星歯車組（Ｐ１）の太陽歯車に直接に結合された回転軸（１）によってなされ、被動が第２の遊星歯車組（Ｐ２）のウエブに結合された回転軸（２）を介してなされ、第３の回転軸（３）が常に第２の遊星歯車組（Ｐ２）の太陽歯車と第３の遊星歯車組（Ｐ３）の太陽歯車とに結合されており、第４の回転軸（４）が常に第１の遊星歯車組（Ｐ１）のウエブを第３の遊星歯車組（Ｐ３）の内歯車に結合しており、第５の回転軸（５）が常に第１の遊星歯車組（Ｐ１）の内歯車に結合されており、第６の回転軸（６）が常に第３の遊星歯車組（Ｐ３）のウエブを第２の遊星歯車組（Ｐ２）の内歯車に結合しており、この場合に、回転軸（３）はブレーキ（０３）によってハウジングに接続可能であり、回転軸（４）はブレーキ（０４）によってハウジングに接続可能であり、回転軸（５）はブレーキ（０５）によってハウジングに接続可能であり、クラッチ（１６）が回転軸（１）と回転軸（６）とを解除可能に互いに接続しており、クラッチ（５６）が回転軸（５）と回転軸（６）とを解除可能に互いに接続しており、この場合に、クラッチ（１４）が回転軸（１）と回転軸（４）とを、又はクラッチ（４５）が回転軸（４）と回転軸（５）とをそれぞれ解除可能に互いに接続していることを特徴とする、多段変速機。
2. 遊星歯車組（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）は減速遊星歯車組として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の多段変速機。
3. 適宜な個所に付加的なフリーホイーリング機構を装備可能であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の多段変速機。
4. フリーホイーリング機構は回転軸とハウジングとの間に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の多段変速機。
5. 駆動部及び被動部の両方がハウジングの同じ側へ配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の多段変速機。
6. 駆動側又は被動側に車軸間差動装置及び車輪間差動装置又はその一方が配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の多段変速機。
7. 駆動軸（１）はクラッチ要素によって原動機から遮断可能であることを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の多段変速機。
8. クラッチ要素として流体トルクコンバータ、流体クラッチ、乾式発進クラッチ、湿式発進クラッチ、電磁パウダークラッチ又は遠心クラッチが設けられていることを特徴とする、請求項７に記載の多段変速機。
9. 力伝達方向で変速機の下流側に、特に請求項８による外部の発進要素が配置されていて、駆動軸（１）は原動機のクランク軸に固定結合されていることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の多段変速機。
10. 発進が変速機の１つのシフト要素を介してなされ、駆動軸（１）は常に原動機のクランク軸に結合されていることを特徴とする、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の多段変速機。
11. シフト要素としてブレーキ（０３）、ブレーキ（０４）又はブレーキ（０５）が使用可能であることを特徴とする、請求項１０に記載の多段変速機。
12. 原動機と変速機との間にねじり振動ダンパが配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の多段変速機。
13. 各回転軸上に耐摩耗性のブレーキを配置可能であることを特徴とする、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の多段変速機。
14. 付加的な機器の駆動のために各回転軸上に副被動部を配置可能であることを特徴とする、請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の多段変速機。
15. 副被動部は駆動軸（１）上又は被動軸（２）上に配置されていることを特徴とする、請求項１４に記載の多段変速機。
16. シフト要素は負荷切り替え式のクラッチ又はブレーキとして構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の多段変速機。
17. 多板クラッチ、バンドブレーキ及び円錐クラッチ又はそのいずれかを使用可能であることを特徴とする、請求項１６に記載の多段変速機。
18. シフト要素としてかみ合い式のブレーキ及びクラッチ又はそのいずれかが設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載の多段変速機。
19. 各回転軸上に発電機及び付加的な駆動機器として又はそのいずれかとして電気機械を配置可能であることを特徴とする、請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載の多段変速機。

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