JP2013531208A

JP2013531208A - 単一プラネタリギアセットによる３速ギアボックス

Info

Publication number: JP2013531208A
Application number: JP2013518546A
Authority: JP
Inventors: ジェイムズエイオブライエン; ジョージジェイフランク
Original assignee: リモ−ライドインコーポレイテッド
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2013-08-01
Also published as: EP2588777A1; WO2012006042A1; US20110319221A1; BR112012033582A2; CN103168185A

Abstract

本発明は、単一のプラネタリギアセット１０から後退を備える３前進速度ギアボックスである。前進速度比は、低速ギア、１対１、及びオーバードライブを含む。後退ギア比は、低速ギアと同様である。第１のギアの出力軸２８の前進回転は、入力モータの方向を逆にすることによって実現する。このことは、油圧モータ又は電気モータ等の双方向原動機１１で容易に実現できる。双方向原動機を使用する別の利点は、入力ハブ１２の双方向回転が、前進、後退、及びエネルギーをアキュムレータ５０に蓄積するための逆駆動を可能にすることである。
【選択図】図１

Description

本発明は、全体的には、自動車の自動変速装置の改善に関する。本発明は、詳細には、ハイブリッド自動車の変速装置に動力を供給するための新規な改善に関する。

プラネタリギアセットは、直接駆動を含む、３つのギア比と、７つの特有の駆動方向／駆動比の組み合わせを有する。ギア比は、ギアセットのギアによって決定され、第３の要素を保持しながら入力要素及び出力要素を変更することによって選択される。実際の用途において、プラネタリギアセットにおいてクラッチ及びバンドは動力を伝達するか、又は個々の要素の回転を停止させる。しかしながら、単一のプラネタリギアセットでは、２つの前進速度と１つの後退ギアだけを実現できる。従来から自動車の自動変速装置は、１つのリングギアであるが２つのサンギア及びプラネタリギアセットを備えたデュアル又は複式プラネタリギアセットを使用して、更に２つのバンド及び４つのクラッチを使用してアンダードライブからオーバードライブの範囲の少なくとも３つの前進段を実現するようになっている。この制限は、通常、内燃機関の入力デバイスから生じる。このような回転源は、速度及びトルクは変更できるが回転方向は変更できない。ギア比及び出力方向は、単方向入力源に基づいて所望の出力トルク及び回転を実現するために選択される。

本発明は、単一のプラネタリギアセットから後退を備える３前進速度ギアボックスである。前進速度比は、低速ギア、１対１、及びオーバードライブを含む。後退ギア比は、低速ギアと同様である。第１のギアの出力軸の前進回転は、入力モータの方向を逆にすることによって実現する。このことは、油圧モータ又は電気モータ等の双方向原動力で容易に実現できる。双方向原動機を使用する別の利点は、入力軸の双方向回転が、前進、後退、及びエネルギーをアキュムレータに蓄積するための逆駆動を可能にすることである。

油圧駆動モータは、いずれの方向にも有効に作動する。そのトルク出力は、方向制御弁を用いて迅速に逆転させることができる。ギア比を変更するためのクラッチの係合及び切り離し、及びモータ逆転のための弁のシーケンス制御は、機械式又は電気式手段のどちらか又は制御の組み合せによって制御される。これらのイベントを連動させることによって、３前進比及び後退を備えた自動変速イベントが実現可能となる。

本発明の１つの実施形態では、原動機組立体と一緒に使用するプラネタリギアセットは、プラネタリギアセットに動力を供給する双方向原動機と、原動機の一方の端部に結合され、プラネタリギアセットをいずれかの方向に駆動するための入力軸とを備え、プラネタリギアセットが、１つのサンギアと、サンギアの周りで回転するようにプラネットキャリアに取り付けられる１つのプラネットギアセットと、プラネタリギアセットを取り囲む２つのバンドと、プラネタリギアセットを係合するための２つのクラッチ群と含み、プラネタリギアセットは、プラネタリギアセットの反対側の端部に結合され、プラネタリギアセットからの動力を受け取る出力軸を更に備え、出力軸が、第１のギア、後退ギア、又は逆駆動の１つで駆動される。

本発明は、双方向原動機によってプラネタリギアセットを駆動するための方法、及び３つのギア比、後退、及び逆駆動を提供するための方法を提供する。

１つの方法は、入力軸に動力を供給するための双方向原動機を準備する段階と、プラネタリギアセットを駆動する段階と、双方向原動機から動力を受け取るための出力軸を準備する段階と、サンギアを駆動するためにクラッチ群を係合する段階と、バンドを用いてプラネットキャリアを保持する段階と、双方向原動機が、入力軸をいずれかの方向に回転させて、出力軸を、第１のギア、後退ギア、又は逆駆動の１つで駆動する段階とを含み、プラネタリギアセットが、プラネットキャリアに取り付けられ、サンギアとかみ合う１つのプラネットギアセットと、プラネタリギアセットを係合するための２つのクラッチ群と、プラネタリギアセットを保持するための２つのバンドとを含むようになっている。

別の方法は、プラネタリギアセットに動力を供給するための双方向原動機を準備する段階と、プラネタリギアセットの一方の端部に結合される入力軸を準備する段階と、プラネタリギアセットの他方の端部に結合される出力軸を準備する段階と、双方向原動機が、入力軸をいずれかの方向に回転させてプラネタリギアセットに動力を供給する段階と、プラネタリギアセットが、出力軸をいずれかの方向に駆動して３つのギア比及び後退を提供する段階とを含む方法。

本発明の前述の並びに他の利点は、当業者であれば、添付図面を参照して検討すると、以下の好ましい実施形態の詳細な説明から容易に理解できるはずである。

本発明の３速ギアボックスの後面斜視図である。図１の部分２-２に沿った３速ギアボックスの正面図である。本発明のバンド組立体の斜視図である。本発明の後方ギア組立体の後面斜視図である。本発明の概略図である。

以下の詳細な説明及び添付の図面は、本発明の様々な例示的な実施形態を説明及び図示する。明細書及び図面は、当業者が、本発明を実施及び使用できるようにするのに役立ち、いかなる方法によっても本発明の範囲を限定することは意図されていない。開示した方法に関連して提示される各ステップは本質的に例示的なものなので、各ステップの順番は必須でなく又は重要ではない。

図１、２、及び５は、本発明の好ましい実施形態を示し、双方向原動機１１と共に使用するプラネタリギアセット１０を含む。限定されるものではないが、双方向原動機１１は、電気モータ又は油圧モータを含む任意の双方向モータとすることができる。原動機１１が油圧モータの場合、以下に説明するように、逆駆動時にエネルギーを蓄積するためのアキュムレータ５０を備えることができる。

図２を参照すると、入力ハブ１２は双方向原動機１１にスプライン結合する。入力ハブは、双方向原動機１１等の入力源からギアセット１０へトルクを直接伝達する。入力ハブ１２は、２つのクラッチ群、すなわち内側クラッチ群１４及び外側クラッチ群１６を駆動する。内側クラッチ群１４は、係合するとプラネットキャリア１８を駆動する。外側クラッチ群１６は、係合するとサンギア２０を駆動することができる。前側バンド２２は、プラネタリギア２０を停止させる。後側バンド２４は、プラネットキャリア１８を停止させる。リングギア２６は、出力軸２８にスプライン結合する。

図３はバンド組立体３２を示し、前側バンド２２及び後側バンド２４を含む。バンドマニホールド３４は、バンド２２、２４を作動させてギアセット１０を係合するための、ピストン組立体３６及び油圧弁３８と一緒に前側バンド２２及び後側バンド２４を支持する。

図４は、バンド組立体３２が入っている後側ギア組立体４０を示す。後側ギア組立体４０は、一端に設けられる後側クラッチ部分組立体４２と、他端に設けられるテールシャフト組立体４４とを含む。また、図４にはローラベアリング組立体４６及びパーキングパウル４８が示されている。

図２を参照すると、従来のプラネタリギアセットの作動原理は、１つのユニットの駆動、１つのユニットの保持、及び自由ユニットからの出力の取り出しに基づき、各ユニットは、サンギア２０、プラネットギア３０を備えるプラネットキャリア１８、及びリングギア２６である。クラッチ１４、１６及びブレーキバンド２２、２４は、各ユニットの保持及び駆動を制御する。一般的なプラネタリギアセット１０の作動原理は以下の通りである。プラネットキャリア１８を、例えば、自動車の駆動ホイールに動力を伝達する出力として使用する場合、プラネタリギアセット１０は、減速（速度が低いがトルクが大きい）状態で作動する。プラネットキャリア１８をエンジンから動力を受け取る入力として使用する場合、ギアセット１０は、オーバードライブ（速度が高いがトルクが小さい）状態で作動する。プラネットキャリア１８を後側バンド２で保持する場合、ギアセット１０は、後退状態で作動し、任意の２つのユニットをロックする場合、ギアセット１０は、直接駆動状態で作動し、ロック又は保持されるユニットがない場合、ギアセット１０は、ニュートラル状態で作動する。

従来、後退ギアは、外側クラッチ群１６に係合して、サンギアを駆動してプラネットキャリア１８を後側バンド２４で保持するようになっている。これにより、入力ハブ１２に対するリングギア２６の減速比及び逆回転がもたらされる。

本発明の好ましい実施形態では、外側クラッチ１６がサンギア２０と係合し、プラネットキャリア１８が後側バンド２４で保持される場合、第１のギア及び後退ギアの両方は、動力を伝達する。双方向原動機１１は、時計回りに回転して、後退ギアを駆動して回転方向が反転し、反時計回りに回転して第１のギアを駆動する。ギア比は、第１のギア及び後退ギアの両方に対して減速したままとなるが、出力方向は、逆方向又は順方向のどちらかとすることができる。後退ギアは、双方向原動機１１がプラネタリギアセット１０を駆動する場合、任意のギア比を得ることができるが、一般に、後退方向の移動は、減速回転によってもたらされる低速が好ましい。１対１の直接駆動の第２のギアは、内側クラッチ１４及び外側クラッチ１６の両方を係合する。これは入力ハブ１２をリングギア２６にロックし、ギアセット１０全体を入力と同じ方向に回転させる。オーバードライブは、内側クラッチ１４を係合して、プラネットキャリア１８を駆動し、後側バンド２４でサンギア２０を停止されるようになっている。結果的に、リングギア２６の入力ハブ１２と同じ回転方向へのオーバードライブとなる。

図５を参照すると、エネルギーを蓄積するための逆駆動時のステップを明白に示す本発明の概略図が示され、入力ハブ１２にスプライン結合された双方向原動機１１を含む。次に、入力ハブ１２はプラネタリギアセット１０を駆動して出力軸２８を回転させる。アキュムレータ５０が設けられており、逆駆動時にエネルギーを蓄積する。プラネタリギアセット１０は、従来のギアセットが備えるローラクラッチ等の逆転防止具（ｓｐｒａｇ）又は一方向クラッチを使用しないので、出力軸２８は、入力ハブ１２を強制的に回転させて、エネルギーをアキュムレータ５０に蓄えてシステムで再生利用することができる。一般に、逆駆動は、自動車が惰力で走行して減速する際に起きる。好都合には、蓄積されたエネルギーは、補助デバイスを駆動するために使用できる。

本発明は、好ましい実施形態と考えられるものに基づいて説明した。しかしながら、本発明は、発明の精神又は範囲から逸脱することなく、明確に例示及び説明したもの以外でも実施できることに留意されたい。

１０プラネタリギアセット
２６リングギア
２８出力軸
４６ローラベアリング組立体
４８パーキングパウル
５０アキュムレータ

Claims

プラネタリギアセット（１０）に動力を供給する双方向原動機（１１）と、
前記原動機（１１）の一方の端部に結合され、前記プラネタリギアセットをいずれかの方向に駆動するための入力軸（１２）と、
を備える、原動機組立体と共に使用するプラネタリギアセットであって、
前記プラネタリギアセット（１０）が、
１つのサンギア（２０）と、
前記サンギア（２０）の周りで回転するようにプラネットキャリア（１８）に取り付けられる１つのプラネットギアセット（３０）と、
前記プラネタリギアセット（１０）を取り囲む２つのバンド（２２、２４）と、
前記プラネタリギアセット（１０）を係合するための２つのクラッチ群（１４、１６）と、
含み、前記プラネタリギアセットは、
前記プラネタリギアセット（１０）の反対側の端部に結合され、前記プラネタリギアセット（１０）からの動力を受け取る出力軸（２８）、
を更に備え、
前記出力軸（２８）が、第１のギア、後退ギア、又は逆駆動の１つで駆動される、プラネタリギアセット。
前記２つのバンド（２２、２４）の１つがプラネットキャリア（１８）を保持し、前記クラッチ群（１４）の１つが前記サンギア（２０）を係合する、請求項１に記載の組立体。
前記双方向原動機（１１）が、電気モータ又は油圧モータの１つである、請求項１に記載の組立体。
前記プラネタリギアセット（１０）が、後退を含む３つのギア比を提供する、請求項１に記載の組立体。
前記プラネタリギアセット（１０）が、前記出力軸に第１のギア又は後退ギアのいずれか１つを提供する、請求項２に記載の組立体。
前記出力軸（２８）の逆転が、後退ギア又は逆駆動のいずれかを提供する、請求項５に記載の組立体。
前記双方向原動機（１１）が油圧モータであり、逆駆動時に動力を蓄積するためのアキュムレータ（５０）を更に備える、請求項６に記載の組立体。
双方向原動機（１１）によってプラネタリギアセット（１０）を駆動するための方法であって、
入力軸（１２）に動力を供給するための双方向原動機を準備する段階と、
プラネタリギアセット（１０）を駆動する段階と、
前記双方向原動機（１１）から動力を受け取るための出力軸（２８）を準備する段階と、
前記サンギアを駆動するためにクラッチ群（１６）を係合する段階と、
バンド（２４）を用いて前記プラネットキャリア（１８）を保持する段階と、
前記双方向原動機（１１）が、前記入力軸（１２）をいずれかの方向に回転させて、前記出力軸（２８）を、第１のギア、後退ギア、又は逆駆動の１つで駆動する段階と、
を含み、前記プラネタリギアセット（１０）が、
プラネットキャリア（１８）に取り付けられ、前記サンギア（２０）とかみ合う１つのプラネットギアセット（３０）と、
前記プラネタリギアセット（１０）を係合するための２つのクラッチ群（１４、１６）と、
前記プラネタリギアセット（１０）を保持するための２つのバンド（２２、２４）と、
を含むようになった方法。
前記第１のギアが、
前記原動機（１１）が前記入力軸（１２）を時計回りの方向に回転させ、出力軸（２８）を時計回りの方向に駆動する段階を含む、請求項８に記載の方法。
後退ギアが、
前記原動機（１１）が前記入力軸（１２）を時計回りの方向に回転させ、前記出力軸（２８）を反時計回りの方向に駆動する段階を含む、請求項８に記載の方法。
逆駆動が、
前記原動機（１１）が前記入力軸（１２）を時計回りの方向に回転させ、前記出力軸（２８）を反時計回りの方向に駆動する段階を含む、請求項１０に記載の方法。
前記原動機（１１）が、電気モータ又は油圧モータの１つである、請求項８に記載の方法。
前記原動機（１１）が、油圧モータであり、
前記出力軸からの動力を蓄積するためのアキュムレータ（５０）を準備する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
プラネタリギアセット（１０）を駆動するための方法であって、
前記プラネタリギアセット（１０）に動力を供給するための双方向原動機（１１）を準備する段階と、
前記プラネタリギアセット（１０）の一方の端部に結合される入力軸（１２）を準備する段階と、
前記プラネタリギアセット（１０）の他方の端部に結合される出力軸（２８）を準備する段階と、
前記双方向原動機（１１）が、前記入力軸（１２）をいずれかの方向に回転させて前記プラネタリギアセット（１０）に動力を供給する段階と、
前記プラネタリギアセット（１０）が、前記出力軸をいずれかの方向に駆動して３つのギア比及び後退を提供する段階と、
を含む方法。
前記プラネタリギアセット（１０）が、
プラネットキャリア（１８）に取り付けられ、前記サンギア（２０）とかみ合う１つのプラネットギアセット（３０）と、
前記プラネタリギアセット（１０）を係合するための２つのクラッチ群（１４、１６）と、
前記プラネタリギアセット（１０）を保持するための２つのバンド（２２、２４）と、
を含み、
前記入力軸（１２）を反時計回りに回転させる段階と、
前記プラネタリギアセット（１０）が前記出力軸（２８）と一緒になって後退ギアを提供する段階と、
を更に含む、請求項１４に記載の方法。
前記プラネタリギアセット（１０）が、
プラネットキャリア（１８）に取り付けられ、前記サンギア（２０）とかみ合う１つのプラネットギアセット（３０）と、
前記プラネタリギアセット（１０）を係合するための２つのクラッチ群（１４、１６）と、
前記プラネタリギアセット（１０）を保持するための２つのバンド（２２、２４）と、
を含み、
前記入力軸（１２）を時計回りに回転させる段階と、
前記プラネタリギアセット（１０）が前記出力軸（１１）と一緒になって第１のギアを提供する段階と、
を更に含む、請求項１４に記載の方法。
前記プラネタリギアセット（１０）が、
プラネットキャリア（１８）に取り付けられ、前記サンギア（２０）とかみ合う１つのプラネットギアセット（３０）を含み、
前記入力軸（１２）を反時計回りに回転させる段階と、
前記プラネタリギアセット（１０）が前記出力軸（２８）と一緒になって逆駆動を提供する段階と、
を更に含む、請求項１４に記載の方法。
前記双方向原動機（１１）が、電気モータ又は油圧モータの１つである、請求項１４に記載の方法。
前記双方向原動機（１１）が油圧モータであり、アキュムレータ（５０）を更に含む、請求項１７に記載の方法。
前記アキュムレータ（５０）が、逆駆動がもたらされる場合に動力を蓄積する段階を更に含む、請求項１９に記載の方法。