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

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 Download PDF

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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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