JP2019534822A - ハイブリッドモジュールおよびパワートレーン - Google Patents

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Abstract

本発明は、内燃機関を連結する自動車用のハイブリッドモジュールと、本発明に係るハイブリッドモジュールを備えるパワートレーンとに関する。ハイブリッドモジュール(1)は、自動車用に内燃機関を連結するように構成されており、回転軸線(2)上に配置されるロータ(11)を有する電気機械(10)と、ロータ(11)により囲繞される空間(15)内に配置されている、駆動ユニットのトルクを伝達する少なくとも1つのクラッチ(30,40,50)とを備えている。さらに、ハイブリッドモジュールは、ロータ(11)に少なくとも回転に関して堅固に結合され、同じく回転軸線(2)上に配置される回転部材(70)を備え、回転部材(70)は、回転軸線(2)から半径方向でロータ(11)より大きく延在し、ロータ(11)および/またはクラッチ(30,40,50)から回転部材(70)に入る熱は、回転部材(70)の周囲に導出可能である。ここで提案するハイブリッドモジュールにより、低コストに製造可能であるとともに、低い損失モーメントを有する、複数のクラッチ、理想的には乾式の実施の形態でもあるクラッチが組み込まれたコンパクトなユニットが提供される。

Description

本発明は、内燃機関を連結する自動車用のハイブリッドモジュールと、本発明に係るハイブリッドモジュールを備えるパワートレーンとに関する。
化石資源を節減し、かつ排ガスを減少させる必要性が増していることで、内燃機関の運転を電気機械の運転と組み合わせることが可能な自動車の需要が増している。この目的のために、内燃機関と電気機械とをシーケンシャルに運転すること、または同時に運転することも可能にするハイブリッドモジュールが必要とされている。昨今の自動車は、さらに、シフト動作をより効率的に実行できるデュアルクラッチトランスミッションを備えている。
当今入手可能なハイブリッドモジュールは、電気モータと、遮断クラッチと、その操作システムと、軸受と、複数のハウジングコンポーネントとを備え、これらのハウジングコンポーネントは、3つの主コンポーネントを結合して、機能性の高い1つのユニットを形成している。電気モータは、電気的な走行と、内燃機関運転に対する出力増大と、回生とを可能にする。遮断クラッチと、その操作システムとは、内燃機関の断接を提供する。
独国特許出願公開第102013006857号明細書において、トリプルクラッチ装置を備えるハイブリッドモジュールが公知である。このトリプルクラッチ装置は、ハイブリッドモジュールを駆動ユニット、例えば内燃機関に接続する遮断クラッチと、デュアルクラッチトランスミッションの両部分クラッチとを有している。さらに、ハイブリッドモジュールは、ロータを有する電気モータの形態の電気機械を備えている。ハイブリッドモジュールの遮断クラッチは、ロータにより包囲される空間内に配置されている。さらに、両部分クラッチの一方の部分クラッチの一部区間は、ロータにより囲繞されるこの空間内に配置されている。この部分クラッチの残余の領域と、他方の部分クラッチとは、確かにロータ空間外に配置されているが、電気機械のロータに極めて密接に配置されている。使用されるクラッチは、好ましくは湿式クラッチとして構成されている。
さらに、ハイブリッドモジュールであって、遮断クラッチが、乾式クラッチとして構成され、同じくハイブリッドモジュールの電気機械のロータにより囲繞される空間内に配置されているハイブリッドモジュールが公知である。
電気機械は、最適な動作温度範囲をもって設計されている。上限が一般に160℃と規定されているこの最適範囲を電気機械内の温度が超えてしまうと、電気機械の効率は、下がる。
それゆえ、本発明の根底にある課題は、提供されている構造容積を最適に利用した上で、高い技術的効率を示すハイブリッドモジュールを提供することである。
上記課題は、請求項1記載の本発明に係るハイブリッドモジュールにより解決される。本発明に係るハイブリッドモジュールの有利な構成形態は、従属請求項2ないし9に記載されている。
本発明の補足として、請求項10記載の、本発明に係るハイブリッドモジュールを備えるパワートレーンを提供する。
特許請求の範囲の複数の特徴は、技術的に有意義なあらゆる方式および形式にて組み合わせ可能であって、組み合わせには、本発明の補足的な構成を包含する以下の説明に記載の記述および図面に記載の特徴も援用可能である。
以下に言及する半径方向、軸方向および周方向なる概念は、本発明の範囲内では常にハイブリッドモジュールの回転軸線に関する。
本発明は、内燃機関を連結する自動車用のハイブリッドモジュールであって、回転軸線上に配置されるロータを有する電気機械と、ロータにより囲繞される空間内に配置されている、駆動ユニットのトルクを伝達する少なくとも1つのクラッチと、ロータに少なくとも回転に関して堅固に結合され、同じく回転軸線上に配置される回転部材と、を備えるハイブリッドモジュールにおいて、回転部材は、回転軸線から半径方向でロータより大きく延在し、ロータおよび/またはクラッチから回転部材に入る熱は、回転部材の周囲に導出可能であることを特徴とする、ハイブリッドモジュールに関する。
このように、クラッチの摩擦面に生じる熱エネルギは、迅速に回転部材の周囲空気に導出され、そこから対流によってさらにハイブリッドモジュールおよび伝動機構のハウジングに導出される。
本発明は、乾式クラッチ用にも湿式クラッチ用にも、特にいわゆるP2ハイブリッドモジュール(P2−Hybridmodul)において使用可能であり、効果的な熱導出により特に乾式クラッチにおいて最適な作用を発現し、その結果、ハイブリッドモジュール内での乾式クラッチの使用が可能となり、ハイブリッドモジュールは、したがって高い効率を有する、あるいは本発明に係るハイブリッドモジュールが運転中に発生させる損失モーメントは僅かである。回転部材を回転対称に構成した場合、回転部材の半径方向外側の縁部は、電気機械のロータとステータとの間の間隙を大幅に越えて延出していることが望ましく、その結果、回転部材は、電気機械および/またはクラッチから回転部材に入る熱を蓄え、回転部材の周囲に伝え、これによりハイブリッドモジュールの外側へ導くべく、その半径方向外側に大きな面積および高い周速度を有している。
回転軸線は、電気機械の回転軸線であり、好ましくは、ハイブリッドモジュール内に配置されているクラッチの回転軸線でもある。
ロータにより囲繞される空間は、半径方向で電気機械のロータの中空円筒形の内面により包囲されている空間である。特に回転部材は、それぞれのクラッチのクラッチカバーであってもよいし、または外側のクラッチハウジングであってもよい。クラッチカバーあるいはクラッチハウジングは、回転に関しても並進に関しても、電気機械のロータに堅固に機械的に結合されている。
好ましくは、回転部材の少なくとも一部領域、場合によっては全体が、同じくロータにより囲繞される空間内に配置されている。
回転部材は、クラッチの構成部分を形成していてもよい。特に回転部材は、ロータにより囲繞される空間内に配置される少なくとも1つの摩擦クラッチのカウンタプレッシャプレートとして用いられてもよい。
さらに、ハイブリッドモジュールは、ロータにより囲繞される空間内に複数のクラッチが配置されており、回転部材が、複数のクラッチの構成部分であるように構成されていてもよい。
そうして、例えばデュアルクラッチ装置のK1と称呼される第1の部分クラッチおよびK2と称呼される第2の部分クラッチならびに/またはハイブリッドモジュールへのトルク伝達を実現し得る遮断クラッチと称呼されるK0は、ロータにより囲繞される空間内に配置されていることができる。場合によっては、これらのクラッチのうちの2つだけが、ロータにより囲繞される空間内に配置されていてもよく、第3のクラッチは、ロータに対して軸方向でオフセットされて配置されている。例えばデュアルクラッチトランスミッションの操作に必要とされるようなデュアルクラッチの構成の場合、回転部材は、デュアルクラッチの両部分クラッチのカウンタプレッシャプレートとしても用いることができる。
電気機械のロータは、ロータキャリアに配置されていてもよく、ロータに結合される回転部材は、ロータキャリアに機械的に堅固に接続される構成部材であるか、またはロータキャリアの一体の構成部分である。
有利には、回転部材は、回転対称に形成されており、回転部材の直径Dtは、ロータの直径Drに対して以下の比:Dt/Dr=1.1ないし2.0にある。回転部材の大きな直径により、回転部材の半径方向外側の領域の高い周速度が保証され、その結果、回転部材を包囲する空気中での乱流の形成が促進され、このことは、熱導出の効果をさらに高める。
効率的な熱導出の目的で、さらに、回転部材は、回転部材の半径方向外側に、軸方向で相並んで配置される複数の構成部材セグメントを有している。すなわち、特に回転部材の、ロータ外に導き出された領域の壁は、回転部材の半径方向外側の縁部で折り返されるように存在し、その結果、ここで回転部材の材料は、回転軸線に対して平行に二重あるいは多重に存在している。ただし、本発明は、回転部材をこのように曲げた構成に限定されるものではなく、構成部材セグメントは、少なくとも1つのリング形のセグメントが、回転部材の、ロータ空間外に導き出され、略面状に構成されるセグメントに付加的に取り付けられているように、相並んで配置されていても構わない。曲げによって付加的に配置されるこの折り畳まれた質量体により、回転部材は、追加の拡大した表面積を有し、この拡大した表面積は、熱導出の効果を高める。
その際、それにもかかわらず回転部材の半径方向外側の縁部は、ハイブリッドモジュールのハウジング内の空気、いわゆるベル状空気(Glockenluft)が高い速度でその縁部の周りを流動することができるように構成されていることが望ましい。好ましくは、空気は、(遠心送風機に類似して)遠心力により半径方向外方に流動し、かつ回転運動により付加的に周方向で同じく高い速度で回転部材の表面の周りを流動することが望ましい。
構成部材セグメント間には、隣接する構成部材セグメントのうちの最も薄い構成部材セグメントの壁の厚さの少なくとも1/10である間隔があることが望ましい。その際、構成部材セグメントは、半径方向外側に配置される複数のウェブを介して互いに結合されていてもよく、さらなる熱導出の目的で、構成部材セグメント間に含まれる暖められた空気の半径方向の流出を可能にすべく、これらのウェブは、全体として回転部材の周の1/5より多くをカバーしない、特に1/10より多くをカバーしないことが望ましい。
技術的に好適な別の一構成では、回転部材は、少なくとも回転部材の半径方向外側の領域に、回転部材が回転したときに少なくとも半径方向の成分を有する空気流動の形成を促進する形状要素を有している。このことは、回転部材の外側の領域が、ベル状空気の流動速度を高める相応の幾何学形状を有していることを意味している。このような幾何学形状は、例えば遠心送風機の羽根に類似して構成することができる。
ロータにより囲繞される空間外に回転部材を導き出す目的で、好ましくは、回転部材は、半径方向内側の領域と、半径方向外側の領域と、半径方向内側の領域と半径方向外側の領域との間の屈曲領域とを有し、半径方向内側の領域は、ロータにより囲繞される空間内に配置されており、半径方向外側の領域は、軸方向に沿ってオフセットされてロータの片側を延在している。ただし、本発明において、半径方向外側の領域とロータとの間にハイブリッドモジュールのさらに別の構成部材が配置されている可能性を排除すべきでない。
さらに、本発明の補足として、内燃機関と、本発明に係るハイブリッドモジュールと、駆動伝動機構と、を備え、ハイブリッドモジュールは、クラッチにより内燃機関および駆動伝動機構に機械的に結合されている、自動車用のパワートレーンを提供する。
パワートレーンは、駆動ユニット、例えばエネルギ変換機械、好ましくは内燃機関または電気式の駆動機械により提供され、その被動軸を介して放出されるトルクを、少なくとも1つの消費器のために断接自在に伝達するように構成されている。消費器は、例えば自動車の駆動輪、または電気エネルギを提供する発電機である。反対に、例えば駆動輪から入力される慣性エネルギの取り込みも実施可能である。この場合は、駆動輪が駆動ユニットを形成し、その慣性エネルギは、摩擦クラッチにより発電機に、回生のために、つまり制動エネルギを電気的に蓄えるために、相応に構成されたパワートレーン内で伝達可能である。
上述の発明について、以下に、該当する技術的な背景を前提として、好ましい構成を示す添付の図面を参照しながら詳しく説明する。本発明は、純然たる概略図により何ら限定されるものではない。付言するならば、図面に示す実施例は、図示の寸法に限定されるものではない。
本発明に係るハイブリッドモジュールの第1の実施の形態の断面図である。 本発明に係るハイブリッドモジュールの回転部材の斜視部分断面図である。 本発明に係るハイブリッドモジュールの回転部材の斜視図である。 本発明に係るハイブリッドモジュールの第2の実施の形態の断面図である。
これにより図1および4は、回転部材の2つの異なる実施の形態を示しており、したがって本発明に係るハイブリッドモジュール全体の2つの異なる実施の形態も示している。図2および3は、同じ回転部材を異なる図示で示している。
まず、本発明に係るハイブリッドモジュールの全般的な構造を、図1を基に説明する。ハイブリッドモジュール1は、回転軸線2を有し、回転軸線2上には、図1に示した実施の形態では、2マス振動体3と、図1には示さない駆動ユニット、例えば内燃機関を接続する駆動軸4と、デュアルクラッチトランスミッションの第1の被動軸5と、デュアルクラッチトランスミッションの第2の被動軸6とが、ともに配置されている。同じく回転軸線2上には、電気機械10が配置されており、電気機械10のロータ11は、ステータ13内で回転軸線2回りに回転する。ロータ11は、ロータキャリア12上に配置されている。さらに、ハイブリッドモジュール1は、第1の被動軸5に機械的に連結される第1のクラッチ30と、第2の被動軸6に連結される第2のクラッチ40とを備えている。第1のクラッチ30と第2のクラッチ40とは、図1には示さないデュアルクラッチトランスミッションのクラッチユニット20を形成している。好ましくは、ここに配置されるクラッチ、すなわち、少なくとも第1のクラッチ30と第2のクラッチ40とは、乾式クラッチとして構成されている。
さらに、ハイブリッドモジュール1は、遮断クラッチ50を備え、遮断クラッチ50により駆動軸4は、ロータキャリア12を介してロータ11に機械的に結合可能である。
部分クラッチを操作すべく、第1のクラッチ30には、第1の操作システム33が割り当てられ、第2のクラッチ40には、第2の操作システム43が割り当てられている。遮断クラッチ50には、遮断クラッチ操作システム54が割り当てられている。操作システム33,43,54により、それぞれのクラッチ30,40,50は開閉され、こうしてトルクが伝達される。遮断クラッチ操作システム54の操作により、遮断クラッチ50の圧着プレート52が、軸方向で変位され、その結果、この圧着プレート52は、クラッチディスク51を圧着プレート52と、遮断クラッチ50のカウンタプレッシャプレート53との間で摩擦結合式に固定し、こうしてトルクを駆動軸4から、遮断クラッチ50のクラッチディスク51に結合されたロータキャリア12に伝達することができる。第1の操作システム33あるいは第2の操作システム43を介した第1のクラッチ30あるいは第2のクラッチ40の操作次第で、それぞれの圧着プレート、すなわち第1の圧着プレート32または第2の圧着プレート42は、第1のクラッチディスク31あるいは第2のクラッチディスク41がそれぞれの圧着プレート32,42と1つのカウンタプレッシャプレート71との間で摩擦結合式に固定されるように軸方向で変位され、その結果、カウンタプレッシャプレート71に堅固に結合されたロータキャリア12からそれぞれのクラッチディスク、すなわち第1のクラッチディスク31あるいは第2のクラッチディスク41を介して、第1の被動軸5あるいは第2の被動軸6にトルクを伝達することができる。
第1のクラッチ30に用いられ、第2のクラッチ40にも用いられるカウンタプレッシャプレート71は、図1では、軸方向で電気機械10のロータ11の隣とステータ13の隣とを半径方向外方に延在する回転部材70として構成されている。この回転部材70は、取り付け手段60(本実施の形態では、図示のねじ)によって堅固にロータキャリア12に結合されている。これにより、電気機械10のロータ11から、電気機械10の熱が、ロータキャリア12を介して回転部材70に熱伝導によって簡単に運ばれ、そこから回転部材の周囲、ここでは「ベル状空気」80に熱を放出することができる。このベル状空気80の熱は、対流を介して、図1には一部しか示していない包囲するハウジング7に導出され、そこからハイブリッドモジュール1の周囲空気に導出することができる。
遮断クラッチ50が完全に、そして第1のクラッチ30が部分的に、ロータ11により囲繞される空間15内に配置されていることが看取可能である。ロータにより囲繞されるこの空間15は、ロータ11が回転したときにロータ11の内面により形成されている観念的な円筒である。
ロータ11の直径Drが、回転部材70の直径Dtよりも遥かに小さいことが明瞭に看取可能である。これにより、回転部材70の面積が極めて大きく、これにより周囲への熱放出のために大きな面積が提供されることが保証される。加えて、回転部材70の半径方向外側の領域は、ロータ11自体よりも高い周速度を有しているので、これによっても周囲への効率的な熱導出が保証されている。このことは、高い速度が、熱導出を促進する乱流をベル状空気80中に形成するためになおさらである。
さらに、回転部材70が、軸方向で相並んで配置される複数の構成部材セグメント72を有していることが看取可能である。これに関しては、図2および3を参照されたい。
図2および3からは、これらの構成部材セグメント72が、半径方向の延在に関して互いに平行に配置されており、これらの構成部材セグメント72間に、構成部材セグメント72からの熱の放出を促進し、ひいては全体として回転部材70の表面積を拡大する間隔75あるいは間隙が生じることが看取可能である。そして、回転部材70は、リング形のセグメント73を有しており、リング形のセグメント73は、複数のウェブ76を介して、少なくとも回転部材70の半径方向外側の領域に形成される面状のセグメント74に接続されている。このようなウェブ76は、構成部材セグメント72間の間隔75の領域に存在する空気が、回転部材70の回転と、その際に空気に作用する遠心力とに基づいて、半径方向でリング形のセグメント73と面状のセグメント74との間の領域から流出可能であるように細く構成されている。ロータ11により囲繞される空間15からの電気機械および/またはクラッチの熱の導出を実現すべく、あるいは熱伝導を介して電気機械10から熱を逃がすべく、回転部材は、カウンタプレッシャプレート71としても用いられる半径方向内側の領域77を有している。この半径方向内側の領域77には、屈曲領域79が接続しており、他方、屈曲領域79からは、半径方向外方に、半径方向外側の領域78が延在している。この半径方向外側の領域78は、回転部材70の面状のセグメント74をなしており、面状のセグメント74には、説明したように複数のウェブ76を介してこれに対して平行にリング形のセグメント73が接続している。
図4には、本発明に係るハイブリッドモジュールの、図1に示したものと類似の一実施形態を示してある。図1に示した実施例との相違点は、図4に示した実施変化態様では、回転部材70が、半径方向外側の領域78としての面状のセグメント74しか有しておらず、図1に示したような、これに対して平行に配置される質量体を有していない点にある。
図1および4に示した両実施例は、回転部材70の直径Dtがロータ11の直径Drよりも大幅に大きい点で共通している。すなわち、回転部材70の半径方向外側の領域78は、回転軸線2に関して、電気機械10のステータ13とロータ11との間の間隙14が回転軸線2に対して有する間隔よりも遠く半径方向外方に達している。
ここで提案するハイブリッドモジュールにより、低コストに製造可能であるとともに、低い損失モーメントを有する、複数のクラッチ、理想的には乾式の実施の形態でもあるクラッチが組み込まれたコンパクトなユニットが提供される。
1 ハイブリッドモジュール
2 回転軸線
3 2マス振動体
4 駆動軸
5 第1の被動軸
6 第2の被動軸
7 ハウジング
10 電気機械
11 ロータ
12 ロータキャリア
Dr ロータの直径
13 ステータ
14 間隙
15 ロータにより囲繞される空間
20 クラッチユニット
30 第1のクラッチ
31 第1のクラッチディスク
32 第1の圧着プレート
33 第1の操作システム
40 第2のクラッチ
41 第2のクラッチディスク
42 第2の圧着プレート
43 第2の操作システム
50 遮断クラッチ
51 遮断クラッチのクラッチディスク
52 遮断クラッチの圧着プレート
53 遮断クラッチのカウンタプレッシャプレート
54 遮断クラッチ操作システム
60 取り付け手段
70 回転部材
71 カウンタプレッシャプレート
Dt 回転部材の直径
72 構成部材セグメント
73 リング形のセグメント
74 面状のセグメント
75 間隔
76 ウェブ
77 半径方向内側の領域
78 半径方向外側の領域
79 屈曲領域
80 ベル状空気

Claims (10)

  1. 内燃機関を連結する自動車用のハイブリッドモジュール(1)であって、
    回転軸線(2)上に配置されるロータ(11)を有する電気機械(10)と、
    前記ロータ(11)により囲繞される空間(15)内に配置されている、駆動ユニットのトルクを伝達する少なくとも1つのクラッチ(30,40,50)と、
    前記ロータ(11)に少なくとも回転に関して堅固に結合され、同じく前記回転軸線(2)上に配置される回転部材(70)と、
    を備えるハイブリッドモジュール(1)において、
    前記回転部材(70)は、前記回転軸線(2)から半径方向で前記ロータ(11)よりも大きく延在し、前記ロータ(11)および/または前記クラッチ(30,40,50)から前記回転部材(70)に入る熱は、前記回転部材(70)の周囲に導出可能である、
    ことを特徴とするハイブリッドモジュール。
  2. 前記回転部材(70)の少なくとも一部領域は、同じく前記ロータ(11)により囲繞される前記空間(15)内に配置されていることを特徴とする、請求項1記載のハイブリッドモジュール。
  3. 前記回転部材(70)は、前記クラッチ(30,40,50)の構成部分を形成し、特に前記回転部材(70)は、前記ロータ(11)により囲繞される前記空間(15)内に配置される少なくとも1つの摩擦クラッチ(30,40,50)のカウンタプレッシャプレート(53,71)として用いられることを特徴とする、請求項1または2記載のハイブリッドモジュール。
  4. 前記ロータ(11)により囲繞される前記空間(15)内に複数のクラッチ(30,40,50)が配置されており、前記回転部材(70)は、複数のクラッチ(30,40,50)の構成部分であることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載のハイブリッドモジュール。
  5. 前記電気機械(10)の前記ロータ(11)は、ロータキャリア(12)に配置されており、前記ロータ(11)に結合される前記回転部材(70)は、前記ロータキャリア(12)に機械的に堅固に接続される構成部材であるか、または前記ロータキャリア(12)の一体の構成部分であることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載のハイブリッドモジュール。
  6. 前記回転部材(70)は、回転対称に形成されており、前記回転部材(70)の直径Dtは、前記ロータの直径Drに対して以下の比:Dt/Dr=1.1ないし2.0にあることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載のハイブリッドモジュール。
  7. 前記回転部材(70)は、前記回転部材(70)の半径方向外側に、軸方向で相並んで配置される複数の構成部材セグメント(72)を有することを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項記載のハイブリッドモジュール。
  8. 前記回転部材(70)は、少なくとも前記回転部材(70)の半径方向外側の領域に、前記回転部材(70)が回転したときに少なくとも半径方向の成分を有する空気流動の形成を促進する形状要素を有することを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載のハイブリッドモジュール。
  9. 前記回転部材(70)は、半径方向内側の領域(77)と、半径方向外側の領域(78)と、前記半径方向内側の領域(77)と前記半径方向外側の領域(78)との間の屈曲領域(79)とを有し、前記半径方向内側の領域(77)は、前記ロータ(11)により囲繞される前記空間(15)内に配置されており、前記半径方向外側の領域(78)は、軸方向に沿ってオフセットされて前記ロータ(11)の片側を延在していることを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項記載のハイブリッドモジュール。
  10. 内燃機関と、請求項1から9までのいずれか1項記載のハイブリッドモジュール(1)と、駆動伝動機構と、を備え、前記ハイブリッドモジュール(1)は、クラッチにより前記内燃機関および前記駆動伝動機構に機械的に結合されている、自動車用のパワートレーン。
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