JP2012017097A - ハイブリッド型自動車用の変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純でコストのかからない変速装置を提供する
【解決手段】ハイブリッド型自動車用の変速装置は、切断継手３８を介して熱機関１０に連結された一次変速軸３４を有し、一次変速軸３４は、車輌の車軸２０及び電気機械１２に連結された二次変速軸３６に保持された少なくとも２つの二次歯車５４，５６と協働する少なくとも２つの一次歯車５０，５２を保持し、一の二次歯車５４は、一方向継手５８を介して二次変速軸３６に保持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド型自動車を駆動する変速装置に関する。

公知のように、この種の車輌は、推進または牽引手段として、一般的には内燃機関である熱機関と、１つまたは２つ以上の蓄電池などの電源に接続された回転電気機械と、を組み合わせている。

この組み合わせは、特に、大気に排出される汚染物質を制限して環境を保護しつつ装置全体の燃料消費量を低減することによって、車輌性能の最適化を可能にしている。

特許文献１に記載されている例では、この種の車輌は、車輌の駆動輪を制御する被駆動二次ラインとほぼ平行に配置された駆動一次ラインを備えた変速装置を有している。一次ラインは、切断継手を介して熱機関によって回転駆動させられる主駆動軸と、電気モータによって回転駆動させられる、主駆動軸を取り囲む管状の補助駆動軸と、からなる。主駆動軸と補助駆動軸は、噛み合いクラッチによって、回転可能に互いに固定することができる。被駆動歯車が被駆動二次ラインに保持され、かつ、被駆動二次ライン上に回転自由に取り付けられており、各軸は、被駆動歯車とそれぞれ連結された２つの歯車を固定的に保持している。このラインは、被駆動歯車を二次ラインに回転可能に固定するのを可能にする複数の交互隙間滑り歯車も保持している。

従って、動作時には、車輌は、電気モータ若しくは熱機関またはその両者によって、様々な速度で駆動される。これは、異なるラインに保持された様々な継手（切断継手及び／または噛み合いクラッチ及び／または滑り歯車）を作動させ、主駆動軸を熱機関に固定し、及び／または主駆動軸を補助駆動軸に固定し、及び／または被駆動歯車の一つを被駆動二次ラインに固定することによって実現される。

仏国特許発明第２８１１３９５号明細書

しかし、この変速装置は満足行くものであるが、いくつかの重大な欠点を有している。

すなわち、電気モータだけを使用して車輌を駆動するときは、被駆動歯車を二次ラインと連結して、電気モータの回転運動を二次ラインに伝達する必要がある。この場合、基本機能を実現するために装置が複雑化する。

また、車輌は、切断継手、噛み合いクラッチ、及び滑り歯車を制御する多数のアクチュエータを備えている必要がある。これらのアクチュエータは、装置の製造コストを増加させ、故障及び／または誤動作の原因となることがある。

さらに、これらのアクチュエータは、機関が通常備える計算機などの処理ユニットによって制御しなければならず、計算機の容量の増加が必要となる。

最後に、所望の速度を得るために、被駆動歯車など、装置のいくつかの部材を連結したり分離したりする必要がある。このため、歯車を動かすのに必要な時間が長くなり、また、走行中に不快感が生じる。

本発明の目的は、単純でコストのかからない変速装置によって前述の欠点を解消することである。また、このような装置は、いずれの機関も独立に使用するのを可能にするとともに、車輌の減速時にエネルギーの回収を可能にする。

従って、本発明は、切断継手を介して熱機関に連結された一次変速軸を有し、一次変速軸は、車輌の車軸及び電気機械に連結された二次変速軸に保持された少なくとも２つの二次歯車と協働する少なくとも２つの一次歯車を保持するハイブリッド型自動車用の変速装置において、一の二次歯車は、一方向継手を介して二次変速軸に保持されていることを特徴とする変速装置に関する。

他の二次歯車は、二次変速軸に回転自由に取り付けられ、切断継手を介して二次変速軸に連結されることができる。

複数の一次歯車と複数の二次歯車は、ギア比が互いに異なる２つの歯車列を形成することができる。

一方向継手はフリーホイールを有しているのが有利である。

好ましくは、切断継手は遠心クラッチであってよい。

電気機械は、伝動マルチプライアトラックによって車軸に連結されることができる。

変速装置は、一次変速軸と二次変速軸との間に配置され、一次及び二次変速軸の歯車と協働する複数の挿入歯車を保持する挿入軸を有していてよい。

一の挿入歯車は、一次変速軸の一の歯車と協働し、一方向継手を介して挿入軸に保持されることができる。

他の挿入歯車は、一次変速軸の他の歯車と協働することができ、かつ他の挿入歯車は、挿入軸に自由に保持され、切断継手を介して挿入軸に連結されることができる。

本発明の他の特徴及び利点は、非制限的な例として与えられる以下の説明を添付の図を参照して読むことによって明らかになろう。

ハイブリッド型自動車を駆動する、本発明による変速装置を示す図である。 他の動作構成を有する変速装置を示す図である。 図１の変速装置の変形実施形態を示す図である。 図１及び２に示す変速装置の他の変形実施形態の図である。

図１に示すように、ハイブリッド車輌の駆動システムは、特に内燃機関である熱機関１０と、電気モータモードまたは発電機モードで動作可能な電気機械１２と、を有している。熱機関１０は、熱機関１０によって回転が制御されるクランク軸の伸長部から延びる機関駆動軸１４を有している。電気機械は、駆動軸１６、ここでは電気機械のロータを有し、複数の蓄電池１８（または複数のバッテリ）に接続されている。

このシステムはまた、車輌の車輪２２を直接的にまたは差動ブリッジによって駆動する車軸２０を有している。この車軸は、伝動マルチプライアトラック２４によって電気機械のロータ１６に接続されている。一例では、このトラックは、ロータに取り付けられたプーリ２６と、車軸に取り付けられ、プーリ２６とは異なる直径を有する他のプーリ２８と、２つのプーリを物理的に連結するベルト３０と、を有している。もちろん、この伝動トラックは、たとえば歯車のような、ロータと車軸との間で回転運動を伝達する任意の他の部材を有することができる。

最後に、このシステムは、以下ではギアボックスと呼ばれ、内燃機関の軸１４と車軸２０との間に配置された変速装置３２を有している。このギアボックスは、機関軸１４の伸長部を形成する一次軸３４と、一次軸とほぼ平行に配置され、車軸２０に回転可能に固定された二次軸３６と、を有している。

一次軸３４は、切断継手３８を介して機関軸１４に連結されている。一例では、この継手は遠心クラッチである。反応プレート４０が一次軸の一方の端部に固定的に保持され、摩擦プレート４２が、複数のクラッチシュー４４と複数の戻りばね４６とによって軸方向に変位制御される。摩擦プレート４２は、機関軸１４の自由端に固定的に連結されたプレート４８に保持されている。従って、機関軸１４の回転を契機として、摩擦プレートは、複数のシューの遠心運動の作用によって軸方向に横移動させられ、反応プレート４０と接触することによって反応プレート４０と連結される。

一次軸は、互いに直径が異なる少なくとも２つの歯車を、横移動及び回転を固定して保持している。少なくとも２つの歯車は、ここでは、一次軸の自由端の近くに配置された小さい直径の歯車５０（または小歯車）と、反応プレートの近くに配置され歯車５０より直径の大きい歯車５２（または大歯車）である。説明を簡単にするために、以下の説明では、これらの歯車を一次歯車と呼ぶ。

これらの一次歯車は、車軸２０に固定された二次軸３６に保持され互いに直径が異なる歯車と噛み合う。つまり、大直径歯車５４が小歯車５０と協働し、小直径歯車５６が一次大歯車５２と噛み合う。同様に、説明を簡単にするために、これらの歯車を二次歯車と呼ぶ。

こうして、歯車５０，５４を有する第１の歯車列ＴＲ１と、歯車５２，５６を有する第２の歯車列ＴＲ２と、の２つの歯車列が形成され、２つの歯車列は互いに異なる歯車比Ｒ１，Ｒ２を有している。

大直径二次歯車５４は、歯車の軸受６０と二次軸３６との間の二次軸３６上にフリーホイール５８などの一方向継手を介在させることによって、二次軸３６に配置される。

小直径二次歯車５６は、回転自由に軸３６に取り付けられ、固定止め部材６２によって軸方向に移動不能にされている。この歯車は、切断継手６４によってこの軸に回転可能に固定することができる。

一例では、この継手は遠心クラッチであり、機関軸１４とギアボックス３２の一次軸３４との間に配置された遠心クラッチと同様である。より正確には、この継手は、歯車５６のシェル６８の一部で構成された連結面６６と、連結面と向かい合う摩擦プレート７０と、を有している。この摩擦プレートは、二次軸３６に固定的に連結されたプレート７６に保持された一組の複数のクラッチシュー７２及び複数のばね７４によって、軸方向変位が制御される。従って、軸３６の回転時に、シューの遠心運動の作用で、摩擦プレートは、連結面６６に接触するまで、シェル６８に向かって軸方向移動させられる。従って、これによって、軸３６と歯車５６との間の回転連結を確立することができる。

次に、様々な動作構成について説明する。

第１の段階は、ハイブリッド車輌の電気的牽引（または推進）モードであり、電気機械１２だけが車輌を駆動する機関として使用される。このモードでは、図１を参照すると分かるように、継手３８，６４が切断位置にあり、電気モータ１２が複数のバッテリ１８から電力を供給され、ロータ１６を回転させる。ロータは、回転運動を増幅する伝動トラック２４を通して、回転運動を車軸２０に、従って二次軸３６に伝達する。車軸の回転は、直接的または間接的に車輌の車輪２２に伝達され、車輌を駆動する。

同時に、二次軸３６が回転することによって遠心クラッチ６４が回転駆動される。遠心クラッチ６４は、軸３６が回転速度しきい値Ｎｒに達するまで切断位置にある。従って、小直径二次歯車５６はこの軸上で回転自由のままであり、大直径一次歯車５２を駆動することはない。

このことは、前進ギアで車輌が駆動される回転方向である第１の回転方向にロータ１６が回転するように電気モータが作動させられるときに当てはまる。この場合、フリーホイール５８は滑り方向にあるため、この構成では、大直径歯車５４がフリーホイール５８によって回転駆動されることはない。従って、ギアボックス３２のすべての一次歯車及び二次歯車５０，５２，５４，５６は停止させられる。

バックギアの場合、電気モータのロータ１６が、しきい値Ｎｒより低い回転速度で逆方向に回転制御され、継手３８，６４は切断位置のままである。そして、大直径二次歯車５４は、二次軸３６の回転運動を大直径二次歯車５４に伝達するフリーホイール５８によって回転駆動される。この回転運動は、歯車５４が一次小歯車５０と噛み合うことによって一次軸３４に伝達される。軸３４が回転すると、軸３６に回転自由に取り付けられた二次歯車５６と噛み合う大歯車５２が、軸３６を回転駆動することなく回転駆動される。また、遠心クラッチ３８が切断位置にあることを考慮すれば、内燃機関を駆動する軸１４に一次軸３４の回転が再伝達されることはない。

車輌が前進ギアで駆動され、ロータ１６が第１の回転方向に回転する構成においては、図１に点線で示すように、車軸または車軸に連結された二次軸の回転速度がしきい値Ｎｒを超えた直後に二次軸３６が小直径二次歯車５６と回転連結されることによって、遠心クラッチ６４が動作可能になる。

この構成では、二次軸３６の歯車５６は、一次軸３４を回転駆動する一次大歯車５２と噛み合う。次に、この回転は、大歯車５４と噛み合う歯車５０に伝達される。歯車列ＴＲ１と歯車列ＴＲ２の互いに異なる歯車比Ｒ１，Ｒ２と、フリーホイールの存在と、によって生じる二次軸３６と歯車５４との回転速度差を考慮すれば、軸３６が歯車５４によって回転駆動されることはない。これは、二次軸３６の回転速度が大歯車５４の回転速度より高いためである。

このように、車輌を、電気モータの全使用範囲にわたって前進ギアで駆動し、あるいは０を超える回転速度からしきい値Ｎｒより低い二次軸３６の回転速度までの範囲のモータの使用範囲にわたって、バックギアで駆動することが可能である。

また、車輌減速段階及び／または制動段階の間、電気エネルギーの回収量は最大になる。電気機械１２は、複数のバッテリ１８を再充電するための電流生成装置として使用される。

以下に説明するハイブリッド車輌の熱牽引（または推進）モードでは、内燃機関１０が車輌を駆動する機関として使用される。

図２に示すように、休止状態では、２つの遠心クラッチ３８，６４はどちらも動作不能である。

図２に点線で示すように、機関軸１４の回転速度Ｎｖがしきい値に達した直後に軸１４がギアボックス３２の一次軸３４と物理的に連結されることによって、遠心クラッチ３８が動作可能になる。

一次歯車５０，５２は、軸１４と同じ速度で回転駆動される。従って、一次小歯車５０が大直径二次歯車５４と噛み合い、大直径二次歯車５４が、フリーホイール５８を介して、二次軸３６及び車軸２０を回転駆動させる。一次大歯車５２は小直径二次歯車５６と噛み合って協働する。

歯車列ＴＲ１によって回転駆動される二次軸３６の速度が前述の速度Ｎｒより低い場合、遠心クラッチ６４は切断位置のままとなる。従って、小直径歯車５６は軸３６上で回転自由のままであり、大歯車５２との噛み合いによる回転は軸３６に何ら作用を及ぼさない。従って、歯車列ＴＲ１を通して、熱機関と車軸との間に第１の歯車比が得られる。

図２に点線で示すように、軸３６の回転速度がしきい値Ｎｒを超えた直後に小直径歯車５６が軸３６に連結されることによって、遠心クラッチ６４が動作可能になる。従って、二次軸３６及び車軸２０は、歯車列ＴＲ２によって、ある回転速度で駆動される。

この位置では、歯車列ＴＲ１は軸３６に何ら作用を及ぼさない。なぜなら、大直径歯車５４と小直径歯車５６によって駆動される二次軸３６との回転速度差と、フリーホイール５８の存在とを考慮すれば、二次軸３６が歯車５４によって回転駆動されることはないからである。その理由は、二次軸の回転速度が大歯車５４の速度より速いためである。従って、この別の構成では、車輌は、歯車列ＴＲ２によって得られる第２の歯車比に従って駆動される。

どちらの構成でも、電気機械１２を発電装置として使用して車輌の複数のバッテリ１８を再充電することが常に可能であることに留意されたい。同様に、この電気機械を複数のバッテリの発電装置として使用して、車輌減速段階または制動段階の間に、すべてのまたは一部のエネルギーを回収することができる。

車輌が熱機関１０によって駆動され、かつ減速段階にある間は、フリーホイール５８が二次軸３６及び車軸２０から熱機関１０を切り離すため、第１の歯車列ＴＲ１のみを介してすべてのエネルギーを回収できることに留意されたい。

第２の歯車列ＴＲ２が使用されているときは、熱機関は常に車軸に連結され、車輌減速段階の間に一部のエネルギーを回収することができる。これは、熱機関の「機関制動」にエネルギーの他の一部が使用されるからである。

熱牽引モードでは、熱機関と電気モータとを組み合わせて使用し、両方の出力を合わせて車輌を駆動することができることにも留意されたい。

図３の変形実施形態は、以下の点で、図１と異なっている。（１）一次大歯車５２’が、回転自由に、ハブ７８で一次軸３４に取り付けられているが、軸方向移動が固定されている。（２）遠心クラッチ（ここでは６４’）が、図１の場合は軸３６に配置されているのに対し、本実施形態では大歯車のハブに配置されており、それによって、大歯車５２’の回転速度が前述の回転速度Ｎｒより速くなった時点から、この大歯車が、一次軸に保持されているプレート８０を介して軸３４に固定される。（３）小直径二次歯車５６’が二次軸３６に固定的に取り付けられている。

この変形実施形態では、図１及び２に関連して説明する変形実施形態と同じ速度構成を得ることができる。

従って、機関軸１４及び一次軸３４の回転速度が速度Ｎｖより高くなると、歯車５０，５４によって第１の歯車比が得られ、歯車５２’の回転速度が回転速度Ｎｒ’に達して遠心クラッチ６４’を作動させることが可能になると、歯車５２’，５６’によって第２の歯車比が得られる。

図１及び２の変形実施形態である図４の場合、一次軸３４と二次軸３６との間に、これらの軸と平行に挿入伝動軸８２が設けられ、３つ以上の歯車比を有する変速装置が得られる。

この挿入軸は、４つの挿入歯車、すなわち、一次軸の歯車５０，５２と協働し相応の直径を有する２つの歯車８４，８６と、二次軸３６の歯車５４，５６と協働し同じく相応の直径を有する２つの歯車８８，９０と、を保持している。

有利なことに、一次小直径歯車５０と協働する大直径挿入歯車８４が、フリーホイール９２などの一方向継手を挿入することによって、挿入軸に取り付けられている。歯車８４と比べて小さい直径の挿入歯車８６が、挿入軸８２に回転自由に取り付けられ、固定止め部材９２によって、軸上で軸方向に移動不能にされている。図４に示すように、挿入歯車８６は、挿入軸の回転速度が速度Ｎｓに達したときに、切断継手９４によって挿入軸に回転可能に固定されることができる。好ましくは、この継手９４は、二次軸３６と二次歯車５６との間に配置されたクラッチ６４と同様の遠心クラッチであり、従って、同じ部材を有している。

挿入軸の他の２つの歯車は、この軸に固定された大直径歯車８８と、同じくこの軸に固定的に取り付けられた小直径歯車９０である。この２つの歯車は、すでに図１，２に関連して説明したように、それぞれ小直径二次歯車５４及び大直径二次歯車５６と協働する。

この装置の動作については、継手３８を作動させた後、歯車５０，８４，９０，５６によって第１の歯車比が確立される。このことは、クラッチ９４，６４が非作動であり、従って、歯車８６，５４が作動不能であることによって実現される。

この第１の歯車比によって、少なくとも２つの追加的な歯車比を得ることが可能である。

まず二次軸３６上のクラッチ６４を作動させた場合、挿入軸８２の回転速度が、歯車５０，８４，９０，５６によって生成されるこの二次軸３６の速度しきい値Ｖｓより遅くなる。なぜなら、歯車５４が歯車８８を駆動し、挿入軸と二次軸との回転速度差の作用で、歯車５６がこの二次軸から切り離されるからである。従って、歯車５０，８４，８８，５４による第２の歯車比が得られる。

クラッチ６４が作動した後、挿入軸の速度が引き続き増加していくと、この挿入軸の回転速度はしきい値Ｒｓに達し、そこからクラッチ９４は閉じていく。この動作は、挿入軸８２と一次軸３４と二次軸３６との間の回転速度差によるフリーホイール９２，５８の作用で歯車８４と歯車５６を切り離す作用を有している。従って、歯車５２，８６，８８，５４による第３の歯車比が確立される。

本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明に含まれるあらゆる均等実施形態及び変形実施形態を包含する。

特に、遠心クラッチの代わりに制御された継手を使用することが可能である。

１０ 熱機関
１２ 電気機械
１４ 機関駆動軸
１６ 駆動軸
１８ バッテリ
２０ 車軸
２２ 歯車
２４ 伝動マルチプライアトラック
２６ プーリ
２８ 他のプーリ
３４ 一次（変速）軸
３６ 二次（変速）軸
３８，６４ 切断継手
５０，５６，５６’ 小直径歯車
５２，５２’，５４ 大直径歯車
５８，９２ フリーホイール
６４，６４’，９４ 遠心クラッチ
７８ ハブ
８２ 挿入伝動軸
８４，８６，８８，９０ 歯車

Claims (9)

1. 切断継手（３８）を介して熱機関（１０）に連結された一次変速軸（３４）を有し、前記一次変速軸（３４）は、車輌の車軸（２０）及び電気機械（１２）に連結された二次変速軸（３６）に保持された少なくとも２つの二次歯車（５４，５６）と協働する少なくとも２つの一次歯車（５０，５２）を保持し、一の前記二次歯車（５４）は、一方向継手（５８）を介して前記二次変速軸（３６）に保持されている、ハイブリッド型自動車用の変速装置。
2. 他の前記二次歯車（５６）は、前記二次変速軸（３６）に回転自由に取り付けられ、切断継手（６４）を介して前記二次変速軸（３６）に連結される、請求項１に記載の変速装置。
3. 複数の前記一次歯車と複数の前記二次歯車は、ギア比（Ｒ１，Ｒ２）が互いに異なる２つの歯車列（ＴＲ１，ＴＲ２）を形成している、請求項１または２に記載の変速装置。
4. 前記一方向継手はフリーホイール（５８）である、請求項１に記載の変速装置。
5. 前記切断継手は遠心クラッチ（３８，６４）である、請求項２に記載の変速装置。
6. 前記電気機械は、伝動マルチプライアトラック（２４）によって前記車軸に連結されている、請求項１に記載の変速装置。
7. 前記一次変速軸（３４）と前記二次変速軸（３６）との間に配置され、前記一次及び二次変速軸の前記歯車と協働する複数の挿入歯車（８４，８６，８８，９０）を保持する挿入軸（８２）を有する、請求項１に記載の変速装置。
8. 一の前記挿入歯車（８４）は、前記一次変速軸の一の前記歯車（５０）と協働し、一方向継手（９２）を介して前記挿入軸に保持されている、請求項７に記載の変速装置。
9. 他の前記挿入歯車（８６）は、前記一次変速軸の他の歯車（５２）と協働し、かつ前記他の挿入歯車（８６）は、前記挿入軸に自由に保持され、切断継手（９４）を介して前記挿入軸に連結される、請求項７または８に記載の変速装置。

Images