JP2006194446A - トランスミッション装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】トランスミッション装置の所要の取付けスペースを半径方向に拡大せずに、高い出力の電気機械及び高い伝達能力を備えたシフト要素を電気機械の区域に有するトランスミッション装置を提供する。
【解決手段】トランスミッション入力軸２、トランスミッション出力軸３、複数のシフト要素７〜１３、１９、少なくとも１個の遊星歯車セット５、及び電気機械１４を有するトランスミッション装置において、シフト要素及び電気機械１４の作動に応じて所要の変速比がセットされる。電気機械は第１のシフト要素１２を介して第１の遊星歯車セット５の第１の軸と、第２のシフト要素１３を介して第１の遊星歯車セットの第２の軸１８と結合される。少なくとも第１又は第２のシフト要素はトランスミッション入力軸の軸方向に電気機械と並んで配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は請求項１の上位概念（おいて書き部分）で詳しく定義された種類のトランスミッション装置に関する。
車両の内燃機関の駆動軸と結合することができるトランスミッション入力軸を備えた上記類別に基づくトランスミッション装置、又は自動ギヤシフト式自動車トランスミッションがＤＥ１０１４０４２４Ａ１により公知である。また自動車トランスミッションは、少なくとも１個の車軸と結合可能なトランスミッション出力軸を有する。トランスミッション装置の機械式トランスミッションとして構成された部分は第１の遊星歯車セット、第２の遊星歯車セット、複数のシフト要素及び電気機械で構成され、電気機械はスタータ−発電機として及び／又はトランスミッションの回転数−変速比の無段階調整のため及び／又は車両の少なくとも部分的電気運転操作のために設けられている。そのために電気機械は２つの別のシフト要素により第１の遊星歯車セットの第１の軸又は第２の軸と結合することができる。
シフト要素が半径方向に電気機械と入力軸の間に位置決めされるように、２つの別のシフト要素と電気機械が駆動軸と同軸に配置されている点が不利である。自動車トランスミッションのために車中にある取付けスペースは限られているから、電気機械の最大出力と電気機械の内側に配置された別のシフト要素の最大利用可能な伝達能力が不都合に制限される。
独国特許出願公開公報ＤＥ１０１４０４２４Ａ１
そこで本発明の根底にあるのは、先行技術で周知の自動車トランスミッションと比較してトランスミッション装置の所要の取付けスペースを半径方向に拡大せずに、先行技術で周知の自動車トランスミッションと比較して高い出力の電気機械及び高い伝達能力を備えたシフト要素を電気機械の区域に有するトランスミッション装置を提供する課題である。
この課題は本発明に基づき請求項１の特徴を有するトランスミッション装置によって解決される。
トランスミッション入力軸、トランスミッション出力軸、複数のシフト要素、少なくとも２個の遊星歯車セット及び電気機械を有し、シフト要素及び電気機械の作動に応じて所要の変速比がトランスミッション装置でセットされ、電気機械が第１のシフト要素を介して第１の遊星歯車セットの第１の軸と、第２のシフト要素を介して第１の遊星歯車セット第２の軸と結合される本発明に基づくトランスミッション装置は、トランスミッション装置の所要の取付けスペースを半径方向にあまり増加せずに、電気機械の出力を先行技術で周知の自動車トランスミッションと比較してより大きく設計し、また第１のシフト要素と第２のシフト要素をそれぞれ在来の自動車トランスミッションと比較してより高い伝達能力で構成することを可能にする利点がある。
このことは、少なくとも第１のシフト要素又は第２のシフト要素をトランスミッション入力軸の軸方向に電気機械と並べて配置することによって達成される。少なくとも第１のシフト要素又は少なくとも第２のシフト要素の本発明に基づく配置の結果、第１のシフト要素だけ又は第２のシフト要素だけを電気機械とトランスミッション入力軸の間の区域の外で、トランスミッション入力軸の軸方向に電気機械と並べて位置決めしても、実際に周知の自動車トランスミッションと比較して、トランスミッション入力軸と電気機械の間に電気機械の寸法のために余分の取付けスペースが利用可能となる。今や電気機械が取り囲む半径方向区域の外に配置されるシフト要素が従来必要とした取付けスペースは、電気機械の半径方向区域の内側に残るシフト要素及び電気機械自体のために利用可能だからである。
発明のその他の利点と有利な改良は特許請求の範囲により、また図面を参照して原理に関して説明した実施例により明らかである。なお種々の実施例の説明で図示の便宜上同じ構造及び機能の部材は同じ参照符号を使用する。
図１に車両用、特に自動車用の自動ギヤシフト可能なトランスミッション装置１の歯車配置概要図を示す。トランスミッション装置１はとりわけ入力側がトーションダンパ３５と連動するトランスミッション入力軸２を具備し、トーションダンパ３５のトランスミッション入力軸２と反対の側にエンジン出力軸３６が設けられているから、トランスミッション入力軸２はトーションダンパ３５を介してエンジン出力軸３６と連動する。トランスミッション装置１の出力側はトランスミッション出力軸３で構成される。トランスミッション装置１の組立状態でトランスミッション出力軸３は車両の少なくとも１つの車軸と結合される。
トランスミッション入力軸２とトランスミッション出力軸３の間に複数のシフト要素７、８、９、１０、１１、１２及び１９、第１の遊星歯車セット５、第２の遊星歯車セット６並びに電気機械１４が設けられている。この場合簡単な遊星歯車セットとして構成された第１の遊星歯車セット５が、ラビニョー型遊星歯車セットとして構成された第２の遊星歯車セットに前置されている。
図１に例示したトランスミッション設計によって、例えば前進６速、後退１速の自動車多段オートマチックトランスミッションが構成され、トランスミッション制御装置の当該の操作状態に従って要求されるトランスミッション装置１の全変速比又は運転者側で要求するトランスミッション装置１の全変速比が、シフト要素７ないし１３及び１９並びに電気機械１４の作動に応じてセットされる。
種々の変速比を段階的に又は無段階で構成するために、トランスミッション装置１の第１の遊星歯車セット５とトランスミッション出力部の間の区域を、図１に示す仕方と異なる適当な形で構成することは、もちろん当業者の裁量による。またトランスミッション装置をトーションダンパなして構成することも可能である。
トランスミッション装置１を装備する車両が流体トルクコンバータなしで始動できるように、第１の遊星歯車セット５の太陽歯車７は太陽歯車軸１８を介して、ブレーキとして構成されたシフト要素１９と結合される。電気機械１４はこの場合スタータ及び発電装置として構成され、詳しく図示しない電子制御系及び蓄電池がこれに配属される。電気機械をトランスミッション装置１に組み込んだことで、トランスミッション装置１を装備する車両が「ニュートラル」の運転状態から発進することが可能である。
クラッチとして構成された第１のシフト要素１２及び同じくクラッチとして構成された第２のシフト要素１３が、トランスミッション入力軸２の軸方向に電気機械１４と第１の遊星歯車セット５の間に設けられ、これらのシフト要素によって締結状態で電気機械１４をそれぞれ第１の遊星歯車セット５のリングギヤ２０又は太陽歯車軸１８と連動させることができる。
この場合例えばトランスミッション入力軸２と連動する内燃機関の始動のために第２のシフト要素１３が締結され、電気機械１４が働かせる始動トルクが太陽歯車軸１８を経て第１の遊星歯車セット５に伝達される。こうして電気機械１４の始動トルクが増大されて、トランスミッション入力軸２に、そこから内燃機関のクランク軸に伝達される。
走行運転中に電気機械１４が太陽歯車軸１８に可変回転数で作用することにより、固定変速比の前進６速だけでなく、無段階可変の変速比を有する５つの前進レンジを選択することもできる。さらに走行運転中、特に制動操作時に電気機械によりエネルギー回生を行い、その時発電機として使用される電気機械によって発生された電気エネルギーを、電気機械１４に接続された詳しく図示しないエネルギー貯蔵装置に中間貯蔵することができる。
さらに本発明に基づくトランスミッション装置１を備えた車両によって、例えば市街地で車庫入れする時に、前進方向でも後退方向でも無放出の電気運転を行うことができる。
図１に示す第１のシフト要素１２及び第２のシフト要素１３の配列は、内燃機関の始動の後に第１のシフト要素１２を介して電気機械１４とトランスミッション入力軸２を結合することを可能にする。そこでトランスミッション入力軸２は内燃機関のエンジン出力軸３６と直結される。
トランスミッション装置１のこの操作状態で、運転者は希望に応じて、内燃機関が出力するトルクの増幅を利用することができ、いわゆるブースト操作が可能になるという利点がある。さらにトランスミッション装置１の部品をこのように接続することによって、電気機械１４の発電機操作時に車載電線網の持続的な給電が利用される。第１のシフト要素１２も第２のシフト要素１３も同時に締結すれば、第１の遊星歯車セット５がロックされるから、第１の遊星歯車セット５と第２の遊星歯車セット６の組合せによって２つの補助前進段と１つの補助後退段を連結することができる。
第１の遊星歯車セット５のリングギヤ２０はリングギヤ軸２１を介してトランスミッション入力軸２と常時結合される。第１の遊星歯車セットの遊星歯車２２はプラネットキャリア２３と結合され、一方、プラネットキャリア２３はシフト要素７、８及び９を介して第２の遊星歯車セットと結合し、又はブレーキとして構成されたシフト要素１１によりトランスミッション装置１のハウジング３４にロックすることができる。
第２の遊星歯車セット６はおおむね第１の太陽歯車２４及び第２の太陽歯車２５からなり、これらの太陽歯車は第１の太陽歯車軸２６及び第２の太陽歯車軸２７を介して第１の遊星歯車セット５と結合され、又はブレーキ１１によりハウジング３４にロックされる。第１の遊星歯車２８のセットは第２の遊星歯車セット６の第１のプラネットキャリア３０に支承され、第１の遊星歯車セット６はブレーキ１０によりハウジング３４にロックされる。第１のプラネットキャリア２８も第２の遊星歯車２９も、第２のプラネットキャリア３１及び中間軸３２を介して第１の遊星歯車セット５と結合される。第２の遊星歯車セット６のリングギヤ３３はトランスミッション装置１のトランスミッション出力軸３に直結される。
図１で詳しく説明した区域Ｘを、トランスミッション装置１の種々の実施例のごく概要を表した詳細図として図２ないし図８に示す。この場合種々の実施例が相違するのは、おおむね電気機械１４に対する第１のシフト要素及び第２のシフト要素の配置である。
電気機械１４に対する第１のシフト要素１２及び第２のシフト要素１３の図２に示す配置は、図１に示したトランスミッション装置１に相当する。この場合２つのシフト要素１２及び１３はトランスミッション入力側にあって、電気機械１４のトーションダンパ３５又はトランスミッション入力部と反対の側で、トランスミッション入力軸２の軸方向に電気機械１４と並んで、即ち電気機械１４と第１の遊星歯車セット５の間に軸方向に並列して配置されている。
こうしてシフト要素１２及び１３はＤＥ１０１４０４２４Ａ１で周知の自動車トランスミッションと比較して、電気機械１４とトランスミッション入力軸２の間の半径方向区域から出て、電気機械１４と並んで位置決めされているから、第１のシフト要素１２及び第２のシフト要素１３を電気機械１４とトランスミッション入力軸２の間に配置するために従来必要であった取付けスペースが今や電気機械１４のために利用される。このため本発明に基づく図１のトランスミッション装置１は、トランスミッション装置１のハウジング３４の半径方向寸法を先行技術で周知の自動車トランスミッションと比較してあまり変えずに、大きな出力で構成された電気機械１４を設けることができる。
またトランスミッション装置２の軸方向に電気機械１４と第１の遊星歯車セット５の間に並列して配置された第１のシフト要素１２も第２のシフト要素１３も、先行技術で周知の自動車トランスミッションと比較して、大きな外径で構成することができる。その結果、シフト要素１２及び１３がディスククラッチとして構成されている場合は、今や外径が大きいため同じ伝達能力を得るのに少数のディスクで済むから、同時に２つのシフト要素１２及び１３の小さな軸方向取付けスペースで、トランスミッション装置１の操作に必要な伝達能力が得られる。
さらに第１のシフト要素１２及び第２のシフト要素１３を湿式クラッチとして形成した場合は、電気機械１４と２つのシフト要素１２及び１３の間の区域でトランスミッション装置のいわゆる湿潤域とトランスミッション装置１のいわゆる乾燥域を簡単に分離することが可能である。こうして２つのシフト要素１２及び１３とトランスミッション装置１の残りの区域は電気機械及びトーションダンパ３５に対して、簡単なハウジング構造により、またトランスミッション装置１の乾燥域に配置された残りの部材に対するごく僅かな密封費用で分離される。
トランスミッション装置の別の有利な実施態様で、図２に示す配列と異なり当該の応用例に応じて第１のシフト要素１２及び第２のシフト要素１３を逆の順序で、即ちトランスミッション入力軸２の軸方向にトーションダンパ３５の電気機械１４と反対の側で第２のシフト要素１３を電気機械１４とシフト要素１２の間に位置決めすることは、もちろん当業者の裁量による。
図３は本発明に基づくトランスミッション装置１の図２に示した実施例の代替実施形態を示す。この第２の実施形態では第１のシフト要素１２と第２のシフト要素１３が図１及び図２に示した実施例と同様に、電気機械１４と第１の遊星歯車セット５の間に配置されている。しかし２つのシフト要素１２及び１３は互いに同軸に配置され、第２のシフト要素１３は半径方向に第１のシフト要素１２とトランスミッション入力軸２の間に位置決めされている。これと異なり、第２のシフト要素１３に対する第１のシフト要素１２の配置を当該の応用例に応じて逆転し、第１のシフト要素１２を半径方向に第２のシフト要素１３とトランスミッション入力軸２の間に配置することも可能である。
トランスミッション装置１の図３に示す実施形態は、第１のシフト要素１２と第２のシフト要素１３が並列するのではなく、トランスミッション装置１の半径方向に内外に重なり合って電気機械１４と第１の遊星歯車セット５の間に位置決めされているから、図１及び２に示したトランスミッション装置１の実施形態と比較して軸方向に小さな取付けスペースを有する。
図４はトランスミッション装置１の第３の実施形態の区域Ｘを示す。この場合第１のシフト要素１２が第２のシフト要素１３と同軸に、かつ半径方向に第２のシフト要素１３とトランスミッション入力軸２の間に配置されている。さらに２つのシフト要素１２及び１３は電気機械１４のトーションダンパ３５に面した側で電気機械１４とトーションバー３５の間に位置決めされている。特に２つのシフト要素１２及び１３が乾式クラッチとして構成された場合に、２つのシフト要素１２及び１３のこの配列が適当である。なぜならその場合シフト要素１２及び１３をトーションダンパ３５及び電気機械１４と共にトランスミッション装置１の乾燥域に簡単に配置することができ、トランスミッション装置１の湿潤域に対して簡単なハウジング構造と僅かな密封費用で分離できるからである。
さらに、図４に示したトランスミッション装置１の実施形態は図３に示したトランスミッション装置１の第２の実施形態と同様に、図１及び図２に示したトランスミッション装置１の実施例と比較して、２つのシフト要素１２及び１３が半径方向に内外に重なり合って配置されているので、トランスミッション装置２の軸方向に小さな取付けスペースを有する。
第１のシフト要素１２が当該の応用例に応じて第２のシフト要素１３より高い伝達能力で構成されている場合は、もちろん図４の実施形態でも第２のシフト要素１３を半径方向に第１のシフト要素１２とトランスミッション入力軸２の間に位置決めすることが可能である。これは、他方のシフト要素を半径方向に取り囲むシフト要素は同じ軸方向全長で外径が大きいため、一般に内側のシフト要素より高い伝達能力を有することによるものである。
本発明に基づくトランスミッション装置の第４の実施例の区域Ｘを図５に示す。この場合は２つのシフト要素１２又は１３の一方がトランスミッション入力軸２の軸方向にトーションダンパ３５と電気機械１４の間にも、電気機械１４と第１の遊星歯車セット５の間にも位置決めされている。トランスミッション装置１のこの実施態様は、例えば２つのシフト要素１２又は１３の一方が乾式クラッチとして構成され、他方のシフト要素１３又は１２が湿式クラッチとして構成されている場合に好都合である。この場合もトランスミッション装置１の乾燥域とトランスミッション装置１の湿潤域の間の分離面を電気機械１４と、湿式クラッチとして構成されたシフト要素１２又は１３との間の区域で簡単に実現することができる。
図６は本発明に基づくトランスミッション装置１の第５の実施形態の区域Ｘを示す。この場合は図４の実施例のように２つのシフト要素１２及び１３がトーションダンパ３５と電気機械１４の間に配置されている。図４の実施例と異なり、２つのシフト要素１２及び１３はトランスミッション入力軸２の軸方向に並列して配置されているから、図６のトランスミッション装置１は図４の構造より軸方向に大きな取付けスペースを有する。他方では、図６のトランスミッション装置１の実施例では２つのシフト要素１２及び１３が同じ外径で構成されているから、同様な伝達能力を持つ２つのシフト要素１２、１３を利用することができる。
図７及び図８に示す実施例ではシフト要素１２又は１３のそれぞれ一方が電気機械１４と同軸に、かつ電気機械１４とトランスミッション入力軸２の間に配置されている。他方のシフト要素１３又は１２はトランスミッション入力軸２の軸方向に電気機械１４と並んで位置決めされ、図７の実施例ではシフト要素１３又は１２が電気機械１４と第１の遊星歯車セット５の間に、図８のトランスミッション装置１の第７の実施例ではトーションダンパ３５と電気機械１４の間に配置されている。
自動車で利用可能な取付けスペースはトランスミッション装置１の軸方向に限られており、２つのシフト要素１２又は１３の一方が他方のシフト要素１３又は１２よりはるかに大きなトルクを伝達しなければならないため、大きな伝達能力を備えたシフト要素１２又は１３が軸方向に電気機械１４と並んで配置され、低い伝達能力で構成されるシフト要素１３又は１２が小さな直径で電気機械１４の内側に位置決めされている場合に、これらの２つの実施例が適している。
本発明に基づいて構成されたトランスミッション装置の歯車配列図を示す。 図１で詳しく説明した区域Ｘの概略図を示す。 第１のシフト要素と第２のシフト要素が半径方向に内外に重なり合って配置され、電気機械と第１の遊星歯車セットの間に位置決めされた図２の区域Ｘに相当する図を示す。 半径方向に内外に重なり合って配置された２つのシフト要素が電気機械のトランスミッション入力部と反対の側に配置された、図１の区域Ｘの、図３に相当する図を示す。 ２つのシフト要素のそれぞれ一方が電気機械のトランスミッション入力部に面した側にも、トランスミッション入力部の反対側にも配置された図１の区域Ｘの概略図を示す。 ２つのシフト要素が電気機械のトランスミッション入力部に面した側に配置されている、図１のトランスミッション装置の本発明に基づく別の実施例の区域Ｘを示す。 シフト要素の１つがトランスミッション入力部の電気機械と反対の側に配置され、第２のシフト要素が電気機械と同軸に、かつ半径方向に電気機械とトランスミッション入力軸の間に位置決めされている、本発明に基づくトランスミッション装置の別の実施形態の、図１で詳しく説明した区域Ｘを示す。 第１のシフト要素がトランスミッション入力部に面した側に配置され、第２のシフト要素が電気機械と同軸に、かつ半径方向に電気機械とトランスミッション入力軸の間に位置決めされた、図７に示したトランスミッション装置の代替実施形態の区域Ｘの概略図を示す。
符号の説明
１ トランスミッション装置
２ トランスミッション入力軸
３ トランスミッション出力軸
５ 第１の遊星歯車セット
６ 第２の遊星歯車セット
７、８、９、１０、１１ シフト要素
１２ 第１のシフト要素
１３ 第２のシフト要素
１４ 電気機械
１７ 太陽歯車
１８ 太陽歯車軸
１９ シフト要素
２０ リングギヤ
２１ リングギヤ軸
２２ プラネットキャリア
２３ プラネットキャリア
２４ 第１の太陽歯車
２５ 第２の太陽歯車
２６ 第１の太陽歯車軸
２７ 第２の太陽歯車軸
２８ 第１の遊星歯車
２９ 第２の遊星歯車
３０ 第１のプラネットキャリア
３１ 第２のプラネットキャリア
３２ 中間軸
３３ リングギヤ
３４ ハウジング
３５ トーションダンパ
３６ エンジン出力軸

Claims (10)

  1. トランスミッション入力軸（２）、トランスミッション出力軸（３）、複数のシフト要素（７、８、９、１０、１１、１２、１３、１９）、少なくとも１個の遊星歯車セット（５）及び電気機械（１４）を有し、シフト要素（７ないし１３、１９）及び電気機械（１４）の作動に応じて所要の変速比がセットされ、電気機械（１４）が第１のシフト要素（１２）を介して第１の遊星歯車セット（５）の第１の軸（２１）と、第２のシフト要素（１３）を介して第１の遊星歯車セット（５）の第２の軸（１８）と結合されるトランスミッション装置（１）において、
    少なくとも第１のシフト要素（１２）又は第２のシフト要素（１３）がトランスミッション入力軸の軸方向に電気機械（１４）と並んで配置されていることを特徴とするトランスミッション装置。
  2. 第１のシフト要素（１２）がトランスミッション入力部に関してトランスミッション入力軸（２）の軸方向にトランスミッション入力部と電気機械（１４）の間又は電気機械（１４）と第１の遊星歯車セット（５）の間に位置決めされ、一方、第２のシフト要素（１３）は電気機械（１４）と同軸に、かつ半径方向に電気機械（１４）とトランスミッション入力軸（２）の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトランスミッション装置。
  3. 第１のシフト要素（１２）も第２のシフト要素（１３）もトランスミッション入力軸（２）の軸方向に電気機械（１４）と並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトランスミッション装置。
  4. 第１のシフト要素（１２）及び第２のシフト要素（１３）がトランスミッション入力部に関してトランスミッション入力軸（２）の軸方向に電気機械（１４）と並んで配置されていることを特徴とする請求項３に記載のトランスミッション装置。
  5. 第１のシフト要素（１２）及び第２のシフト要素（１３）がトランスミッション入力部に関してトランスミッション入力軸（２）の軸方向に電気機械（１４）と第１の遊星歯車セット（５）の間に位置決めされていることを特徴とする請求項３に記載のトランスミッション装置。
  6. 第１のシフト要素（１２）がトランスミッション入力軸（２）の軸方向にトランスミッション入力部と電気機械（１４）の間に配置され、第２のシフト要素（１３）が電気機械（１４）と第１の遊星歯車セット（５）の間に位置決めされていることを特徴とする請求項３に記載のトランスミッション装置。
  7. ２つのシフト要素（１２、１３）がトランスミッション入力軸（２）の軸方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載のトランスミッション装置。
  8. 第１のシフト要素（１２）が第２のシフト要素（１３）と同軸に配置され、かつ半径方向にトランスミッション入力軸（２）と第２のシフト要素（１３）の間に位置決めされていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載のトランスミッション装置。
  9. 第２のシフト要素（１３）が第１のシフト要素（１２）と同軸に位置決めされ、かつ半径方向にトランスミッション入力軸（２）と第１のシフト要素（１２）の間に配置されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載のトランスミッション装置。
  10. とりわけラビニョー型遊星歯車セットとして構成された少なくとも１個の第２の遊星歯車セット（６）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のトランスミッション装置。
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