JP2013526689A - 電気又はハイブリッド駆動機構用の変速装置 - Google Patents

電気又はハイブリッド駆動機構用の変速装置 Download PDF

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Abstract

駆動機構は、変速装置１と、電気モータ／発電機５とを含む。変速装置１は、入力部１１を介して電気モータ／発電機に接続され、且つ、出力部１３を介して車輪３に接続される。変速装置１は、２つの遊星歯車組１９及び２７を有し、遊星歯車組１９及び２７は、３つの回転部材をそれぞれ有し、それらのうち、第一回転部材２１及び２９は、入力部に接続され、第二回転部材２３及び３１は、出力部に接続され、第三回転部材２５及び３３は、第一モータ３５及び第二モータ３７にそれぞれ接続される。ブレーキ３５及び３７の一方を作動することによって、速度変換歯車が入力部と出力部との間に創成される。他方のブレーキの解放中に一方のブレーキを作動することによって、電気モータ／発電機５から負荷３への或いはその逆へのトルク移転の中断を伴わずに、２つの速度変換歯車を切り換えることが可能である。

Description

本発明は、電気モータ／発電機に接続し得る入力部と、負荷に接続し得る出力部とを有する、電気又はハイブリッド駆動機構のための変速装置であって、太陽歯車と、遊星歯車がその上に存在するキャリアと、内歯歯車(annulus gear)とによって形成される少なくとも３つの回転部材で構成される第一遊星歯車組を含み、第一遊星歯車組のうち、第一回転部材は入力部に接続され、第二回転部材は出力部に接続され、第三回転部材は第一ブレーキに接続される、変速装置に関する。
この種類の変速装置は、ＷＯ２０１０／０６３７３５から既知である。電気又はハイブリッド駆動機構のためには、より有利な燃費が達成される作業領域内での運転中に駆動源機能を有するよう、駆動源と負荷との間に限定的な数（２個又は３個が好ましい）の歯車比を備える変速装置を提供することが望ましい。
限定的な数の切換可能な速度変換歯車を簡単且つ有利な方法において実現する冒頭段落中に定める種類の変速装置を提供することが本発明の目的である。
この目的のために、本発明に従った変速装置は、少なくとも３つの回転部材で構成される第二遊星歯車組を更に含み、第二遊星歯車組のうち、第一回転部材は入力部に接続され、第二回転部材は出力部に接続され、第三回転部材は第二ブレーキに接続されることによって特徴付けられる。変速装置における２つのブレーキの使用は、クラッチよりも堅固な物体（変速装置ハウジング）からより簡単な方法においてブレーキを作動し得る点、及び、ブレーキ内で放散される熱を変速装置ハウジングに直接的に移転し得る点において有利である。
本発明に従った変速装置のある実施態様は、２つの遊星歯車組の第一及び第二の回転部材が互いに直接的に接続されることによって特徴付けられる。代替的に、第一回転部材又は第二回転部材のみが互いに直接的に接続される実施態様が可能である。
２つの遊星歯車組の遊星歯車は、キャリアに対して自由に軸承され、互いに直接的に接続されないのが好ましい。この利点は、その場合には、変速装置の有用な効果が、これらの遊星歯車が直接的に結合されないときよりも大きくあり得ることである。
同様に、本発明は、電気モータ／発電機に接続し得る入力部と、負荷に接続し得る出力部とを有する、電気又はハイブリッド駆動機構のための変速装置に関する。この変速装置に関して、本発明は、少なくとも１つの太陽歯車、遊星歯車を収容する少なくとも１つのキャリアと、少なくとも１つの内歯歯車とによって形成される、少なくとも４つの回転部材で構成される組み合わせ遊星歯車組を含み、組み合わせ遊星歯車組のうち、第一回転部材は入力部に接続され、第二回転部材は出力部に接続され、第三回転部材は第一ブレーキに接続され、第四回転部材は第二ブレーキに接続されることによって特徴付けられる。この変速装置においても、限定的な数の切換可能な速度変換歯車が簡単且つ有利な方法において実現される。
この変速装置のある実施態様は、第三及び第四の回転部材が、キャリアに対して自由に軸承される遊星歯車と係合し、遊星歯車は互いに直接的に接続されないことによって特徴付けられる。
本発明に従った変速装置の更なる実施態様は、遊星歯車がキャリアに対して自由に軸承され、よって、互いに直接的に接続されないことによって特徴付けられる。
遊星シャフトは、キャリアの中心に対して様々な半径に存在し得る。しかしながら、ある実施態様は、遊星シャフトがキャリアの中心に対して等しい半径に存在することによって特徴付けられる。
第一回転部材は、太陽歯車であるのが好ましい。更に、第二回転部材は、キャリアであるのが好ましい。第三及び第四の回転部材は、内歯歯車であるのが好ましい。
内歯歯車は、同じ又は異なる直径を有し得る。最大の太陽歯車を変速装置の入力側又は出力側に位置付け得る。
本発明に従った変速装置の一層更なる実施態様は、第一ブレーキを作動させることによって最小の減速が得られ、第二ブレーキを作動させることによって最大の減速が得られるように遊星歯車組が配置されることによって特徴付けられる。
両方のブレーキは、摩擦ブレーキとして配置される。両方のブレーキは、湿式面摩擦ブレーキであり得る。しかしながら、２つのブレーキの一方は、固定ブレーキとして配置されるのが好ましい。これは爪クラッチ又はスプラインクラッチとして堅固な物体（変速装置ハウジング）に配置され、その結果、それは高いトルクを容易に支持し得る。
本発明に従った変速装置の更なる実施態様は、第一ブレーキが有意な電力を散逸し得るが、第二ブレーキが有意な電力を散逸し得ないことによって特徴付けられる。電力を散逸し得るブレーキ（乾式面ブレーキ）のために乾式面構造を有することによって、ブレーキを冷却するためにブレーキがオイル冷却機を含むことは不要であり、このブレーキが作動されないときに、滑りオイルの結果としての滑り損失はない。
本発明に従った変速装置の一層更なる実施態様は、変速装置が、互いに結合し得る２つのクラッチ区画で構成される少なくとも１つのクラッチを含み、２つのクラッチ区画のうち、第一クラッチ区画が入力部に接続され、第二クラッチ区画が出力部に接続され、或いは、２つのクラッチ区画のうち、第一クラッチ区画が入力部又は出力部のいずれかに接続され、第二クラッチ区画が第一ブレーキ又は第二ブレーキのいずれかに接続されることによって特徴付けられる。クラッチは摩擦クラッチとして配置されるのが好ましく、湿式面摩擦クラッチ(wet plate friction clutch)として配置されるのが好ましい。
本発明に従った変速装置の更なる実施態様は、クラッチが有意な電力を散逸し得るが、ブレーキが有意な電力を散逸し得ないこと、或いは、ブレーキの少なくともいずれか一方が有意な電力を散逸し得るが、クラッチが有意な電力を散逸し得ないことによって特徴付けられる。
クラッチを、例えば、固定クラッチとして、例えば、爪クラッチ又はスプラインクラッチとしても配置し得る。ブレーキ及び／又はクラッチの組み合わせ差動を備える、その独自のアクチュエータを用いて、ブレーキ及び／又はクラッチをそれぞれ作動し得る。
異なる直径を有する３つ又はそれよりも多くの遊星歯車を共通のキャリアの上に軸承し得る。更に、個々の内歯歯車を堅固な物体にそれぞれ接続し得る３つ又はそれよりも多くのブレーキが存在し得る。
同様に、本発明は、電気モータ／発電機及び負荷と、それらの間に存在する本発明に従った変速装置とを含む、駆動機構に関する。駆動機構に関して、本発明は、入力部が電気モータ／発電機に接続され、出力部が負荷に直接的に接続されることによって特徴付けられる。
遊星歯車組として配置し得る更なる速度変換歯車が、負荷（車輪）と第二回転部材との間に存在し得る。
入力部が電気モータ／発電機に直接的に接続され、出力部が負荷に直接的に接続されるのが好ましい。
本発明に従った駆動機構のある実施態様は、駆動機構が、更なるクラッチを介して入力部に接続される内燃機関を更に含むことによって特徴付けられる。
駆動機構の他の有利な実施態様では、内燃機関が第一遊星歯車組の第三回転部材に接続される。
本発明に従った駆動機構の更なる実施態様は、更なる速度変換歯車が負荷と第二回転部材との間に存在することによって特徴付けられる。この更なる速度変換歯車は、例えば、遊星歯車組、及び／又は、差動装置、及び／又は、噛合い変速装置(squared transmission)、及び／又は、チェーン変速装置、及び／又は、歯付きベルト変速装置、及び／又は、歯車変速装置として配置される。
本発明に従った駆動機構の一層更なる実施態様は、負荷が少なくとも１つの車輪を含み、第二回転部材が車輪のリム又はハブに直接的に接続されることによって特徴付けられる。
更に、本発明は、ブレーキのいずれか一方又はクラッチを一時的に滑り式に運転することによって、本発明に従った変速装置において、入力部から出力部への或いは出力部から入力部へのトルク移転を保持しながら、１つの速度変換歯車から他の速度変換歯車に切り換えることが可能な方法に関する。
図面に提示される本発明に従った変速装置モジュールの実施態様の実施例に基づき、本発明を以下により詳細に記載する。
本発明に従った変速装置の第１実施態様を備える本発明に従った駆動機構の第１実施態様を示す概略図である。 本発明に従った変速装置の第２実施態様を備える本発明に従った駆動機構の第２実施態様を示す概略図である。 固定ブレーキと摩擦ブレーキとを有する本発明に従った変速装置の第３実施態様を示す構成図である。 ２つの摩擦ブレーキを有する本発明に従った変速装置の第４実施態様を示す構成図である。 ２つの固定ブレーキを有する本発明に従った変速装置の第５実施態様を示す構成図である。 ２つの固定ブレーキと１つの固定クラッチとを有する本発明に従った変速装置の第６実施態様を示す構成図である。 ２つの固定ブレーキと１つの摩擦クラッチとを有する本発明に従った変速装置の第７実施態様を示す構成図である。 乾式及び湿式の面摩擦ブレーキを有する本発明に従った変速装置の第８実施態様を示す構成図である。 リム内に存在する本発明に従った変速装置の第９実施態様を示す構成図である。 図９に提示する変速装置の具体的な実施態様を示す構成図である。 短絡クラッチを備えリム内に存在する本発明に従った変速装置の第１０実施態様を示す構成図である。 異なる場所に短絡クラッチを備えリム内に存在する本発明に従った変速装置の第１１実施態様を示す構成図である。 本発明に従った第１２実施態様の変速装置を備える本発明に従った駆動機構の第３実施態様を示す概略図である。 図１３に提示する駆動機構を示す構成図である。
図１は、本発明に従った変速装置の第１実施態様を備える本発明に従った駆動機構の第１実施態様の概略図を示している。変速装置１は、負荷３、例えば、車両の車輪のための駆動機構の一部を形成する。変速装置と並んで、駆動機構は、電池９を介してパワーエレクトロニクスに接続される電気モータ／発電機５を含む。変速装置１は、電気モータ／発電機５に接続される入力部１１と、車輪３に接続される出力部１３とを有する。駆動機構は、更に、クラッチ１７を用いて変速装置に結合し或いは変速装置から切り離し得る内燃機関（エンジン）１５を含み得る。
変速装置１は、２つの遊星歯車組１９及び２７を含み、遊星歯車組１９及び２７は、３つの回転部材をそれぞれ含み、第一回転部材２１及び２９は、入力部に接続される太陽歯車によって形成され、第二回転部材２３及び３１は、出力部に接続されるキャリアによって形成され、第三回転部材２５及び３３は、第一ブレーキ３５及び第二ブレーキ３７にそれぞれ接続される内歯歯車によって形成されている。ブレーキ３５及び３７の一方を作動することによって、入力部と出力部との間に速度変換歯車が創成される。よって、２つの異なる速度変換歯車を実現することが可能である。両方のブレーキを解放することによって、入力部は出力部から切り離され（中立位置）、両方のブレーキを作動することによって、変速装置は遮断される（駐車位置）。他方のブレーキの解放中に一方のブレーキを作動することによって、電気モータ／発電機５から負荷３への或いはその逆へのトルク移転の中断を伴わずに、２つの変速装置の間を切り換えることが可能である。負荷３は、末端駆動装置と、末端駆動装置とで構成される。この末端駆動装置は、歯車変速装置、遊星歯車組、チェーン若しくはベルト変速装置、又は、差動装置であり得る。
２つの遊星歯車組の遊星シャフトは、キャリアの中心から等しい半径に存在する。２つの遊星歯車組は、第一ブレーキを作動することによって最小の減速が得られ且つ第二ブレーキを作動することによって最大の減速が得られるように配置される。
図２は、本発明に従った変速装置の第２実施態様を備える本発明に従った駆動機構の第２実施態様の概略図を示している。この実施態様では、図１に示す第１実施態様と同じ全ての部分を同等の参照番号によって指し示している。この変速装置４１では、いずれかの遊星歯車組２９又は２７の３つの回転部材のうちの２つの回転部材の間に短絡クラッチ４３を存在させ、その結果、第三速度変換歯車を得てもよい。
図３は、本発明に従った変速装置の第３実施態様の構成図を示している。この変速装置４１は、４つの回転部材を備える組み合わせ遊星歯車組４７を含み、第一回転部材４９は、段付き歯の太陽歯車によって形成され、第二回転部材５１は、遊星歯車５３及び５５を互いに独立して自由に軸承するキャリアによって形成され、第三及び第四の回転部材５７及び５９は、内歯歯車によって形成されている。第一回転部材４９は、この場合にも、入力部１１に接続され、第二回転部材５１は、再び、出力部１３に接続されている。第三回転部材５７は、第一ブレーキ３５に接続され、第四回転部材５９は、第二ブレーキ３７に接続されている。この変速装置４５において、第一ブレーキ３５は、摩擦ブレーキとして配置され、第二ブレーキ３７は、固定ブレーキ(lock up brake)として配置されている。第一ブレーキ３５は有意な電力を散逸し得るのに対し、第二ブレーキ３７は、有意な電力を散逸し得ない。
図４は、本発明に従った変速装置の第４実施態様の構成図を示している。この実施態様及び更なる実施態様では、図３に示す第三実施態様の部分と同一又は類似の機能を有する全ての部分を同等の番号によって示している。この変速装置６１において、２つのブレーキ３５及び３７は、摩擦ブレーキとして配置されている。変速装置の出力部１３は、大歯車(gearwheel)６３を介して差動装置６５に結合されている。
図５に提示する変速装置６７の第５実施態様において、ブレーキ３５及び３７は、一方のみを閉じ得るか或いはいずれも閉じ得ない固定ブレーキとして配置されている。出力部１３は、ここでは、差動装置６５に接続されるチェーン又はベルト変速装置６９を用いて形成されている。図６に示す変速装置７１の第６実施態様は、更に、第一及び第二の回転部材４９及び５１を互いに直接的に接続させ得る固定クラッチ７３を含む。
図７に示す変速装置７５の第７実施態様において、短絡クラッチ７３は、湿式摩擦ブレーキとして配置されている。ここで、短絡クラッチ７３は有意な電力を散逸し得るが、ブレーキは有意な電力を散逸し得ない。この短絡クラッチを滑り式に作動することによって、電気モータ／発電機５から負荷３への或いはその逆へのトルク移転の中断を伴わずに、２つの変速装置の間を切り換えることが可能である。図８に示す変速装置７７の第８実施態様において、２つのブレーキは摩擦ブレーキであり、第一ブレーキ３５は、乾式摩擦ブレーキであり、第二ブレーキ３７は、円錐制動表面を備える湿式摩擦ブレーキである。
図９及び図１０は、車輪のリム(rim)８７内に内蔵されるロータ８３とステータ８５とを備える電気モータ／発電機８１を更に含む駆動機構の一部としての変速装置７９の第９実施態様の構成図を示している。出力部１３は、更なる遊星歯車組８９を用いて車輪のハブ９１に接続される。更に、車輪ブレーキ９３がリム８７内に存在する。
図１１及び図１２は、駆動機構の一部として変速装置９５及び９７の第１０実施態様及び第１１実施態様を示している。両方の変速装置は、ブレーキ３５及び３７と短絡クラッチ４３とを閉じることによって得られる３つの速度変換歯車を含む。図１１に示す変速装置９５において、短絡クラッチ４３は、第一回転部材４９と第二回転部材５１との間に位置付けられている。図１２に示す変速装置９７において、短絡クラッチ４３は、第二回転部材５１と第三回転部材５７との間に位置付けられている。
図１３は、本発明に従った変速装置の第１２実施態様を備える本発明に従った駆動機構の第３実施態様の概略図を示している。この実施態様及び更なる実施態様では、図３に示す第３実施態様の部分と同じ又は類似の機能を有する全ての部分を同等の参照番号によって指し示している。この変速装置１０１において、内燃機関１５は、第一遊星歯車組１９の第三回転部材５９に接続されている。内燃機関１５と遊星歯車組１９との間に他の速度変換歯車１０２を追加的に位置付け得る。この実施態様において、第一ブレーキ３５は、有意な電力を散逸し得る乾式の面ブレーキ（plate brake）によって形成され、第二ブレーキ３７は、フリーホイール軸受又は爪クラッチによって形成され、フリーホイール軸受又は爪クラッチの部分は堅固な物体に接続され、フリーホイール軸受又は爪クラッチは、電力を散逸し得ない。
図１４は、図１３に示す駆動機構の構成図を示している。出力部１３は更なる変速装置１０３を通じて差動装置１０５に接続され、２つの遊星歯車組１９及び２７の間で、２つの遊星歯車組の遊星キャリア５１に固定されている。遊星歯車組１９及び２７の遊星歯車５３及び５５のシャフトをキャリア５１の中心に対して相互に異なる半径にも位置付け得る。これは破線によって示されている。
前記において本発明を図面に基づき記載したが、本発明は図面に示す実施態様に如何様にも限定されないことが認められなければならない。本発明は、請求項によって定められる精神及び範囲内で、図面に示す実施態様から逸脱する全ての実施態様にも及ぶ。

Claims (22)

  1. 電気モータ／発電機に接続し得る入力部と、負荷に接続し得る出力部とを有する、電気又はハイブリッド駆動機構のための変速装置であって、
    当該変速装置は、太陽歯車と、遊星歯車がその上に存在するキャリアと、内歯歯車とによって形成される、少なくとも３つの回転部材で構成される第一遊星歯車組を含み、該第一遊星歯車組のうち、第一回転部材は、前記入力部に接続され、第二回転部材は、前記出力部に接続され、第三回転部材は、第一ブレーキに接続され、
    当該変速装置は、少なくとも３つの回転部材で構成される第二遊星歯車組を更に含み、該第二遊星歯車組のうち、第一回転部材は、前記入力部に接続され、第二回転部材は、前記出力部に接続され、第三回転部材は、第二ブレーキに接続されることを特徴とする、
    変速装置。
  2. 前記２つの遊星歯車組の前記第一及び第二の回転部材は、互いに直接的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の変速装置。
  3. 前記２つの遊星歯車組の前記遊星歯車は、前記キャリアに対して自由に軸承され、互いに直接的に接続されないことを特徴とする、請求項１又は２に記載の変速装置。
  4. 電気モータ／発電機に接続し得る入力部と、負荷に接続し得る出力部とを有する、電気又はハイブリッド駆動機構のための変速装置であって、
    当該変速装置は、少なくとも１つの太陽歯車、遊星歯車を収容する少なくとも１つのキャリアと、少なくとも１つの内歯歯車とによって形成される、少なくとも４つの回転部材で構成される組み合わせ遊星歯車組を含み、該組み合わせ遊星歯車組のうち、第一回転部材は、前記入力部に接続され、第二回転部材は、前記出力部に接続され、第三回転部材は、第一ブレーキに接続され、第四回転部材は、第二ブレーキに接続されることを特徴とする、
    変速装置。
  5. 前記第三及び第四の回転部材は、遊星歯車と係合し、該遊星歯車は、前記キャリアに対して自由に軸承され、前記遊星歯車は、互いに直接的に接続されないことを特徴とする、請求項４に記載の変速装置。
  6. 前記遊星シャフトは、前記キャリアの中心に対して等しい半径に存在することを特徴とする、請求項４又は５に記載の変速装置。
  7. 前記第一回転部材は、太陽歯車であることを特徴とする、請求項４乃至６のうちのいずれか１項に記載の変速装置。
  8. 前記第二回転部材は、キャリアであることを特徴とする、請求項４乃至７のうちのいずれか１項に記載の変速装置。
  9. 前記第三及び第四の回転部材は、内歯歯車であることを特徴とする、請求項４乃至８のうちのいずれか１項に記載の変速装置。
  10. 前記遊星歯車組は、前記第一ブレーキを作動させることによって最小の減速が得られ、前記第二ブレーキを作動させることによって最大の減速が得られるように配置されることを特徴とする、請求項４乃至９のうちのいずれか１項に記載の変速装置。
  11. 前記２つのブレーキは、摩擦ブレーキとして配置されることを特徴とする、請求項４乃至１０のうちのいずれか１項に記載の変速装置。
  12. 前記２つのブレーキの一方は摩擦ブレーキとして配置され、前記２つのブレーキの他方は固定ブレーキとして配置されることを特徴とする、請求項４乃至１０のうちのいずれか１項に記載の変速装置。
  13. 前記第一ブレーキは、有意な電力を散逸し得るが、前記第二ブレーキは、有意な電力を散逸し得ないことを特徴とする、請求項４乃至１２のうちのいずれか１項に記載の変速装置。
  14. 当該変速装置は、互いに結合し得る２つのクラッチ区画で構成される少なくとも１つのクラッチを含み、前記２つのクラッチ区画のうち、第一クラッチ区画は、前記入力部に接続され、第二クラッチ区画は、前記出力部に接続され、或いは、前記２つのクラッチ区画のうち、前記第一クラッチ区画は、前記入力部又は前記出力部のいずれかに接続され、前記第二クラッチ区画は、前記第一ブレーキ又は前記第二ブレーキのいずれかに接続されることを特徴とする、請求項１乃至１３のうちのいずれか１項に記載の変速装置。
  15. 前記クラッチは、有意な電力を散逸し得るが、前記ブレーキは、有意な電力を散逸し得ないこと、或いは、前記ブレーキの少なくともいずれか一方は、有意な電力を散逸し得るが、前記クラッチは、有意な電力を散逸し得ないことを特徴とする、請求項１４に記載の変速装置。
  16. 電気モータ／発電機と、負荷と、前記電気モータ／発電機と前記負荷との間に存在する請求項１乃至１５に記載の変速装置とを含む、駆動機構であって、前記入力部が前記電気モータ／発電機に接続され、前記出力部が前記負荷に接続されることを特徴とする、駆動機構。
  17. 前記入力部は、前記電気モータ／発電機に直接的に接続され、前記出力部は、前記負荷に直接的に接続されることを特徴とする、請求項１６に記載の駆動機構。
  18. 当該駆動機構は、更なるクラッチを介して前記入力部に接続される内燃機関を更に含むことを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の駆動機構。
  19. 当該駆動機構は、前記第一遊星歯車組の前記第三回転部材に接続される内燃機関を更に含むことを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の駆動機構。
  20. 更なる速度変換歯車が前記負荷と前記第二回転部材との間に存在することを特徴とする、請求項１６乃至１９のうちのいずれか１項に記載の駆動機構。
  21. 前記負荷は、少なくとも１つの車輪を含み、前記第二回転部材は、前記車輪のリム又はハブに直接的に接続されることを特徴とする、請求項１６乃至１９のうちのいずれか１項に記載の駆動機構。
  22. 前記ブレーキのいずれか一方又は前記クラッチを一時的に滑り式に運転することによって、請求項１乃至１５のうちのいずれか１項に記載の変速装置において、前記入力部から前記出力部への或いは前記出力部から前記入力部へのトルク移転を保持しながら、１つの速度変換歯車から他の速度変換歯車に切り換えることが可能な方法。
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