JP2019521299A - 自動車用の変速機及び自動車用のドライブトレイン - Google Patents

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Abstract

自動車用の変速機（Ｇ）は、駆動軸（ＧＷ１）と、出力軸（ＧＷ２）と、複数の遊星歯車セット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）と、複数のシフト要素（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）と、駆動軸に対して軸方向に平行に配置された電気機械（ＥＭ）とを備える。電気機械が、円筒歯車機構（ＳＴＧ）又はトラクションドライブ機構を用いて、駆動軸と一定の変速比を介して作動接続する。シフト要素を選択的に締結することにより、遊星歯車セットを用いて、駆動軸と出力軸との間で異なるギヤ段を切換可能である。シフト要素のうちの１つのシフト要素（Ｂ）の作動要素（ＢＫ）は、少なくとも部分的に、円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構の、駆動軸に対して同軸に配置された要素（ＳＴＧ１）の径方向内側に配置されている。作動要素が、駆動軸の回転軸に対して直角に配向された面（Ｅ１）に、円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構と共に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用の変速機、及びそうした変速機を備える自動車用のドライブトレインに関する。本明細書中でいう変速機とは、特に多段変速機である。多段変速機においては、多数のギヤ、つまり固定変速比を、変速機の駆動軸と出力軸との間で、シフト要素によって、好適には自動で切換可能である。本明細書中では、シフト要素は、例えばクラッチ又はブレーキである。この種の変速機は、主に自動車において、駆動ユニットの回転数出力特性及びトルク出力特性を、適切な方法で、車両の走行抵抗に対して調整するために使用される。
国際出願のドイツ語翻訳文の公開第１１ ２０１２ ００３ ４０６号は、ハイブリッド駆動装置を開示する。このハイブリッド駆動装置においては、電気モータが、第１軸と平行な第２軸上に配置されている。第１軸上には、入力軸とカウンタドリブンギヤを備える変速機構が配置されている。カウンタドリブンギヤは、差動装置を介して、自動車の駆動輪と接続されている。電気モータは、円筒歯車ピニオンとして形成された連結機構を介して、入力軸と接続されている。変速機のギヤ構成部分は、概略的にのみ示されている。
ドイツ特許出願公開第１０ ２００９ ０１８ ９５８号は、多段変速機を開示する。この多段変速機は、ハウジング、３つの遊星歯車セット、並びに第１軸、第２軸及び第３軸を備える。第３軸は、第１軸及び第２軸に対して、軸方向にずらして配置されている。図３に示す実施形態によれば、多段変速機は電気機械を備える。この電気機械は、第３軸に対して同軸に配置されている。電気機械は、チェーン接続又はベルト接続を介して、第２軸と常に作動接続する。
従来技術で既知の両方の装置は、自動車の走行方向に対して横向に配向された自動車ドライブトレインでの使用を意図している。この種の装置は、通常、軸方向の構造長を可及的に短くするよう、最適化するためのものである。なぜなら、駆動機械と変速機からなる軸方向の混合構成が、自動車フロント構造のサイドレールの間に配置されているためである。
国際出願のドイツ語翻訳文の公開第１１ ２０１２ ００３ ４０６号 ドイツ特許出願公開第１０ ２００９ ０１８ ９５８号
従って本発明の課題は、軸方向の構造長が特に短いことを特徴とする、自動車用の変速機を提供することである。
この課題は、請求項１に記載の特徴により解決される。有利な構成は、従属請求項、明細書の記載、及び図面から明らかとなる。
変速機は、駆動軸と、出力軸と、複数の遊星歯車セットと、複数のシフト要素と、駆動軸に対して軸方向に平行に配置された電気機械と、を備える。シフト要素を選択的に締結することにより、遊星歯車セットを用いて、駆動軸と出力軸との間で異なるギヤ段を切換可能である。電気機械は、円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構を用いて、駆動軸と常に作動接続する。駆動軸と電気機械との間の変速比は、一定である。
円筒歯車機構は、１つ以上の中間歯車を備えることができる。中間歯車の回転軸は、電気機械のロータの回転軸に対して軸方向に平行であり、駆動軸の回転軸に対して軸方向に平行である。トラクションドライブ機構の例は、チェーン、Ｖベルトであり、又はコグベルトである。
本発明により、シフト要素のうちの１つのシフト要素の作動要素は、少なくとも部分的に、円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構の、駆動軸に対して同軸に配置された要素の径方向内側に配置されている。作動要素が、駆動軸の回転軸に対して直角に配置された面に、円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構と共に配置されている。
換言すると、シフト要素の作動要素は、少なくとも部分的に、円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構の、駆動軸に対して同軸に配置された要素の径方向内側に入れ子になっている。円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構の要素、及び作動要素は、共通の面に配置されている。共通の面は、駆動軸に対して直角に配向されている。
本発明による構成により、変速機の軸方向の構造長を低減することができる。なぜなら、円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構及び作動要素が、もはや軸方向で前後に配置されていないためである。
好適な一構成によれば、作動要素は、液圧を印加可能なピストンである。この種のピストンは、典型的に、回転対称に形成されている。従ってこの種のピストンを、簡単な方法で、少なくとも部分的に、円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構の要素の径方向内側に配置することができる。
好適には、ピストンに液圧を印加する液圧流体、及び円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構を潤滑する液圧流体を、相互に分離された流路を介して供給する。これらの流路は、部分的に、駆動軸の内部に配置されている。円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構を潤滑する流路を通じて、駆動軸の転がり軸受にも潤滑油を供給することができる。駆動軸から始まるこの種の中央液圧流体供給は、同様に、変速機をコンパクトな設計にすることにも寄与する。
好適には、変速機は、変速機外の駆動ユニットへの、例えば内燃機関への、インターフェイスを備える。インターフェイスは、変速機外の駆動ユニットの回転運動を、変速機の駆動軸へ伝達するよう形成されている。インターフェイスは、例えばフランジ又は差込歯部として形成されてよい。インターフェイスは、駆動軸上に形成されていてよく、又は駆動軸と接続可能な連結軸上に形成されていてもよい。インターフェイスは、例えば、駆動軸と接続するハイドロダイナミック式トルクコンバータに形成されていてもよい。ハイドロダイナミック式トルクコンバータは、始動要素としての役割を果たす。円筒歯車機構又はトラクションドライブ機構は、この場合、変速機外の駆動ユニットへのインターフェイスとは反対側の、変速機の軸方向の端部に配置されている。
変速機は、自動車用のドライブトレインの構成部分とすることができる。ドライブトレインは、変速機に加えて、内燃機関も備える。内燃機関は、変速機内又は変速機外のねじり振動ダンパを介して、変速機の駆動軸とねじり弾性的に接続される、又は分離クラッチを介して接続可能である。出力軸は、変速機内又は変速機外の差動歯車装置と作動接続する。差動歯車装置の出力軸は、自動車の駆動輪と接続されている。変速機は、電気機械と共に、自動車の複数の駆動モードを可能にする。電気走行駆動において、自動車は変速機の電気機械によって駆動される。内燃機関駆動において、自動車が内燃機関によって駆動される。ハイブリッド駆動において、自動車が内燃機関と変速機の電気機械の両方によって駆動される。
本発明の実施形態は、以下に添付の図面を参照して詳述される。
本発明による変速機の概略図である。 本発明による変速機の領域の断面図である。 自動車用のドライブトレインの図である。
図１は、変速機Ｇの概略図を示す。変速機Ｇは、駆動軸ＧＷ１と、出力軸ＧＷ２と、第１遊星歯車セットＰ１と、第２遊星歯車セットＰ２と、第３遊星歯車セットＰ３と、５つのシフト要素Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅと、電気機械ＥＭと、ねじり振動ダンパＴＳと、連結軸ＡＮと、分離クラッチＫ０と、を備える。
３つの遊星歯車セットＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、駆動軸ＧＷ１に対して同軸に配置されている。出力軸ＧＷ２は、第１遊星歯車セットＰ１のキャリア及び第３遊星歯車セットＰ３の内歯車と、常に接続されている。第１遊星歯車セットＰ１の内歯車は、第２遊星歯車セットＰ２のキャリアと常に接続されている。第２遊星歯車セットＰ２の内歯車は、第３遊星歯車セットＰ３のキャリアと常に接続されている。第２遊星歯車セットＰ２の太陽歯車は、駆動軸ＧＷ１と常に接続されている。シフト要素Ａを締結することにより、第１遊星歯車セットＰ１の太陽歯車を、変速機ＧのハウジングＧＧに対して回転不能な状態で固定可能である。シフト要素Ｂを締結することにより、駆動軸ＧＷ１を、第３遊星歯車セットＰ３の太陽歯車と接続可能である。シフト要素Ｃを締結することにより、第３遊星歯車セットＰ３の太陽歯車を、回転不能な状態で固定可能である。シフト要素Ｄを締結することにより、第３遊星歯車セットＰ３のキャリアを、回転不能な状態で固定可能である。シフト要素Ｅを締結することにより、駆動軸ＧＷ１を、第３遊星歯車セットＰ３のキャリアと接続可能である。
シフト要素Ａ、Ｂ、Ｃ及びＥは、例示的に、摩擦結合型シフト要素として形成されている。一方シフト要素Ｄは、形状結合型シフト要素として形成されている。
変速機Ｇは、例えば内燃機関として形成することができる、変速機外の駆動ユニットへのインターフェイスＧＡを備える。インターフェイスＧＡは、変速機外の駆動ユニットの回転数を駆動軸ＧＷ１へ伝達するよう、調整されている。インターフェイスＧＡと駆動軸ＧＷ１との間には、ねじり振動ダンパＴＳ及び分離クラッチＫ０が配置されている。分離クラッチＫ０を締結することにより、駆動軸ＧＷ１は連結軸ＡＮと接続可能である。連結軸ＡＮ上には、インターフェイスＧＡが配置されている。
出力軸ＧＷ２は、一部分に円筒歯車歯部を備える。円筒歯車歯部は、出力軸ＧＷ２と、出力軸ＧＷ２に対して軸方向に平行に配置された図示されない差動歯車装置ＡＧとの間で、動力を伝達する役割を果たす。差動歯車装置ＡＧは、変速機Ｇの構成部分であってよい。
電気機械ＥＭは、ハウジングＧＧに対して回転不能なステータと、回転可能なロータと、を備える。電気機械ＥＭが、駆動軸ＧＷ１に対して軸方向に平行に配置されている。ロータは、円筒歯車機構ＳＴＧを介して、駆動軸ＧＷ１に対して常に作動接続する。円筒歯車機構ＳＴＧが、図示の実施形態において中間歯車を備える。中間歯車が、ハウジングＧＧに回転可能に支承されている。この中間歯車は、円筒歯車機構ＳＴＧの、駆動軸ＧＷ１に対して同軸に配置された要素ＳＴＧ１と噛合う。シフト要素Ｂを作動させる作動要素ＢＫは、この場合、要素ＳＴＧ１の径方向内側に配置されている。円筒歯車機構ＳＴＧの構成部分及び作動要素ＢＫは、面Ｅ１に配置されている。面Ｅ１は、駆動軸の軸に対して垂直に配向されている。円筒歯車機構ＳＴＧに対して代替的に、トラクションドライブ機構、例えばチェーンドライブを使用することができる。
図２は、図１に示す第１実施形態による変速機Ｇの部分的な断面図を示す。
図３は、自動車のドライブトレインを概略的に示す。内燃機関ＶＫＭは、ねじり振動ダンパＴＳを介して、変速機Ｇの連結軸ＡＮと接続されている。これに対して代替的に、内燃機関ＶＫＭは、ねじり振動ダンパＴＳを介して、変速機Ｇの駆動軸ＧＷ１と直結されてもよい。ドライブトレインは、ハイドロダイナミック式トルクコンバータを含んでもよい。ハイドロダイナミック式トルクコンバータは、パワーフローにおいて内燃機関ＶＫＭと変速機Ｇの駆動軸ＧＷ１との間に配置されている。そうしたトルクコンバータは、ロックアップクラッチを含んでもよい。当業者は、外部境界条件に応じて、ドライブトレインの個々の構成部品の構成及び空間的位置を自由に設計するであろう。出力軸ＧＷ２は、差動歯車装置ＡＧと作動的に接続されている。出力軸ＧＷ２に作用する動力は、差動歯車装置ＡＧを介して自動車の駆動輪に分配される。
Ｇ 変速機
ＧＧ ハウジング
ＧＷ１ 駆動軸
ＧＷ２ 出力軸
ＥＭ 電気機械
Ｐ１ 第１遊星歯車セット
Ｐ２ 第２遊星歯車セット
Ｐ３ 第３遊星歯車セット
Ａ シフト要素
Ｂ シフト要素
Ｃ シフト要素
Ｄ シフト要素
Ｅ シフト要素
ＢＫ 作動要素
ＳＴＧ 円筒歯車機構
ＳＴＧ１ 円筒歯車機構の要素
Ｅ１ 面
ＧＡ インターフェイス
Ｋ０ 分離クラッチ
ＴＳ ねじり振動ダンパ
ＡＮ 連結軸
ＶＫＭ 内燃機関
ＡＧ 差動歯車装置
ＤＷ 駆動輪

Claims (5)

  1. 駆動軸（ＧＷ１）と、出力軸（ＧＷ２）と、複数の遊星歯車セット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）と、複数のシフト要素（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）と、前記駆動軸（ＧＷ１）に対して軸方向に平行に配置された電気機械（ＥＭ）と、を備える自動車用の変速機（Ｇ）であって、前記電気機械（ＥＭ）が、円筒歯車機構（ＳＴＧ）又はトラクションドライブ機構を用いて、前記駆動軸（ＧＷ１）と一定の変速比を介して作動接続し、
    前記シフト要素（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）を選択的に締結することにより、前記遊星歯車セット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を用いて、前記駆動軸（ＧＷ１）と前記出力軸（ＧＷ２）との間で異なるギヤ段を切換可能であり、
    前記シフト要素のうちの１つのシフト要素（Ｂ）の作動要素（ＢＫ）は、
    少なくとも部分的に、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）又は前記トラクションドライブ機構の、前記駆動軸（ＧＷ１）に対して同軸に配置された要素（ＳＴＧ１）の径方向内側に配置され、
    前記作動要素（ＢＫ）が、前記駆動軸（ＧＷ１）の回転軸に対して直角に配向された面（Ｅ１）に、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）又は前記トラクションドライブ機構と共に配置されていることを特徴とする変速機（Ｇ）。
  2. 請求項１に記載の変速機（Ｇ）であって、前記作動要素（ＢＫ）が、液圧を印加可能なピストンであることを特徴とする変速機（Ｇ）。
  3. 請求項２に記載の変速機（Ｇ）であって、前記ピストンに液圧を印加する液圧流体、及び前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）又は前記トラクションドライブ機構を潤滑する液圧流体を、相互に分離された流路を介して供給し、前記流路は、部分的に、前記駆動軸（ＧＷ１）の内部に配置されていることを特徴とする変速機（Ｇ）。
  4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の変速機（Ｇ）であって、変速機外の駆動ユニットへのインターフェイス（ＧＡ）を一方の端部に備え、前記インターフェイス（ＧＡ）を用いて、前記変速機外の駆動ユニットの回転運動を前記駆動軸（ＧＷ１）へ伝達可能であり、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）又は前記トラクションドライブ機構が、前記変速機外の駆動ユニットへの前記インターフェイス（ＧＡ）とは反対側の、前記変速機（Ｇ）の端部に配置されていることを特徴とする変速機（Ｇ）。
  5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の変速機（Ｇ）を特徴とする、自動車用のドライブトレイン。
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