JP2021528311A - ハイブリッドパワートレーン用の可変変速機およびハイブリッドパワートレーン - Google Patents

Abstract

特に自動車における、ハイブリッドパワートレーン用の可変変速機（４）であって、クランクシャフト（１１）を含む内燃機関（１）と、ピニオン歯車（２２）を備えるロータ軸（２１）を含む電気機械（２）と、被駆動ホイール（３）とを備え、可変変速機（４）は、内燃機関（１）と、電気機械（２）と、被駆動ホイール（３）との間に設けられており、可変変速機（４）は、入力軸（９１）および出力軸（９２）を備えるバリエータユニット（９）を含み、そのうち入力軸（９１）は、これらの軸（９１，９２）の間の変速比を変化させるために内燃機関（１）によって駆動されるようになっており、可変変速機（４）は、さらに、差動歯車装置（５）を含み、少なくとも前記自動車に適用されたときの可変変速機（４）の向きにおいて、電気機械（２）または少なくとも電気機械（２）のロータ軸（２１）は、鉛直方向でバリエータユニット（９）の入力軸（９１）および出力軸（９２）より上に配置されており、電気機械（２）のピニオン歯車（２２）は、軸方向でバリエータユニット（９）の入力軸（９１）と同じバリエータユニット（９）の側に配置されている。

Description

本開示は、内燃機関、すなわちＩＣＥと、電気機械またはモータ／発電機装置、すなわちＥＭと、被駆動ホイールとを備える、自動車、特に乗用車用のハイブリッドパワートレーン用のまたはハイブリッドパワートレーンにおける可変変速機に関する。変速機は、バリエータユニットおよび第１の差動歯車装置を有する。バリエータユニットは、バリエータユニットの入力軸と出力軸との間の速度比を、速度比のある範囲において変化させるために設けられている。このようなバリエータユニットは、最も一般的には、２つの回転可能な可変プーリの形態で技術分野において公知であり、各プーリは、前記入力軸および出力軸のそれぞれ１つと、プーリを駆動接続するためにこれらのプーリの周囲に巻き付けられた駆動ベルトまたはチェーンとに関連している（すなわち、これらに取り付けられておりかつ場合によっては部分的にこれらと一体的に形成されている）。第１の差動歯車装置には、ＩＣＥ、ＥＭまたは被駆動ホイールにそれぞれ駆動接続された３つの、相対的に回転可能な部材が設けられている。第１の差動歯車装置は、ハイブリッドパワートレーンの作動中にこれらの３つの構成部材の間で機械的パワーを組み合わせかつ／または分配するために機能する。特に、差動歯車装置は、回転可能な部材の間に提供される回転速度比に基づいて、回転可能な部材に作用するトルクレベルを平衡させる。このような第１の差動歯車装置は、最も一般的には、中央の太陽歯車と噛み合った遊星差動または遊星歯車装置の形態で技術分野において公知であり、太陽歯車は、太陽歯車と同軸上で回転可能なキャリアによって集合的に支持された複数の個々に回転可能な遊星歯車と噛み合っており、これらの遊星歯車自体は、同様に太陽歯車と同軸上で回転可能なリング歯車と噛み合っている。遊星歯車装置のキャリアは、被駆動ホイールに駆動接続されている、すなわち被駆動ホイールと共にユニットとして回転し、これに対して、太陽歯車およびリング歯車はそれぞれ、それぞれＩＣＥまたはＥＭに駆動接続されている、すなわちＩＣＥまたはＥＭと共にユニットとして回転する。

このようなハイブリッドパワートレーンは、バッテリ動力供給式ＥＭ駆動モード、ガソリン動力供給式ＩＣＥ駆動モード、組み合わされたＩＣＥおよびＥＭ、すなわちハイブリッド駆動モード、ＥＭブレーキエネルギ回復、すなわち発電モード、ＩＣＥからＥＭへのバッテリ充電モードなどの、自動車の複数の運転モードを提供する。

可変変速機には、好ましくは、第１の差動歯車装置と被駆動ホイールとの間に別の差動歯車装置を含む最終減速歯車装置が設けられており、これにより、自動車の２つの被駆動ホイールを異なる回転速度で同時に駆動することができることに留意されたい。さらに、第１のクラッチが、好ましくは、第１の差動歯車装置の３つの部材のうちの少なくとも２つをロックし、全ての３つのこのような部材をユニットとして回転させ、これにより、ＥＭと被駆動ホイールとの間に固定比駆動接続を提供することができるように、可変変速機に設けられている。さらに、第２のクラッチが、好ましくは、ＩＣＥと遊星歯車装置とを選択的に結合、すなわち選択的に駆動接続するまたはこれらの構成部材を互いから切断することができるように、可変変速機に設けられている。

上記の変速機は、例えば、欧州特許出願公開第０９４１８８３号明細書および米国特許第６０５４７７６号明細書から、少なくとも概略的に公知である。これらの公知の変速機設計の両方において、バリエータユニットが遊星歯車装置と被駆動ホイールとの間に配置されている。しかしながら、本開示は、特に、バリエータユニットが遊星歯車装置とＩＣＥとの間に配置されている変速機設計に関しかつそれに限定される。

公知の変速機は、かなりの据付空間を必要とする、すなわち比較的大きな容積を占めるという欠点を有する。なぜならば、バリエータユニットがＩＣＥと遊星歯車装置との間に取り付けられており、この遊星歯車装置自体はＥＭと被駆動ホイールとの間に取り付けられているからである。本開示は、このような欠点を軽減し、好ましくはコンパクトな変速機設計を提供することを目的とする。

本開示によれば、変速機の主要な構成部材の物理的配置は、その上記の機能的配置とは別個に考慮される。特に、本開示によれば、
−ＥＭは、変速機が自動車に取り付けられているときに鉛直方向で見てバリエータユニットの入力軸および出力軸より上に配置され、
−ＥＭのロータ軸上の出力歯車、すなわちピニオン歯車が、ＩＣＥと同じバリエータユニットの軸方向側、すなわちＩＣＥのクランクシャフトに取り付けられたバリエータユニットの入力軸の軸方向側に配置されている。

前記変速機構成部材のこの物理的配置によって、取り付けられたときの軸方向、すなわち水平方向のみならず、取り付けられたときのそれに対する垂直方向、特に鉛直方向においても、最小限の据付空間のみが必要とされる。バリエータユニットより上のＥＭの前記配置によって、最終減速歯車装置を、好ましくはバリエータユニットより下に、すなわち、特にその出力軸が好ましくは被駆動ホイールの回転軸と同じ高さに配置されるように提供することができる。上記の点におけるさらなる改良は、バリエータユニットが、特にその出力軸がその入力軸より幾分か高く配置されることによって、水平方向に対してある角度で向けられたときに実現される。

これに代えてまたは加えて、本開示によれば、水平面において、すなわち幅方向において軸方向に対して垂直で最小限の据付空間をも必要とするために、ＥＭのロータ軸は、好ましくは、その幅方向で見てバリエータユニットの入力軸と出力軸との間に配置される。言い換えれば、ＥＭのロータ軸は、それぞれがバリエータユニットのそれぞれの軸と交差する２つの（想像上の／仮想）鉛直方向平面の間に配置される。

これに代えてまたは加えて、本開示によれば、バリエータユニットの出力軸上の出力歯車を、好ましくは変速機に組み込むことができ、この出力歯車は、バリエータユニットから、バリエータユニットより下に配置された遊星歯車装置への減速を提供する。この後者の減速は、ハイブリッドパワートレーンの作動中の、ＩＣＥの利用、より具体的には、ＩＣＥのトルクデリバリを最適化することが望ましい。さらに、このような出力歯車は、好ましくはコンパクトな、すなわち最小限の据付空間を備える変速機設計を可能にする。なぜならば、それによって、遊星歯車装置を、バリエータユニットの出力軸に対して軸外に配置することができるからである。特に、遊星歯車装置の配置におけるこのように提供される柔軟性によって、遊び歯車を、基本的にそのために必要とされる減速にかかわらず、ＥＭと遊星歯車装置との間の変速機に、すなわちＥＭと遊星歯車装置との間の駆動接続の一部として、最適に組み込むことができる。これに関して、この後者の駆動接続の減速、ひいてはＥＭピニオン歯車に対する遊び歯車の直径が比較的大きいことができることに留意する価値がある。特に、対象とするＥＭの回転速度範囲に応じて、３：１から４：１またはさらに大きな減速比がこれに関して最適であることができる。この減速は、ハイブリッドパワートレーンの作動中のＥＭの利用、より具体的にはトルクデリバリを最適化することが望ましい。本開示によれば、鉛直方向で見てバリエータユニットの入力軸および出力軸（の中心回転軸線）より下に遊星歯車装置の中心軸線、すなわち遊星歯車装置の回転軸線を付加的に配置することによって、比較的大きな遊び歯車を好ましくはＥＭと、遊星合算歯車（planetary summation gear）の太陽歯車またはリング歯車との間で変速機に組み込むことができる。遊び歯車は、ＥＭと遊星歯車装置との間の鉛直方向の距離をブリッジするために機能し、ＥＭから遊星歯車装置への前記比較的大きな減速比を提供することを助けることができる。

その主要な構成部材の前記物理的配置に関する変速機の好ましい実施形態において、遊星歯車装置は、ＥＭのピニオン歯車と同じバリエータユニットの軸方向側に配置されているのに対し、バリエータユニットの出力軸は、その軸方向反対側に配置されている。この配置によって、それぞれＥＭのロータ軸およびバリエータユニットの出力軸と、遊星歯車装置との間にそれぞれ配置された、すなわち、ＥＭのロータ軸およびバリエータユニットの出力軸をそれぞれ遊星歯車装置に駆動接続する歯車列は、好ましくは、バリエータユニットの軸方向反対側に配置されている。これによって、据付空間が極めて有効に利用される。さらに、最終減速によって提供される変速機の出力は、好ましくは、ＩＣＥに面した変速機の軸方向側に配置されており、これにより、最終減速歯車装置からハイブリッドパワートレーンにおける被駆動ホイールまで延びる駆動軸は、一般的に好ましいとおり、同じ長さを有する。

この好ましい実施形態においてより具体的には、補助軸に関連した補助歯車が変速機に組み込まれており、この補助歯車はバリエータユニットの出力歯車と噛み合っており、補助軸は、遊星歯車装置の太陽歯車またはリング歯車と同軸上にありかつ遊星歯車装置の太陽歯車またはリング歯車に駆動接続されており、すなわち遊星歯車装置の太陽歯車またはリング歯車と共にユニットとして回転する。好ましくは、補助歯車には中央開口が設けられており、補助軸はこのような開口を貫通しており、前記第２のクラッチは、遊星歯車装置とは反対側に面したその軸方向側において、補助軸と補助歯車との間に配置されている。この場合、好ましくは、ラジアル軸受は、補助軸上に、すなわち補助軸の周囲にかつ補助歯車の中央開口の内側に取り付けられている。この後者の好ましい実施形態は、変速機の所要の据付空間をさらに減じる。例えば、バリエータユニットの出力軸は第２のクラッチと干渉せず、これにより、第２のクラッチを変速機に最適に組み込むことができる。特に、第２のクラッチには比較的大きな直径を提供することができ、これは、好ましくはプレートクラッチにおいて必要とされる摩擦プレートのセットの数を減じかつ／または好ましくはその代わりにコーンクラッチが適用されることを可能にする。さらに、ハイブリッドパワートレーン作動中に第２のクラッチが開放されたとき、すなわちバリエータユニットが遊星歯車装置から切断されることによってＩＣＥを停止／スイッチオフさせることができるとき、補助歯車および出力歯車も切断され、好ましくは回転も停止させる。

さらにより具体的に、この後者の好ましい実施形態において、遊星歯車装置のリング歯車は、好ましくは、例えば、前記遊び歯車と噛み合うことによってＥＭに駆動接続されており、遊星歯車装置の太陽歯車は、好ましくは、例えば、補助軸の一部であることによって、補助軸に取り付けられることによってまたはその他の方法で補助軸に取り付けられることによって、ＩＣＥに駆動接続されている。加えて、この場合、遊星歯車装置のキャリアは、好ましくは、補助歯車と同じ遊星歯車装置の軸方向側に配置されており、補助軸は、キャリアの中央開口を貫通している。この後者の手段によって、キャリアに駆動接続された最終減速歯車は、最適には、少なくともＩＣＥが自動車に横方向に取り付けられている場合、軸方向で、駆動ホイールの間のほぼ中央に位置決めされる。

これに代えて、遊星歯車装置のリング歯車がＩＣＥに駆動接続されかつ遊星歯車装置の太陽歯車がＥＭに駆動接続されている場合、ＥＭは、さらに、鉛直方向で見てバリエータユニットの入力軸および出力軸より上に配置されており、ＥＭのロータ軸上のピニオン歯車は、依然として、ＩＣＥと同じバリエータユニットの軸方向側に配置されている。しかしながら、この場合、代わりに、遊星歯車装置を、ＥＭのピニオン歯車とは反対のバリエータユニットの軸方向側に配置することを選択することができる。さらに、補助軸は遊星歯車装置から延びており、補助軸は、バリエータユニットの他方の軸方向側に、太陽歯車を支持しているまたは少なくとも太陽歯車と共にユニットとして回転し、補助軸は、１つまたは複数の補助歯車および／または遊び歯車を介して電気機械に駆動接続されている。加えてこの場合、遊星歯車装置のキャリアには、好ましくは、中央開口が設けられており、補助軸がこの中央開口を貫通している。

本開示による可変変速機は、その非限定的な例示的な実施形態によって、図面を参照しながら以下により詳細に説明される。

変速機が設けられた特定のタイプのハイブリッドパワートレーンの主要な構成部材の機能的配置の概略図である。 ２つの異なる方向で見た本開示による変速機の内部構成部材の物理的配置の３Ｄモデルである。 図２の物理的な変速機配置の概略的な部分的側面図であり、その特定の態様を示す図である。 図２の物理的な変速機配置の別の特定の態様の概略図である。 別の変速機配置の概略図である。 図５の変速機配置の一部の詳細を示す図である。 別の変速機配置の概略図である。 さらに別の変速機配置の概略図である。

図１は、乗用車などの自動車用のハイブリッドパワートレーンを示している。ハイブリッドパワートレーンのこのような示された機能的配置において、ハイブリッドパワートレーンは、クランクシャフト１１を備える内燃機関、すなわちＩＣＥ１と、ロータ軸２１を備える電気機械、すなわちＥＭ２と、ホイールシャフト３１を備える２つの被駆動ホイール３と、それらの間の可変変速機４とを含む。公知の変速機４は、バリエータユニット９および第１の差動歯車装置５を含む。バリエータユニット９には、入力軸９１が設けられており、入力軸９１は、ＩＣＥ１および出力軸９２に駆動接続されている、すなわち、ＩＣＥ１および出力軸９２と共にユニットとして回転する。バリエータユニット９は、バリエータユニット９の入力軸９１と出力軸９２との間の速度比を、速度比の連続的な範囲内で変化させることができる。

図１におけるバリエータユニット９の例示的な実施形態では、バリエータユニット９は、前記入力軸９１および出力軸９２のそれぞれ１つにそれぞれが関連させられた（すなわち、それぞれ１つに取り付けられ、場合によっては部分的にそれぞれ１つと一体に形成された）２つの回転可能な可変プーリ９３および９４と、プーリ９３および９４を駆動接続するためにプーリ９３および９４の周囲に巻き付けられた駆動ベルトまたはチェーン９５との形態である。

第１の差動歯車装置５には、３つの回転可能な部材５１，５４，５３が設けられている。部材５１，５４，５３は、それぞれバリエータユニット９の出力軸９２、ＥＭ２のロータ軸２１および被駆動ホイール３のホイールシャフト３１に駆動接続されている、すなわちそれらと共にユニットとして回転する。第１の差動歯車装置５は、回転可能な部材５１，５４，５３の間に提供される回転速度比に基づいて、回転可能な部材５１，５４，５３に作用するトルクレベルを平衡させる。

図１における第１の差動歯車装置５の例示的な実施形態では、第１の差動歯車装置５は、遊星歯車装置５の形態である。遊星歯車装置５には、１つまたは複数の遊星歯車５２と噛み合い接触した中央の太陽歯車５１が設けられており、遊星歯車５２は、太陽歯車５１と共に同軸上で回転可能に配置された遊星キャリア５３によって回転可能に支持されており、かつリング歯車５４が設けられており、リング歯車５４は、遊星歯車５２と噛み合い接触しておりかつやはり太陽歯車５１と同軸上で回転可能に配置されている。遊星歯車装置５の遊星キャリア５３と太陽歯車５１との間に、遊星歯車装置５の一部として、ブリッジングクラッチ５５が設けられている。ブリッジングクラッチ５５は、遊星歯車装置５の太陽歯車５１と、遊星キャリア５３と、リング歯車５４とがユニットとして回転するように遊星歯車装置５を内部でロックするために閉鎖することができる。

遊星歯車装置５の太陽歯車５１は、第２のクラッチ８と、補助軸１０１上の補助歯車１００と、補助歯車１００と噛み合った出力軸９２上の出力歯車９６と、バリエータユニット９自体とを介して、ＩＣＥ１のクランクシャフト１１に結合されている。第２のクラッチは、ＩＣＥ１およびバリエータユニット９を遊星歯車装置５に駆動接続する、すなわち結合するために選択的に閉鎖されるか、またはＩＣＥ１およびバリエータユニット９をハイブリッドパワートレーンの他の部分から切断する、すなわち隔離するために開放することができる。遊星歯車装置５のリング歯車５４は、遊び歯車２３を介してＥＭ機械２のロータ軸２１上のピニオン歯車２２に結合されており、遊星歯車装置５の遊星キャリア５３は、別の差動歯車装置７１を含む最終減速歯車装置７を介して、被駆動ホイール３に結合されている。最終減速歯車装置７は、ＩＣＥ１および／またはＥＭ２と、被駆動ホイール３との間の減速を提供するのに対し、最終減速歯車装置７の別の差動歯車装置７１は、２つの被駆動ホイール３がそれぞれ、技術分野における一般的知識であるように、それぞれの回転速度で回転することを可能にする。

変速機４には、ブレーキまたはパークロック６が設けられている。ブレーキまたはパークロック６は、最終減速歯車装置７の回転をロックする、すなわち防止するために係合させられることができ、その場合、ＩＣＥ１は、特に自動車のバッテリ２４を充電するようにＥＭ２を駆動することができ、またはＥＭ２は、自動車の被駆動ホイール３を同時に駆動しかつ／または回転させることなく、特にＩＣＥ１を始動させるために、ＩＣＥ１を駆動することができる。パークロック６が解除されると、ＥＭ２は、場合によってはＩＣＥ１によって支持されたバッテリ２４から電力を引き出しながら自動車を駆動することができる。パークロック６の代わりに、車両を同時に駆動することなくバッテリ２４を充電するために、ホイールブレーキを（自動的に）係合させることももちろん可能である。

この特定のタイプのハイブリッドパワートレーンのさらなる技術的詳細およびその特定の利点および作動は、蘭国特許出願公開第１０４２１９９号明細書に説明されている。

本開示によれば、一般的に、変速機４が比較的小さな据付空間のみを占めることが好ましい。図２は、本開示による変速機４の主要な構成部材の物理的配置によって、変速機４の２つの３Ｄ図において、自動車における変速機４の取り付けられた位置に関して、変速機４のこのような好ましい実施形態を提供している。

図２の変速機４は、変速機４のコンパクトな物理的実現を提供する本開示による以下の設計特徴を有する：
−ＥＭ２は、鉛直方向Ｖで見て、バリエータユニット９の入力軸９１および出力軸９２より上に配置されている；
−ＥＭ２のピニオン歯車２２は、軸方向Ａに関して、バリエータユニット９の入力軸９１と同じバリエータユニット９の側に配置されている；
−ＥＭ２のロータ軸２１は、幅方向Ｗにおいてバリエータユニット９の入力軸９１と出力軸９２との間に配置されている；
−ＥＭ２のロータ軸２１は、幅方向Ｗにおいてバリエータユニット９の入力軸９１と出力軸９２との間に配置されている；
−遊星歯車装置５は、軸方向Ａに関して、ＥＭ２のピニオン歯車２２と同じバリエータユニット９の側に配置されている；
−遊星歯車装置５をＥＭ２に駆動接続する遊び歯車２３および遊星歯車装置５を（バリエータユニット９を介して）ＩＣＥ１に駆動接続する補助歯車１００は、軸方向Ａに関して、バリエータユニット９の互いに反対側に取り付けられている。

図３は、図２の新規の物理的な変速機配置の別の設計態様を明らかにしている。図３は、４つの変速機構成部材、すなわち、ＥＭ２、バリエータユニット入力プーリ９３、バリエータユニット出力プーリおよび最終減速歯車装置７の相互位置決めの２つの例を、ただしそれらの側面図において概略的にのみ示している。図３の左側において、入力プーリ９３および出力プーリは、前記幅方向および軸方向によって規定された同じ水平面ＨＰに位置している。しかしながら、図３の右側において、バリエータユニット９は、バリエータユニット９の出力軸９２の回転軸線が、鉛直方向Ｖにおいて、バリエータユニット９の入力軸９１より高いところに配置されることによって、水平面ＨＰに対してある角度で向けられており、この後者の相互位置決めは、図２のものに対応する。図３から明らかであるように、バリエータユニット９のこのような角度付けられた向きは、幅方向Ｗにおける幾分か増大させられた据付空間という犠牲を払うが、鉛直方向Ｖにおいて前記変速機構成部材に必要な据付空間を著しく減じる。特に、バリエータユニット９のこのような角度付けられた向きと、幅方向Ｗにおいて出力プーリ９４の回転軸線よりも入力プーリ９３の回転軸線の近くにＥＭ２を配置することとによって、ＥＭ２を、鉛直方向においてより低いところに配置することもできる。

本発明の変速機配置において、変速機４の合計速度比範囲が遊星歯車装置５によって拡張されるため、バリエータユニット９の速度比範囲を比較的制限することができることが重要である。バリエータユニット９の（達成可能な最大の速度比を、達成可能な最小の速度比で割ったものとして定義される）いわゆるレシオカバレッジは、遊星歯車装置５を備えない、より従来の変速機配置における約７．０と比較して、３．０〜４．５のみであればよい。この後者の態様は、所要の据付空間を減じることをも助け、特に、この点においてバリエータユニット９の角度付けられた向きを完全に利用することを可能にする。

さらに、幅方向Ｗにおいて入力プーリ９３の軸線より出力プーリ９４の軸線の近くに最終減速歯車装置７を配置することによって、最終減速歯車装置７を鉛直方向においてより高いところに配置することもできる。その結果、ＩＣＥ１のクランクシャフト１１の回転軸線に対応するバリエータユニット９の入力軸９１の回転軸線と、最終減速歯車装置７の回転軸線との間の対角線距離が著しく減じられる。このような減少は極めて有利であると考えられる。なぜならば、特に、この対角線距離は、一般的に、自動車のいわゆるエンジンベイに必要な据付空間を決定しかつこの据付空間ための最低限を設定するからである。

図３に示されていないが、最終減速歯車装置７は、鉛直方向において部分的に出力プーリ９４と重なり合うことができ、図２の変速機配置においてはそうなっている。しかしながら、ＥＭ２のために、入力プーリ９３との対応する鉛直方向の重なり合いは、軸方向における入力プーリ９３のかなりのサイズにより不可能である。この場合にも、変速機４の全体的な据付空間をさらに最適化するために、ＥＭ２、すなわちロータ軸２１の回転軸線は、入力プーリ９３、すなわち入力軸９１の軸線の近くに配置されているが、依然として入力プーリ９３、すなわち入力軸９１の軸線の同じ側において、出力プーリ９４、すなわち出力軸９２の軸線に配置されている。

図４は、変速機配置の概略的に描かれた物理的配置において、図２の新規の物理的変速機配置のさらに別の設計態様を示している。特に、図４において、補助歯車１００には中央開口が設けられており、補助軸１０１はこの開口を貫通しており、前記第２のクラッチ８は、摩擦クラッチとして形成されており、遊星歯車装置５；５１〜５４とは反対の補助歯車１００の軸方向側において、補助軸１０１と補助歯車１００との間に配置されている。その結果、前記第２のクラッチ８は、バリエータ出力軸９２とも、補助軸１０１とも干渉しない。したがって、前記第２のクラッチ８には、好ましくは、比較的大きな直径を設けることができる。

これに代えて、ただし示されていないが、前記第２のクラッチ８を、半径方向で補助軸１０１と補助歯車１００との間に組み込むことができ、これは、前記第２のクラッチ８が乾式摩擦円錐クラッチとして形成されている場合に可能である。実際、クラッチ８の所要のスリップトルク能力は、比較的低い。なぜならば、クラッチ８は、静止状態からの自動車の初期加速のための始動クラッチとして機能するのではなく、単に、変速機の作動が純粋に電気的な駆動モードからハイブリッド、すなわちＩＣＥ補助駆動モードへ切り替わるときにＩＣＥ１を始動させるために機能するからである。

図４においても、ブリッジングクラッチ５５は、干渉クラッチ（ドッグクラッチとしても知られる）として形成されており、これは、摩擦クラッチと比較して、構造および制御の点において好ましくは単純である。もちろん、この場合、遊星歯車装置５の構成部材５１〜５４のトルクおよび速度は、（ＩＣＥ１、ＥＭ２およびバリエータユニット９の適切な制御によって）平衡させられる。

さらに、図４において、遊星歯車装置５；５１〜５４のキャリア５３は、ＩＣＥ１とは反対の遊星歯車５２の軸方向側において変速機４に、中央開口が設けられた中空歯車として組み込まれており、補助軸１０１はこの中央開口を貫通している。その結果、キャリア５３に駆動接続された最終減速歯車装置７は、軸方向において被駆動ホイール３に対して最適に位置決めされる。

図５は、新規の変速機の代替的な配置を示している。この代替的な変速機配置において、前記第２のクラッチ８は、補助軸１０１のそれぞれの端部に配置されたブリッジングクラッチ５５と遊星歯車装置５；５１〜５４との間で補助軸１０１に配置されている。接続軸１０２は、ブリッジングクラッチ５５と遊星歯車装置５；５１〜５４との間に設けられている。接続軸１０２は、補助軸１０１と同軸上に設けられており、そのために、後者は、中央開口を備える中空の軸として形成されており、接続軸１０２は中央開口を貫通している。この特定の配置の利点は、ブリッジングクラッチ５５および遊星歯車装置５；５１〜５４が、補助軸１０１および接続軸１０２のそれぞれの端部に設けられており、これにより、ブリッジングクラッチ５５の閉鎖または開放によって生じるあらゆる（トルク）ショックが、これらの軸１０１，１０２のねじれによって減衰させられるということである。このような減衰効果は、接続軸１０２の長さの少なくとも実質的な部分にわたって、接続軸１０２を中空の軸として提供することによって高めることができる。しかしながら、好ましくは、接続軸１０２は、図６に示したように、接続軸１０２の長さの主要部分にわたって中空の軸として提供される。

図５の変速機４の代替的な配置は、前記第２のクラッチ８が上述のように半径方向で補助軸１０１と補助歯車１００との間に組み込まれている場合のように、前記第２のクラッチ８が比較的小さな直径を有する場合に特に適している。この場合、変速機４の好ましくはコンパクトな構成を、軸方向および高さ／半径方向の両方において達成することができる。

図１〜図６において、変速機４の第１の差動歯車装置５は、遊星歯車装置５として形成されており、その太陽歯車５１はＩＣＥ１によって駆動され、リング歯車５４はＥＭ２によって駆動される（またはＥＭ２を駆動する）。第１の差動歯車装置５のこの特定の実施形態は、特に、ＩＣＥ１の最大トルクを、例えば、２５％より大きく超える、高い（最大）トルク発生能力を有するパワフルなＥＭ２のために特に適している。しかしながら、最大ＥＭトルクが最大ＩＣＥトルクと同等であるかまたはそれより小さい場合、図７に概略的に示したように、等しい直径の２つのサイド歯車５６，５７を備える第１の差動歯車装置５を形成するか、または図８に概略的に示したように、リング歯車５４を駆動するＩＣＥ１と、太陽歯車５１を駆動する（または太陽歯車５１によって駆動される）ＥＭ２とを備える遊星歯車装置５として第１の差動歯車装置５を配置することが好ましい。このような択一的な変速機実施形態のうちの１つにおいて、ＥＭ２は、依然として、鉛直方向で見てバリエータユニット９の入力軸９１および出力軸９２より上に配置されており、ＥＭ２のロータ軸２１上のピニオン歯車２２は、依然として、ＩＣＥ１と同じバリエータユニット９の軸方向側に配置されている。

その図８の実施形態では、遊星歯車装置５のキャリア５３は、ＩＣＥ１に面した遊星歯車５２の軸方向側において変速機４に組み込まれており、中央開口が設けられた中空の歯車として形成されており、太陽歯車５１の軸が中央開口を貫通している。その結果、キャリア５３に駆動接続された最終減速歯車装置７は、この後者の変速機実施形態においても被駆動ホイール３に対して軸方向で最適に位置決めされる。

本開示はまた、前記説明全体および添付図面の全ての詳細に加えて、添付の請求項における全ての特徴に関しかつそれらを含む。請求項における括弧書きの参照符号は、請求項の範囲を限定するのではなく、単にそれぞれの特徴の限定しない例を提供する。別々に請求された特徴は、場合によっては、任意の製品または任意のプロセスにおいて別々に適用することができるが、このような特徴のうちの２つ以上のあらゆる組み合わせにおいて任意の製品または任意のプロセスにおいて同時に適用することもできる。

本開示によって表された発明は、本明細書において明確に言及された実施形態および／または例に限定されるのではなく、これらの実施形態および／または例の単純な補正、修正および実用的な適用、特に、関連技術分野における当業者の届く範囲のものも包含する。

図２の変速機４は、変速機４のコンパクトな物理的実現を提供する本開示による以下の設計特徴を有する：
−ＥＭ２は、鉛直方向Ｖで見て、バリエータユニット９の入力軸９１および出力軸９２より上に配置されている；
−ＥＭ２のピニオン歯車２２は、軸方向Ａに関して、バリエータユニット９をＩＣＥ１に接続する入力軸９１の側と同じバリエータユニット９の側に配置されている；
−ＥＭ２のロータ軸２１は、幅方向Ｗにおいてバリエータユニット９の入力軸９１と出力軸９２との間に配置されている；
−遊星歯車装置５は、軸方向Ａに関して、ＥＭ２のピニオン歯車２２と同じバリエータユニット９の側に配置されている；
−遊星歯車装置５をＥＭ２に駆動接続する遊び歯車２３および遊星歯車装置５を（バリエータユニット９を介して）ＩＣＥ１に駆動接続する補助歯車１００は、軸方向Ａに関して、バリエータユニット９の互いに反対側に取り付けられている。

Claims (16)

1. 特に自動車における、ハイブリッドパワートレーン用の可変変速機（４）であって、クランクシャフト（１１）を含む内燃機関（１）と、ピニオン歯車（２２）を備えるロータ軸（２１）を含む電気機械（２）と、被駆動ホイール（３）とを備え、前記可変変速機（４）は、前記内燃機関（１）と、前記電気機械（２）と、前記被駆動ホイール（３）との間に設けられており、前記可変変速機（４）は、入力軸（９１）および出力軸（９２）を備えるバリエータユニット（９）を含み、そのうち前記入力軸（９１）は、これらの軸（９１，９２）の間の変速比を変化させるために前記内燃機関（１）によって駆動されるようになっており、前記可変変速機（４）は、さらに、差動歯車装置（５）を含む、可変変速機（４）において、少なくとも前記自動車に適用されたときの前記可変変速機（４）の向きにおいて、前記電気機械（２）または少なくとも前記電気機械（２）のロータ軸（２１）は、鉛直方向で前記バリエータユニット（９）の前記入力軸（９１）および前記出力軸（９２）より上に配置されており、前記電気機械（２）の前記ピニオン歯車（２２）は、軸方向で前記バリエータユニット（９）の前記入力軸（９１）と同じ前記バリエータユニット（９）の側に配置されていることを特徴とする、可変変速機（４）。
2. 前記バリエータユニット（９）は、水平面に関して所定の角度に向けられており、特に、前記バリエータユニット（９）の前記出力軸（９２）または少なくとも前記出力軸（９２）の回転軸線が、鉛直方向において、前記バリエータユニット（９）の前記入力軸（９１）または少なくとも前記入力軸（９１）の回転軸線より上に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の可変変速機（４）。
3. 前記ロータ軸（２１）または少なくとも前記ロータ軸（２１）の回転軸線は、幅方向において、前記バリエータユニット（９）の前記入力軸（９１）と前記出力軸（９２）との間または少なくとも前記入力軸（９１）および前記出力軸（９２）の回転軸線の間に配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載の可変変速機（４）。
4. 前記差動歯車装置（５）または少なくとも前記差動歯車装置（５）の中心回転軸線は、鉛直方向で前記バリエータユニット（９）より下に配置されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の可変変速機（４）。
5. 前記電気機械（２）の前記ピニオン歯車と前記差動歯車装置（５）との間において前記可変変速機（４）に遊び歯車（２３）が設けられていることを特徴とする、請求項４記載の可変変速機（４）。
6. 前記差動歯車装置（５）は、軸方向で前記電気機械（２）の前記ピニオン歯車（２２）と同じ前記バリエータユニット（９）の側に配置されており、前記バリエータユニット（９）の前記出力軸（９２）には出力歯車（９６）が設けられており、前記出力歯車（９６）は、軸方向で前記バリエータユニット（９）の前記入力軸（９２）と反対の前記バリエータユニット（９）の側に配置されており、前記バリエータユニット（９）と前記差動歯車装置（５）との間において、前記可変変速機（４）に、補助歯車（１００）と、補助軸（１０１）と、解放可能なクラッチ（８）とが設けられており、前記補助歯車（１００）は、前記バリエータユニット（９）の前記出力歯車（９６）と噛み合っており、前記解放可能なクラッチ（８）は、前記補助歯車（１００）と、前記差動歯車装置（５）に接続された前記補助軸（１０１）との間に配置されていることを特徴とする、請求項５記載の可変変速機（４）。
7. 前記解放可能なクラッチ（８）は、前記バリエータユニット（９）とは反対の前記補助歯車（１００）の側に配置されており、前記補助歯車（１００）には中央開口が設けられており、前記補助軸（１０１）は、前記補助歯車（１００）の前記中央開口を貫通していることを特徴とする、請求項６記載の可変変速機（４）。
8. 前記差動歯車装置（５）は、軸方向において前記電気機械（２）の前記ピニオン歯車（２２）と同じ前記バリエータユニット（９）の側に配置されており、前記バリエータユニット（９）の前記出力軸（９２）には出力歯車（９６）が設けられており、前記出力歯車（９６）は、軸方向で前記バリエータユニット（９）の前記入力軸（９２）と同じ前記バリエータユニット（９）の側に配置されており、前記バリエータユニット（９）と前記差動歯車装置（５）との間において、前記可変変速機（４）には、補助歯車（１００）と、前記差動歯車装置（５）に接続された補助軸（１０１）と、解放可能なクラッチ（８）とが設けられており、前記補助歯車（１００）は、前記バリエータユニット（９）の前記出力歯車（９６）と噛み合っており、前記解放可能なクラッチ（８）は、前記補助歯車（１００）と前記補助軸（１０１）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の可変変速機（４）。
9. 前記差動歯車装置（５）には、前記補助軸（１０１）と、同様に前記差動歯車装置（５）に接続された別の接続軸（１０２）との間にブリッジングクラッチ（５５）が設けられており、前記ブリッジングクラッチ（５５）は、前記差動歯車装置（５）を内部でロックすることができ、前記ブリッジングクラッチ（５５）は、前記差動歯車装置（５）とは反対の前記補助歯車（１００）の側に配置されており、前記補助歯車（１００）には中央開口が設けられており、前記補助軸（１０１）および前記接続軸（１０２）は、前記補助歯車（１００）の前記中央開口を貫通していることを特徴とする、請求項８記載の可変変速機（４）。
10. 前記補助軸（１０１）は、前記接続軸（１０２）が貫通している中空の軸として形成されていることを特徴とする、請求項９記載の可変変速機（４）。
11. 前記差動歯車装置（５）には、前記バリエータユニット（９）の前記出力軸（９２）、前記電気機械（２）の前記ロータ軸（２１）または前記被駆動ホイール（３）にそれぞれ駆動接続された、すなわち、前記バリエータユニット（９）の前記出力軸（９２）、前記電気機械（２）の前記ロータ軸（２１）または被駆動ホイール（３）と共にユニットとして回転する３つの回転可能な部材（５１，５４，５３）が設けられていることを特徴とする、請求項１０記載の可変変速機（４）。
12. 前記差動歯車装置（５）は、中央の太陽歯車（５１）を備える遊星歯車装置（５）として形成されており、前記太陽歯車（５１）は、前記太陽歯車（５１）と同軸上で回転するキャリア（５３）によって集合的に支持された複数の個々に回転可能な遊星歯車（５２）と噛み合っており、前記遊星歯車（５２）自体は、同様に前記太陽歯車（５１）と同軸上で回転可能なリング歯車（５４）と噛み合っていることを特徴とする、請求項１１記載の可変変速機（４）。
13. 内燃機関（１）と、電気機械（２）と、被駆動ホイール（３）と、請求項１２記載の可変変速機（４）とを備えるハイブリッドパワートレーンにおいて、前記遊星歯車装置（５）の前記キャリア（５３）は、前記被駆動ホイール（３）に駆動接続されている、すなわち前記被駆動ホイール（３）と共にユニットとして回転し、前記遊星歯車装置（５）の前記太陽歯車（５１）は、前記内燃機関（１）に駆動接続されている、すなわち前記内燃機関（１）と共にユニットとして回転し、前記遊星歯車装置（５）の前記リング歯車（５４）は、前記電気機械（２）に駆動接続されている、すなわち前記電気機械（２）と共にユニットとして回転し、前記ハイブリッドパワートレーンの作動中、前記リング歯車（５４）において前記電気機械（２）によって最大限発生させることができる第１の駆動トルクは、前記太陽歯車（５１）において前記内燃機関（１）によって最大限発生させることができる第２の駆動トルクより大きいことを特徴とする、ハイブリッドパワートレーン。
14. 内燃機関（１）と、電気機械（２）と、被駆動ホイール（３）と、請求項１２記載の可変変速機（４）とを備えるハイブリッドパワートレーンにおいて、前記遊星歯車装置（５）の前記キャリア（５３）は、前記被駆動ホイール（３）に駆動接続されている、すなわち前記被駆動ホイール（３）と共にユニットとして回転し、前記遊星歯車装置（５）の前記太陽歯車（５１）は、前記電気機械（２）に駆動接続されている、すなわち前記電気機械（２）と共にユニットとして回転し、前記遊星歯車装置（５）の前記リング歯車（５４）は、前記内燃機関（１）に駆動接続されている、すなわち前記内燃機関（１）と共にユニットとして回転し、前記ハイブリッドパワートレーンの作動中、前記リング歯車（５４）において前記内燃機関（１）によって最大限発生させることができる第１のトルクは、前記太陽歯車（５１）において前記電気機械（２）によって最大限発生させることができる第２の駆動トルクより大きいことを特徴とする、ハイブリッドパワートレーン。
15. 前記第１の駆動トルクは、前記第１の駆動トルクよりも少なくとも１５％、好ましくは少なくとも２５％大きいことを特徴とする、請求項１３または１４記載のハイブリッドパワートレーン。
16. 内燃機関（１）と、電気機械（２）と、被駆動ホイール（３）と、請求項１１記載の可変変速機（４）とを備えるハイブリッドパワートレーンにおいて、前記差動歯車装置（５）の前記３つの回転可能な部材（５１，５４，５３）は、等しい直径の２つのサイド歯車（５６，５７）として形成されており、前記サイド歯車（５６，５７）は、それぞれ、前記内燃機関（１）および前記電気機械（２）に駆動接続されている、すなわち前記内燃機関（１）および前記電気機械（２）と共にユニットとして回転し、かつ両方とも複数の個々に回転可能な遊星歯車（５２）と噛み合い接触しており、前記遊星歯車（５２）は、前記被駆動ホイール（３）に駆動接続された、すなわち前記被駆動ホイール（３）と共にユニットとして回転するキャリア（５３）によって集合的に支持されており、前記ハイブリッドパワートレーンの作動中、前記サイド歯車（５６，５７）のうちの一方（５７）において前記内燃機関（１）によって最大限発生させることができる駆動トルクと、前記サイド歯車（５６，５７）のうちの他方（５６）において前記電気機械（２）によって最大限発生させることができる駆動トルクとは、２５％のマージン、好ましくは１５％のマージン内で互いに対応していることを特徴とする、ハイブリッドパワートレーン。

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