JP2023503655A - 切断クラッチを作動させるための回転軸を有する磁気クラッチ - Google Patents

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Abstract

本発明は、切断クラッチ(3)を作動させるための回転軸(2)を有する磁気クラッチ(1)に関し、磁気クラッチ(1)は、少なくとも以下の構成要素:-軸方向に固定された固定子(4)と、-軸方向に移動可能な電機子(5)であって、電機子(5)は、電力の供給によって引き起こされた磁力(6)によって固定子(4)上に軸方向に保持可能である、電機子(5)と、-磁力(6)に拮抗して作用する電機子側(8)および軸受け側(9)を有するトルク-軸力変換器ユニット(7)であって、磁力(6)によって電機子(5)が固定子(4)からある軸方向距離で保持される、トルク-軸力変換器ユニット(7)と、を有する。磁気クラッチ(1)は、回転ブレーキ(10)がさらに設けられ、回転ブレーキ(10)によって、トルク-軸力変換器ユニット(7)の電機子側(8)と軸受け側(9)との間の回転速度の差がもたらされ得ることを主に特徴とする。ここで提案される磁気クラッチは、切断クラッチ用のパイロットクラッチを作成し、切断クラッチの作動移動距離を調整できる。

Description

本発明は、切断クラッチを作動させるための回転軸を有する磁気クラッチ、ハイブリッド駆動トレインにおける内燃機関用のそのような磁気クラッチを有する切断クラッチ、そのような切断クラッチを有するハイブリッド駆動トレイン、そのようなハイブリッド駆動トレインを有する自動車、ならびに切断クラッチの制御された閉鎖のための閉鎖方法に関する。
例えば、ハイブリッド自動車の分野での駆動トレインの電化が進むにつれ、都心部の速度(例えば、最大50km/h[1時間当たり50キロメートル])のための主要な状態として純粋な電気駆動が必要となる。クリーピング、操縦、および能動的滑走の電気駆動機能、つまり現在の車速を維持する電気駆動機能は、電気駆動機械の出力がより小さくても実行できる。供給電圧が低い場合、加速プロセスおよび始動プロセスに対する限定的な範囲だけで部分的にシステムを使用することができる。電気駆動機械による内燃機関のエンジン再始動は、非常に動的にかつ便利に提供できるため、従来の始動-停止システムに比べて有意に改善されている。電気駆動機械からの出力が小さい場合、エンジンの再始動と同時に電気で駆動する際、制限がある。(出力の方向の)牽引と(内燃機関の方向の)再始動のためのトルク配分の間には目的の矛盾がある。したがって、切断クラッチシステムおよび必要となり得る任意の追加の始動システムの要件は、選択された動作戦略に基づくこととなる。
内燃機関を再始動するために、K0クラッチと呼ばれる場合が多い切断クラッチが設けられている。その調整可能性およびその機能値に関して、かかるK0クラッチは、例えば、純粋な内燃機関の駆動トレインにおいて、以前から既知の始動クラッチとは異なる要件を満たさなければならない。これに関連して、パイロットクラッチとして磁気クラッチを使用するクラッチシステムがすでに考案されている。このような切断クラッチは、ATZelektronik、エディション2/2016、64ページ以降、「Entwicklung E/E im Antriebsstrang」という見出しの論文「48-V-Hybridmodule Mehr als ein Einstieg in die Elektrifizierung」に掲載されている。
この概念の欠点は、磁気クラッチが、パイロットクラッチをドラッグトルクから解放するために必要である、内燃機関側の電機子プレート(電機子)と回転トランスデューサ(固定子)との間に軸方向の間隙が構成される必要があることである。磁石の移動距離に伴って力が二次関数的に減少するため、軸方向の間隙は、軸方向の広がりが非常に小さく維持されなければならない。
そこから進んで、本発明の目的は、先行技術から知られている欠点を少なくとも部分的に解消することである。本発明による特徴は、有利な実施形態が従属請求項に示されている独立請求項から生じる。特許請求の範囲の特徴は、任意の技術的に合理的な方法で組み合わせることができ、本発明の追加の実施形態を含む以下の詳細な説明および図における説明もまた、この目的のために使用することができる。
本発明は、切断クラッチを作動させるための回転軸を有する磁気クラッチに関し、磁気クラッチは、少なくとも以下の構成要素:
-軸方向に固定された固定子と、
-軸方向に移動可能な電機子であって、電機子が、電力供給の結果としての磁力によって固定子上に軸方向に保持され得る、電機子と、
-磁力に拮抗して作用する電機子側および軸受け側を有するトルク/軸力変換器であって、磁力によって電機子が固定子から軸方向に離間されている、トルク/軸力変換器と、を有する。
磁気クラッチは、回転ブレーキもまた設けられ、回転ブレーキによって、トルク/軸力変換器の電機子側と軸受け側との間の速度の差が得られることを主に特徴とする。
以下では、特に明記しない限り、軸方向、径方向または円周方向および対応する用語が使用される場合、言及された回転軸が参照される。特に明記されていない限り、前および後の説明で使用される序数は、明確に区別する目的でのみ使用され、指定された構成要素の順序または順番を示すものではない。1よりも大きい序数は、そのような他の構成要素が存在しなければならないことを必ずしも意味しない。
ここで提案される磁気クラッチは、切断クラッチ用、好ましくはハイブリッド駆動トレイン用、例えば、自動車用のパイロットクラッチとして構成されている。磁気クラッチにより、ハイブリッド駆動トレインのために伝達されるトルクを(少なくとも主に)メインクラッチを介して伝達できるように、メインクラッチの軸方向作動力、例えば、押圧力に切り替え可能にパイロットトルクを生成することができる。メインクラッチは、例えば、従来の摩擦クラッチまたはいわゆるウェッジクラッチ(低差動速度範囲で滑って動作できる噛み合いクラッチ)である。磁気クラッチは、回転軸を中心に回転することができ、切断クラッチが閉じているとき、固定子および電機子は加えられた速度で回転する。固定子は軸方向に固定されており、対応する電力供給の場合、電機子に軸方向の磁力を生じさせ、電機子は、軸方向に固定された固定子に対して当該磁力によって保持される。固定子は、好ましくはコイルで構成され、電機子は、受動素子、例えば、強磁性素子として構成される。さらに、例えば、磁力を打ち消すように(好ましくは、付勢されて)配置された、少なくとも1つの板ばね、巻きばね、および/または傾斜路を含むトルク/軸力変換器が設けられる。トルク/軸力変換器によって、例えば、磁気クラッチをドラッグトルクから解放するために、電機子は、所望の軸方向の間隙によって固定子からある距離に保たれる。トルク/軸力変換器は、電機子に関連付けられ、電機子に直接的にまたは間接的に接続されている電機子側を有する。トルク/軸力変換器は、軸方向反対側に、例えば、ハイブリッド駆動トレインで使用される場合、電気駆動機械に関連付けられる軸受け側を有する。したがって、軸受け側は電気駆動機械(詳しく言えば、その回転子)と共に回転し、電機子側は内燃機関(詳しく言えば、その内燃機関シャフト)と共に回転する。切断クラッチおよび/または磁気クラッチを閉じると、電機子側と軸受け側が同期して稼働する。
ここで、回転ブレーキが追加で設けられることが提案され、ブレーキは、制動作用によって、トルク/軸力変換器の電機子側と軸受け側との間の速度差、すなわち、トルク/軸力変換器の上の相対速度をもたらすように構成されている。回転ブレーキは、回転運動に対して固定され、好ましくは固定ハウジング上に、例えば、電気駆動機械のモータハウジング上に、クラッチベル上に、かつ/または内燃機関のエンジンブロック上に固定される。回転ブレーキが閉じていて、軸受け側に速度が加えられ、電機子側に速度が加えられていない場合、例えば、接続された内燃機関シャフトが静止している場合、軸受け側と電機子側との間に速度差がもたらされ、電機子と固定子との間の軸方向の間隙を維持するためのトルク/軸力変換器の付勢に対して、軸方向の間隙を減少させる軸方向運動が、速度差の結果としてトルク/軸力変換器に課される。例えば、圧縮ばねとして構成されたトルク/軸力変換器では、トルク/軸力変換器は、速度差によって引き起こされたねじれの結果として軸方向に位置付けられる。張力ばねとしてのトルク/軸力変換器の一実施形態では、トルク/軸力変換器は、ねじれの結果として軸方向に収縮する。したがって、軸方向の間隙は、好ましくはこれに磁力を必要とせずに、回転ブレーキによって制御可能に縮小および拡大することができる。回転ブレーキを伴わない従前の既知の解決策において、軸方向の間隙のサイズへの二次の依存性により大きい磁力が必要であったが、回転ブレーキによって軸方向の間隙を閉じるか、または少なくとも減少させることはまた、軸方向の間隙を克服するためにそのような高い磁力が必要ないという利点を有するので、固定子および電機子を、より小さな寸法で構成することができ、かつ/またはより小さい電力供給で作動させることができる。例えば、軸方向の間隙が克服されたとき(つまり、閉じられたとき)に電機子を固定子上に軸方向に保持する磁力は十分である。軸方向の間隙は、特に好ましくは、純粋な磁気による閉鎖のために許容されるよりも、または十分な磁力を生成することができる間隙幅よりも軸方向に長い。例えば、軸方向の間隙は1mm以上[1ミリメートル以上]である。好ましい実施形態では、(ブレーキによって)軸方向の間隙を閉じる間、磁力は発生しないか、またはわずかしか発生せず、当該磁力が非常に小さいので、最小の力から最大の力までメインクラッチを介してトルクを穏やかに増大させることができる(以下を参照)。
磁気クラッチの有利な実施形態では、回転ブレーキがループ状ベルトを含み、ループ状ベルトが、好ましくは摩擦によって、かつトルクを伝達するように電機子に直接接続可能であることもまた提案されている。
この実施形態では、回転ブレーキは、好ましくは、制動される電機子側構成要素の周りに1回または数回巻かれているループ状ベルトを含む。ループ状ベルトは、好ましくは一端で固定され、アクチュエータ、好ましくはリニアモータが他端に設けられ、それにより、ループ状ベルトの(オイラー-アイテルワインの公式による)ケーブル引っ張り効果のために、わずかな調整力のみがアクチュエータに必要である。これにより、トルク/軸力変換器の軸受け側と電機子側との間の速度差を簡単に調整できると同時に、少量のエネルギー、好ましくは電気エネルギーだけがアクチュエータを動作させるために必要とされる。さらに、調整可能性は、慣性(誘導)のために再びゆっくりとしか減少できない磁力によるものよりも有意に高速である。したがって、状況に応じて(例えば、自動車のハイブリッド駆動トレインにおいて要求された急加速による急ブレーキの際)、プロセスにおいて、軸方向の間隙の閉鎖を再び中断することができる。簡易な切り替え電子機器の代わりに、ブレーキは、純粋にバイナリ方式で、つまり、開いた状態(制動トルクなし)と閉じた状態(軸方向の間隙を閉じるために必要な最大制動トルク)との間で動作でき、ブレーキが閉じた状態は、好ましくは、所定の最大時間および/またはトリガ可能にトリガするか、もしくは切り替える磁気クラッチのコイルへの電力供給の間のみ維持される。次に、上記のように、プロセスにおいて、軸方向の間隙の閉鎖プロセスもまた中断することができるが、(完全に)開いた状態に戻る。好ましい実施形態では、ループ状ベルトは、電機子と摩擦的に直接相互作用するので、アンカー自体は、軸受け側に対してループ状ベルト、例えば、(電気駆動機械と)共回転するクラッチカバーによって回転可能に制動される。
さらなる態様によれば、切断クラッチは、内燃機関トレインのためのハイブリッド駆動トレインにおいて提案され、切断クラッチは、少なくとも以下の構成要素:
-所定の目標トルクの分離可能な伝達のためのメインクラッチと、
-メインクラッチ用のパイロットトルクを制御可能に伝達するための、上述のような実施形態による磁気クラッチと、
-パイロット制御トルクを軸方向作動力に変換するためのランプシステムと、を有し、
メインクラッチは、ランプシステムの作動力によって閉鎖可能である。
ここで、ハイブリッド駆動トレインにおいて、例えば、K0クラッチとして従来配置され、内燃機関と電気駆動機械との間に配置される切断クラッチが提案される。例えば、切断クラッチは、電気駆動機械の駆動回転子(回転子シャフト)が恒久的にトルクを伝達するように係合し、対応する駆動固定子が径方向外側に配置されている共回転クラッチカバーを含む。あるいは、そのような共回転クラッチカバーは、同時に、例えば、並列に配置され、ベルト駆動によってトルクを伝達するように接続された電気駆動機械用の牽引プーリーである。代替の実施形態では、クラッチカバーは、内燃機関側に接続され、中央シャフトは、電気駆動機械に接続される。メインクラッチは、内燃機関の所望の出力に応じて所定の目標トルクを伝達するように構成されている。この目的のために、メインクラッチは、パイロットクラッチとして構成されている磁気クラッチによって作動させることができる。パイロットトルクは(少なくとも部分的に)ランプシステムに移送され、パイロットトルクは、軸方向の作動力に変換され、軸方向の作動力によって、所定の目標トルクを伝達するために、メインクラッチを十分に圧縮することができる。少なくとも最大パイロットトルクが加えられると、メインクラッチは、その後、所定の目標トルクが伝達されることができるように、ランプシステムによって閉じられる。メインクラッチは、電動駆動機械から内燃機関に伝達できるトルクを制御できるように、滑って動作することができ、好ましくは摩擦クラッチとして構成することができる。磁気クラッチの電機子と固定子との間の軸方向の間隙を閉じるためにブレーキが設けられるという点で、この滑る動作をより簡単に調整することができる。したがって、軸方向の間隙を閉じるために(多くの場合、最大の)磁力を生成しないことが必要なわけではなく、磁力は、軸方向の間隙が閉じられた直後に、慣性のために十分迅速に再び減少することができない。従来、これは、非常に高いパイロットトルクをもたらし、メインクラッチは素早く、場合によっては迅速に閉じられる。しかしながら、軸方向の間隙が減少した後、好ましくは軸方向の間隙が完全に閉じられた後にだけ磁力がオンになる場合、磁力は、所望の目標トルクを伝達するための最小の力から最大の力まで、所望どおりに滑らかに増加させることができる。最小の力は、例えば、磁気クラッチの固定子上に電機子を保持するのにちょうど十分である。これはまた、(任意で)制動トルクによって軸方向の間隙を調整可能に減少させることができ、磁気クラッチが、所望の作動力、例えば、押圧力、または係合経路に比例して電力を供給できるという点で、メインクラッチが滑って調整可能に動作できることを意味する。
切断クラッチの有利な実施形態では、メインクラッチが、以下の構成:
-プレートスタックであって、好ましくは押圧手段としてのランプシステムがプレートスタックに直接作用している、プレートスタックとして、
-多板スタックであって、好ましくは押圧手段としてのランプシステムが多板スタックに直接作用している、多板スタックとして、
-単板スタックであって、好ましくはランプシステムと単板スタックとの間に作動ばねが存在する、単板スタックとして、のうちの1つに従って構成されている摩擦スタックを含むこともまた提案される。
ここで、メインクラッチは摩擦スタックを含むことが提案され、摩擦スタックは、好ましくは対応する入力ケージまたは出力ケージにおいて吊り下げられている複数の入力プレートおよび拮抗する出力プレートを有するプレートスタックとして構成されている。好ましい実施形態では、ランプシステムは、例えば、プレッシャプレートに従って、直接、例えば、摩擦スタック側に、プレートスタック上にランプ要素を備えた押圧手段として機能する。あるいは、例えば、レバー、例えば、ダイヤフラムばねなどのレバーばね、および/または引張ポットもしくは押圧ポットが介在される。
別の実施形態では、摩擦スタックは多板スタックとして構成され、プレッシャプレートと機能が類似しているが、2つの摩擦ディスクの間に配置され、この目的のために両方に摩擦面が設けられている少なくとも1つの中間プレートが設けられる。中間ディスクはプレッシャプレートのように軸方向に移動することができる。好ましい実施形態では、多板スタックのプレッシャプレートは、ランプシステム、例えば、摩擦スタック側のランプ要素によって直接形成されている。あるいは、別個のプレッシャプレートおよび/またはレバー、例えば、ダイヤフラムばねなどのレバーばね、および/または引張ポットもしくは押圧ポットが介在される。
別の実施形態では、摩擦スタックは、プレッシャプレートとカウンタプレートとの間で押圧することができる軸方向中央の摩擦ディスクが設けられる単板スタックとして構成される。好ましい実施形態では、作動ばね、例えば、ダイヤフラムばねが、ランプシステムと単板スタックとの間に設けられ、好ましくはプレッシャプレートに直接作用する。
好ましい実施形態では、切断クラッチは、共回転クラッチカバーを有し、単板スタックまたは多板スタックとして構成された摩擦スタックのプレート(プレッシャプレート、中間プレートおよび/またはカウンタプレート)が、共回転クラッチカバーと恒久的に共回転するように構成される。これは、プレートが回転子に加えられた速度で電気駆動機械と共に回転することを意味する。
さらなる態様によれば、ハイブリッド駆動トレインが提案され、ハイブリッド駆動トレインは、少なくとも以下の構成要素:
-内燃機関シャフトを有する内燃機関と、
-回転子シャフトを有する電気駆動機械と、
-内燃機関シャフトおよび/または回転子シャフトを消費部にトルク伝達接続するためのトランスミッションと、
-上述の説明の実施形態による切断クラッチと、を備え、
切断クラッチは、回転子シャフトと内燃機関シャフトとの間に配置され、内燃機関は、切断クラッチを介して電気駆動機械によって始動され得る。
ここで提案されるハイブリッド駆動トレインは、一実施形態では、上述の説明による切断クラッチを備え、出力側は、トランスミッションによって消費部に接続され、切断クラッチからのトルクは、電気駆動機械からまたは内燃機関から、トランスミッションによって少なくとも1つの消費部に伝達され得る。電気駆動機械および切断クラッチは、好ましくは、ハイブリッドモジュールと呼ばれ得る事前に取り付け可能なアセンブリを形成する。電気駆動機械は、好ましくは、同軸または並列のモータ発電機である。回転子シャフトおよび内燃機関シャフトは、例えば、内燃機関を始動するために、切断クラッチによって切り替え可能に接続することができる。切断クラッチまたはメインクラッチは、回転ブレーキによって簡単に調整可能に滑って接続できるため、内燃機関を非常にスムーズに接続できる。切断クラッチは、好ましくは、そのような切断クラッチのために従来提供されている設置スペースに収容することができる。この時点で、一実施形態では、回転子シャフトは、共回転クラッチカバーによって一体に形成され、次に、クラッチカバーは、好ましくは、トランスミッション入力シャフトを接続するためのハブ、例えば、スプラインを含むことに留意されたい。あるいは、回転子シャフトは、中央シャフトによって形成され、内燃機関シャフトは、トルクを伝達するようにクラッチカバーに恒久的に接続されている。次に、中央シャフトは、トランスミッション入力シャフトに接続するように構成される。
トランスミッションは、必要な速度または所望のトルクを自動または手動で調整できるように、例えば、トランスミッションギアを含む。好ましい実施形態では、トランスミッションギア装置は、例えば、牽引装置を備えた、またはプッシュベルトを備えた無段変速機(CVT)である。
さらなる態様によれば、自動車が提案され、自動車が、
自動車を推進するための少なくとも1つの駆動輪と、
上述の説明の実施形態によるハイブリッド駆動トレインと、を有し、
少なくとも1つの推進車輪は、ハイブリッド駆動トレインによって、自動車を推進するためのトルクが制御可能に供給され得る。
ハイブリッド自動車では、駆動部品の数が多いため、軸方向および/または径方向の設置スペースが特に小さく、したがって、小型のハイブリッド駆動トレインを使用することが特に有利である。これは、伝達可能な最大トルクに対して、切断クラッチを小さな設置スペースで構成できるという点で達成できる。同時に、ここで提案する切断クラッチにより、摩擦スタックが係合された直後にメインクラッチの滑り動作の調整可能性がもたらされる。
この設置スペースの問題は、欧州分類による小型車カテゴリーの乗用車の場合に悪化する。小型車カテゴリーの乗用車において使用されるアセンブリは、大型車カテゴリーの乗用車と比較してサイズが大幅に減少することはない。それにもかかわらず、小型車の利用可能な設置スペースはかなり小さい。上述のハイブリッド駆動トレインを備えたここで提案されている(ハイブリッド化された)自動車では、機能が大幅に向上しているにもかかわらず、追加の設置スペースは不要である。
乗用車は、例えば、サイズ、価格、重量、および性能に応じて車両カテゴリーに割り当てられ、この定義は、市場のニーズに基づいて絶えず変更される。米国市場では、小型車およびマイクロカーのカテゴリーの車両は、欧州分類にしたがってサブコンパクトカーのカテゴリーに割り当てられるが、英国市場では、それぞれ、スーパーミニカーおよびシティカーのカテゴリーに対応している。マイクロカーカテゴリの例は、フォルクスワーゲンのup!またはルノーのトゥインゴである。小型車カテゴリーの例は、アルファロメオのミト、フォルクスワーゲンのポロ、フォードのKa+またはルノーのクリオである。小型車カテゴリーにおいてよく知られているフルハイブリッドは、BMWのi3、またはトヨタのヤリスハイブリッドである。
さらなる態様によれば、上述の説明の実施形態による切断クラッチの制御された閉鎖のための閉鎖方法が提案され、閉鎖方法は、少なくとも以下の:
a.回転ブレーキを閉じて、トルク/軸力変換器の電機子側と軸受け側との間の相対回転がもたらされることによって、トルク/軸力変換器の軸方向の移動がもたらされる工程と、
b.好ましくは、軸方向の間隙が、工程a.に従って回転ブレーキによって完全に閉じられた後、磁気クラッチに電力を供給して、磁力を生成する工程と、
c.工程b.の後、回転ブレーキを開き、磁力によって電機子を固定子上に保持する工程と、を含み、好ましくは、メインクラッチが滑って動作できるように、磁力が、純粋に保持する最小の力と目標トルクに対応する最大の力との間で調整され得る。
ここでは、パイロットクラッチとしての磁気クラッチを備えた切断クラッチの閉鎖方法が提案され、磁気クラッチは回転ブレーキを含む。ある工程a.において、例えば、(回転する)電気駆動機械によって内燃機関を始動するために、回転ブレーキを閉じて、トルク/軸力変換器の電機子側と軸受け側との間の相対回転がもたらされるので、そのような軸方向の動きは、電機子と固定子との間の(最大の)軸方向の間隙を保持するためのその拮抗力に対してトルク/軸方向力変換器に加えられ、したがって、軸方向の間隙は、好ましくは完全に閉じるまで減少する。結果として、軸方向の間隙は、磁力がなくても、または磁力が少なくても(単に磁力を補助するだけでも)閉じることができる。軸方向の間隙を(磁気的に)閉じるために、磁気クラッチのコイルによって、高いまたはさらには最大の力、あるいは連続的な負荷容量を超える短期間の最大の力を生成する必要はない。むしろ、軸方向の間隙は、ブレーキの制動トルクによって完全に(好ましくは単独で)閉じることができる。工程b.における磁気クラッチまたはそのコイルは、好ましくは、工程a.に従って軸方向の間隙が完全に閉じられた後にだけ電力が供給される。このようにして生成された磁力が、軸方向の間隙を閉じたままにするのに十分である、つまり、電機子を固定子上で軸方向に維持するのに十分であるとすぐに、c.により、ブレーキを再び切り離すことができる、つまり、ブレーキを開くことができる。ここで、(任意の工程d.において)磁気クラッチのコイルへの電力供給をさらに増加させるので、パイロットトルクを増加させることによって、今度は、摩擦スタックへの作動力を増加させることができる。これは、好ましくは、磁気クラッチのコイルにおける電流に比例する。これにより、(軸方向の間隙が閉じているときはいつでも)メインクラッチの滑り動作が可能になる。
上述した発明は、好ましい実施形態を示す関連する図面を参照して関連する技術的背景に基づいて以下に詳細に説明される。本発明は、純粋に概略的な図面を用いて決して制限されないが、図面は、寸法的に正確ではなく、比率を定義するには好適ではないことに留意されたい。
内燃機関の接続側から見た、ブレーキが作動された切断クラッチの第1の実施形態を示す図である。 ブレーキが作動解除され、磁気クラッチが開いている、図1による切断クラッチの全断面図である。 ブレーキが閉じ、軸方向の間隙が閉じられた、図1による切断クラッチの全断面図である。 ブレーキが開き、磁気クラッチが閉じている、図1による切断クラッチの全断面図である。 図2による作動解除状態の第2の実施形態における切断クラッチの全断面図である。 図3による制動された状態における図5による切断クラッチの全断面図である。 図4による作動状態における図5による切断クラッチの全断面図である。 図2による作動解除状態の第3の実施形態における切断クラッチの全断面図である。 図3による制動された状態における図8による切断クラッチの全断面図である。 図4による作動状態における図5による切断クラッチの全断面図である。 閉鎖方法の実施形態のフロー図である。 ハイブリッド駆動トレインを有する自動車を示す図である。
図1は、内燃機関12(ここでは図示されず、図12と対比されたい)の接続側から見た切断クラッチ3の第1の実施形態を示す。この実施形態は、3つの異なる状態の側断面図で図2から図4において示される。切断クラッチ3は、共回転クラッチカバー33を有し、回転軸2に対して同軸に配向されている。電機子5、固定子4およびソレノイド34(図2と対比されたい)は、磁気クラッチ1の構成要素である。固定子4は、ここでは摩擦によってトルクを伝達するように、内燃機関シャフト25に接続されている。ブレーキ作動アクチュエータ35、ループ状ベルト11、およびループ状ベルトアタッチメント36は、回転ブレーキ10の一部である。この図は、作動状態の回転ブレーキ10を示しており、ここでのループ状ベルト11は(任意で)電機子5に直接作用するので、トルク/軸力変換器7(図2~図4参照)のブレーキの軸受け側9に対して電機子側8を制動する。ループ状ベルト11は、例えば固定ハウジング(図示せず)上にループ状ベルトアタッチメント36によって一端が固定されており、ここでは(任意で)電機子5の周りを約1回半[1.5回]導かれている。他端では、ブレーキ作動アクチュエータ35が、好ましくは電気的に作動可能に、ここでは後退および伸長シリンダとして配置されている。ブレーキ10が作動されると、シリンダは(図においてここで示されているようにほぼ右に)後退し、ブレーキ10が作動解除されると、シリンダは伸長される。そのようなブレーキ作動アクチュエータ35の移動は、制動パワーに比べて短い。必要なアクチュエータの力は小さくなる。これにより、軸方向の間隙32をわずかなエネルギーで閉じることができる。トルク/軸力変換器7との機能関係を以下に説明する。
図2では、図1による切断クラッチ3の実施形態が断面図で示され、回転ブレーキ10が開いており、磁気クラッチ1が作動解除されている。わかりやすくするために、一部のトルクは、従来の二重矢印ではなく、共通の(ここでは水平)平面内で、一旦ページの平面から外れ、一旦ページの平面内に入るそれぞれが指す一対の矢印によって以下に示されていることに留意されたい。2つの矢印のうち一方だけが参照符号で標識されている。上の説明では、ここでは、プレートスタック20として構成された摩擦スタック19を有するメインクラッチ14が最初に配置される。この(作動解除された)状態では、磁気クラッチ1は、固定子4と電機子5との間に軸方向の間隙32を有する。したがって、内燃機関シャフト25(ここでは、例えば、デュアルマスフライホイールと切断クラッチ入力部との間の中間シャフト)によって伝達することができる内燃機関トルク37は、回転子シャフト27への伝達から分離される(ドラッグトルクなし)。電気駆動機械26(図12を参照)から生じる回転子トルク38は、図1~図4に示される実施形態では、好ましくは、回転子キャリアを形成する共回転クラッチカバー33によって、回転子シャフト27に恒久的に伝達され得る。一実施形態では、さらなるクラッチが、回転子シャフト27とトランスミッション入力シャフト(ここでは図示されていない)との間に介在されている。磁気クラッチ1は、ここでは(任意で)内燃機関シャフト25上に配置されている。固定子4は、電力が供給されると、軸方向に(かつここでは任意に回転して)固定されたソレノイド34によって磁化することができ、内燃機関シャフト25と共回転する。電機子5は、ここでは、複数の板ばねによって軸方向引張ばねとして構成された、その電機子側8(ここでは断面図において図示されていない)を有するトルク/軸力変換器7によって、その軸受け側9を介して、ランプシステム17またはその第2の傾斜付きリング41(図の下)と共回転する板ばねリベット40によって板ばねカップ39に接続されている。板ばねリベット40は、(任意で)スペーサピンリベット42としても構成されるので、電機子5と固定子4との間の軸方向の間隙32は確実に調整される。回転ブレーキ10は、電機子5に直接作用するように配置されている。ランプシステム17は、第1の(ここでは図面の上部の)傾斜付きリング43、第2の傾斜付きリング41、および(ここでは任意で)2つの傾斜付きリング43、41の間にある複数のローラ本体44を備える。第1の傾斜付きリング43は、トルクを伝達するように共回転クラッチカバー33において吊り下げられ、ここでは(任意で)同時に、摩擦スタック19の内側プレート45(ここでは、上部は図面において部分をもって全体をあらわすように示されている)が、摩擦トルクの伝達のために押圧可能に接触して、第1の傾斜付きリング43が直接配置されることによってメインクラッチ14のための押圧手段21を形成する。第2の傾斜付きリング41におけるトルク(例えば、回転子トルク38と内燃機関トルク37との間)に差がない限り、第1の傾斜付きリング43および第2の傾斜付きリング41は同期して回転する。ここで、これは、ここで(任意で)また、摩擦スタック19を分離するように(すなわち、プレート46、45を離間させるように)構成されている(例えば、らせん圧縮ばねとして構成された)挟持ばね56によって保証される。したがって、メインクラッチ14の摩擦スタック19には軸方向の作動力18は発生しない(図4を参照)。したがって、電機子5は、共回転クラッチカバー33と同期して回転する。純粋な電気的動作中、メインクラッチ14は押圧されず、メインクラッチ14の摩擦スタック19の外側プレート46(ここでは、上部は、図面では、部分をもって全体をあらわすように示されている)、ランプシステム17、および(固定子4からある距離で保持された)電機子5のみが共回転する。内燃機関シャフト25は切り離されており、内燃機関トルク37は、回転子シャフト27に伝達することができず、またその逆もできない。したがって、伝達トルク47は、(理想的に簡略化された見方で)回転子トルク38に対応する。
ここに示されている(作動解除された)状態では、回転ブレーキ10は開いている(ブレーキ作動アクチュエータ35が伸びている)ので、ループ状ベルト11は、電機子5との接触を一切形成しない、すなわち、少なくとも一切力を伝達しない。示される実施形態では、板ばねカップ39は、ここではニードル軸受けまたは円筒ころ軸受けとして構成されたアキシャル軸受け48によって、(任意で)共回転クラッチカバー33上で軸方向に支持される。
図3では、図2による切断クラッチ3の実施形態が同じ断面図に示され、回転ブレーキ10が閉じられ、軸方向の間隙32(図2を参照)が閉じられている。磁気クラッチ1は、電力が供給されず、例えば、作動解除されている。この(制動された)状態では、回転子トルク38に対抗する制動トルク61(停止を目的とする電機子5の制動、すなわち、回転方向とは無関係である)が、板ばねカップ39、それ故に、ランプシステム17の第1の傾斜付きリング43と比較して、それに摩擦するループ状ベルト11の(制動トルク61による)制動作用により、電機子5に加えられる。これは、(ここでは断面図に示されていない)電機子側8と軸受け側9との間のトルク差のために効力を有し、トルク/軸力変換器7が軸方向に位置付けられているので、軸方向の間隙32を(ここに示されているようにゼロに)減少させる。この目的のために、磁力6は好ましくは不要である。むしろ、軸方向の間隙32を閉じるためだけに、すでに印加されている最大の電力供給の代わりに、この時点でのみ磁気クラッチ1への電力供給を急いで用意することが可能である。その結果、メインクラッチ14の調整可能性が実現される。すなわち、磁気クラッチ1への電力供給は、所望の係合曲線に従って、好ましくは電流の流れに比例する係合経路および/または押圧力で調整することができ、既知の実施形態において、慣性(誘導)のために、時間内に再び容易に減らすことはできない最大の力は生成されない。
図4では、図2および図3による切断クラッチ3の実施形態が同じ断面図に示され、回転ブレーキ10が再び開き、軸方向の間隙32(図2を参照)が、現在作動している、すなわち電力供給された磁気クラッチ1の磁力6単独で閉じられている。この(作動した)状態では、回転ブレーキ10は(再び)開いており、電機子5に制動作用は及ぼされていない。ランプシステム17は、磁力6によって完全に作動可能であり、目標トルク15を移送できるまでの回転子シャフト27に対する内燃機関シャフト25のスムーズな同期のために、摩擦スタック19上で最小作動力18から最大作動力18まで調整することができる。ここで、伝達トルク47は、それぞれの場合において、総回転子トルク38および内燃機関トルク37の合計に相当する。もちろん、回転子トルク38は、ここでゼロに低減することができ、または反対の回転子トルク38を用いて回生モードで動作することさえできる。
図5には、切断クラッチ3の第2の実施形態が、図2と同じ断面図で示されている。ここで、中央シャフトは回転子シャフト27であり、(図示されているように)内燃機関シャフト25(図12を参照)の接続部が上部に形成されている。切断クラッチ3のこの第2の実施形態は、トルク伝達動作原理に関して、図1~図4による切断クラッチ3の第1の実施形態と類似している。この点に関して、図2~図4の前述の説明を参照する。この第2の実施形態では、回転子シャフト27から固定子4に、ここでは(任意で)摩擦的に直接回転子トルク38を伝達することができる。固定子4は、ここでは(任意で)複数の板ばねを備えた圧縮ばね装置として構成されたトルク/軸力変換器7によって、トルクを伝達するように板ばねカップ39に接続されている。板ばねカップ39は、電機子側8の第1の板ばねリベット40によって、かつ軸受け側9の第2の板ばねリベット49によって、固定子4に固定されている。再び図示される状態の板ばねカップ39は、電機子5に軸方向に固定された切り替えディスク50が、軸方向の間隙32により固定子4から離間して電機子5を保持するように、電機子5に対して軸方向にオフセットして配置されている。電機子5は(また図6および図7とも対比されたい)、ここでは、第2の傾斜付きリング41に対して軸方向に移動可能であるように、第2の傾斜付きリング41に歯部によって(任意で)接続されている。ループ状ベルト11は、板ばねカップ39に直接巻かれている。メインクラッチ14の摩擦スタック19は、ここでは多板スタック22として構成され、プレッシャプレート51としての第1の傾斜付きリング43は、押圧手段21を形成し、共回転クラッチカバー33は、カウンタプレート52を形成する。中間プレート53は、第1の摩擦プレート54と第2の摩擦ディスク55との間に軸方向中央に配置され、その結果、2つの摩擦プレート54、55は、プレート51、52、53の間のランプシステム17によって押圧され得る。電機子5は、ここでは任意で連動して、トルクを伝達するようにランプシステム17の第2の傾斜付きリング41に直接接続されている。
図6では、図5による切断クラッチ3が、図3による制動された状態で示されている。ループ状ベルト11から生じる板ばねカップ39の摩擦制動(制動トルク61)は、固定子4と制動された板ばねカップ39との間にトルク差を生成し、その結果、トルク/軸力変換器7は、軸方向に収縮するので、切り替えディスク50によって制御されるように固定子4に対して電機子5を押圧し、軸方向の間隙32を排除する(図5を参照)。
図7では、図5および図6による切断クラッチ3は、図4による作動状態で示されている。この(作動した)状態では、回転ブレーキ10は(再び)開いており、電機子5に制動作用は及ぼされていない。ここで、ランプシステム17は、磁力6によって完全に作動させることができる。
図8では、切断クラッチ3の第3の実施形態が、図2および図5と同じ断面図で示されている。ここで、中央シャフトは回転子シャフト27であり、(図示されているように)内燃機関シャフト25(図12を参照)の接続部が上部に形成されている。切断クラッチ3のこの第3の実施形態は、トルク伝達動作原理に関して、図5~図7による切断クラッチ3の第2の実施形態と類似している。この点に関して、図2~図4および図5~図7の前述の説明を参照する。この第2の実施形態では、回転子シャフト27から固定子4に、ここでは(任意で)摩擦的に直接回転子トルク38を伝達することができる。固定子4は、ここでは(任意で)複数の板ばねを備えた圧縮ばね装置として構成されたトルク/軸力変換器7によって、トルクを伝達するように板ばねカップ39に接続されている。板ばねカップ39は、電機子側8の第1の板ばねリベット40によって板ばねカップ39に固定され、軸受け側9の第2の板ばねリベット49によって固定子4に固定されている。再び図示される状態の板ばねカップ39は、電機子5に軸方向に固定された切り替えディスク50が、軸方向の間隙32により固定子4から離間して電機子5を保持するように、電機子5に対して軸方向にオフセットして配置されている。電機子5は(また図9および図10と対比されたい)、ここでは、第2の傾斜付きリング41に対して軸方向に移動可能であるように、第2の傾斜付きリング41の歯部によって(任意で)接続されている。ループ状ベルト11は、板ばねカップ39に直接巻かれている。メインクラッチ14の摩擦スタック19は、ここでは、単板スタック23として構成されており、作動ばね24、例えば、いわゆるレバーばねによって第1の傾斜付きリング43が(別個の)プレッシャプレート51を形成し、共回転クラッチカバー33が、カウンタプレート52を形成している。(第1のかつ唯一の)摩擦ディスク54は、軸方向中央に配置され、それにより、摩擦ディスク54は、ランプシステム17によってプレート51、52の間で押圧され得る。電機子5は、ここでは任意で連動して、トルクを伝達するようにランプシステム17の第2の傾斜付きリング41に直接接続されている。ループ状ベルトアタッチメント36がここで確認することができる。
図9では、図8による切断クラッチ3が、図6による制動された状態で示されている。ループ状ベルト11から生じる板ばねカップ39の摩擦制動(制動トルク61)は、固定子4と制動された板ばねカップ39との間にトルク差を生成し、その結果、トルク/軸力変換器7は軸方向に収縮するので、切り替えディスク50によって制御されるように固定子4に対して電機子5を押圧し、軸方向の間隙32を排除する(図8を参照)。
図10では、図8および図9による切断クラッチ3が、図7による作動状態で図示されている。この(作動した)状態では、回転ブレーキ10は(再び)開いており、電機子5に制動作用は及ぼされていない。ここで、ランプシステム17は、磁力6によって完全に作動させることができる。
図11は、例えば、前の図に示されているように、切断クラッチ3を用いて実行される閉鎖方法の実施形態のフロー図を示している。ある工程a.において、制動トルク61によって、トルク/軸力変換器7の電機子側8と軸受け側9との間の相対回転、それ故に、トルク/軸力変換器7の軸方向運動が生じるので、軸方向の間隙32が閉じられるように、回転ブレーキ10が閉じられる。工程b.において、磁気クラッチ1または磁力6を発生させるためのコイルに(電力が)供給される。磁気クラッチ1のこの作動は、好ましくは、工程a.に従って、回転ブレーキ10によって軸方向の間隙32が完全に閉じた後にのみ実行される。あるいは、より早い、つまり、工程a.と重なっている(破線で示されている)工程b.は、軸方向の間隙32の閉鎖プロセスをサポートするように実行される。電機子5を固定子4上に保持するのに十分な磁力6が生成されるとすぐに、工程c.において、回転ブレーキ10が開かれ、電機子5は、磁力6によってのみ固定子4上に保持される。軸方向の間隙32は、好ましくは、工程c.が実行されるときにすでに完全に閉じられている。あるいは、残りの(軸方向)距離は、磁力6によってのみ閉じられる。次の工程d.では、ランプシステム17によって押圧力をスムーズに増加させるために、電力供給が(任意で)増加される。この場合、工程b.における磁力6は、所望の目標トルク15を伝達するのにまだ十分な大きさではなく、好ましくは、挟持ばね56の反力に打ち勝つために十分なパイロットトルク16をランプシステム17に伝達するのにまだ十分な大きさではないので、ドラッグトルクを内燃機関シャフト25に伝達することができないか、あるいは、ハイブリッド駆動トレイン13において無視できる程度のドラッグトルクを内燃機関シャフト25に伝達することができる(図12を参照)。
図12は、(任意で運転席57の前にあり、任意で横断方向配置されている、すなわち、エンジンの軸58が自動車31の長手軸59を横切っている)ハイブリッド駆動トレイン13を備えた自動車31を、上からの概略図で示す。ここで、前車軸、それ故に、左側の駆動輪29および第2の駆動輪30は、ハイブリッド駆動トレイン13によって駆動される。後車軸は、同時に走行するか、または後車軸もまた走行する(全輪駆動)ように構成され、あるいはハイブリッド駆動トレイン13によって駆動される。ハイブリッド駆動トレイン13は、内燃機関12および電気駆動機械26を備え、ここで(任意で)電気駆動機械26は、ハイブリッドモジュール60に統合されている。両方の駆動機械26、12は、トランスミッション28、例えば、ベルト駆動トランスミッションによってトルクを伝達するように駆動輪29、30に接続されている。この実施形態では、内燃機関シャフト25は、(ここではハイブリッドモジュール60において含有されている)切断クラッチ3によって、電気駆動機械26の回転子シャフト27によってトランスミッション28に取り外し可能に接続されている。
ここで提案される磁気クラッチにより、移動量を調整できる切断クラッチ用のパイロットクラッチが提供される。
1 磁気クラッチ
2 回転軸
3 切断クラッチ
4 固定子
5 電機子
6 磁力
7 トルク/軸力変換器
8 電機子側
9 軸受け側
10 回転ブレーキ
11 ループ状ベルト
12 内燃機関
13 ハイブリッド駆動トレイン
14 メインクラッチ
15 目標トルク
16 パイロットトルク
17 ランプシステム
18 作動力
19 摩擦スタック
20 プレートスタック
21 押圧手段
22 多板スタック
23 単板スタック
24 作動ばね
25 内燃機関シャフト
26 電動駆動機械
27 回転子シャフト
28 トランスミッション
29 左駆動輪
30 右駆動輪
31 自動車
32 軸方向の間隙
33 共回転クラッチカバー
34 ソレノイド
35 ブレーキ作動アクチュエータ
36 ループ状ベルトアタッチメント
37 内燃機関トルク
38 回転子トルク
39 板ばねカップ
40 第1の板ばねリベット
41 第2の傾斜付きリング
42 スペーサピンリベット
43 第1の傾斜付きリング
44 ローラ本体
45 内側プレート
46 外側プレート
47 伝達トルク
48 アキシャル軸受け
49 第2の板ばねリベット
50 切り替えディスク
51 プレッシャプレート
52 カウンタプレート
53 中間プレート
54 (第1の)摩擦ディスク
55 第2の摩擦ディスク
56 挟持ばね
57 運転席
58 モータ軸
59 長手軸
60 ハイブリッドモジュール
61 制動トルク

Claims (7)

  1. 切断クラッチ(3)を作動させるための回転軸(2)を有する磁気クラッチ(1)であって、前記磁気クラッチ(1)が、少なくとも以下の構成要素:
    -軸方向に固定された固定子(4)と、
    -軸方向に移動可能な電機子(5)であって、前記電機子(5)が、電力供給によって引き起こされた磁力(6)によって前記固定子(4)上に軸方向に保持可能である、電機子(5)と、
    -前記磁力(6)に拮抗して作用する電機子側(8)および軸受け側(9)を有するトルク-軸力変換器ユニット(7)であって、前記磁力(6)によって前記電機子(5)が前記固定子(4)からある軸方向距離で保持されている、トルク-軸力変換器ユニット(7)と、を有し、
    さらに回転ブレーキ(10)が設けられ、前記回転ブレーキ(10)によって、前記トルク-軸力変換器ユニット(7)の前記電機子側(8)と前記軸受け側(9)との間の回転速度の差がもたらされ得ることを特徴とする、磁気クラッチ(1)。
  2. 前記回転ブレーキ(10)が、ループ状ベルト(11)を含み、前記ループ状ベルト(11)が、好ましくは、摩擦でトルクを伝達するように前記電機子(5)に直接接続可能である、請求項1に記載の磁気クラッチ(1)。
  3. ハイブリッド駆動トレイン(13)における内燃機関(12)用の切断クラッチ(3)であって、前記切断クラッチ(3)が、少なくとも以下の構成要素:
    -所定の目標トルク(15)の分離可能な伝達のためのメインクラッチ(14)と、
    -前記メインクラッチ(14)用のパイロットトルク(16)の制御可能な伝達のための、請求項1または2に記載の磁気クラッチ(1)と、
    -前記パイロットトルク(16)を軸方向作動力(18)に変換するためのランプシステム(17)と、を有し、
    前記メインクラッチ(14)が、前記ランプシステム(17)の前記作動力(18)によって閉鎖可能である、切断クラッチ(3)。
  4. 前記メインクラッチ(14)が、以下の:
    -プレートスタック(20)であって、好ましくは押圧手段(21)としての前記ランプシステム(17)が前記プレートスタック(20)に直接作用している、プレートスタック(20)としての構成、
    -多板スタック(22)であって、好ましくは押圧手段(21)としての前記ランプシステム(17)が前記多板スタック(22)に直接作用している、多板スタック(22)としての構成、
    -単板スタック(23)であって、好ましくは前記ランプシステム(17)と前記単板スタック(23)との間に作動ばね(24)が存在する、単板スタック(23)としての構成、のうちの1つに従って構成されている摩擦スタック(19)を含む、請求項3に記載の切断クラッチ(3)。
  5. ハイブリッド駆動トレイン(13)であって、前記ハイブリッド駆動トレイン(13)が、少なくとも以下の構成要素:
    -内燃機関シャフト(25)を有する内燃機関(12)と、
    -回転子シャフト(27)を有する電気駆動機械(26)と、
    -前記内燃機関シャフト(25)および/または前記回転子シャフト(27)を消費部(29、30)にトルク伝達接続するためのトランスミッション(28)と、
    -請求項3または4に記載の切断クラッチ(3)と、を有し、
    前記切断クラッチ(3)が、前記回転子シャフト(27)と前記内燃機関シャフト(25)との間に配置され、前記内燃機関(12)が、前記切断クラッチ(3)を介して前記電気駆動機械(26)によって始動され得る、ハイブリッド駆動トレイン(13)。
  6. 自動車(31)であって、前記自動車(31)が、
    前記自動車(31)を推進するための少なくとも1つの駆動輪(29、30)と、
    請求項5に記載のハイブリッド駆動トレイン(13)と、を有し、
    前記少なくとも1つの駆動輪(29、30)が、前記ハイブリッド駆動トレイン(13)によって、前記自動車(31)を推進するためのトルクを制御可能に供給され得る、自動車(31)。
  7. 請求項3または4に記載の切断クラッチ(3)の制御された閉鎖のための閉鎖方法であって、前記閉鎖方法が、列挙された順序で少なくとも以下:
    a.前記回転ブレーキ(10)を閉じて、前記トルク-軸力変換器ユニット(7)の前記電機子側(8)と前記軸受け側(9)との間の相対回転がもたらされることによって、前記トルク-軸力変換器ユニット(7)の軸方向の移動がもたらされる工程と、
    b.好ましくは、軸方向の間隙(32)が、工程a.に従って前記回転ブレーキ(10)によって完全に閉じられた後、前記磁気クラッチ(1)に電力を供給して、前記磁力(6)を生成する工程と、
    c.工程b.の後、前記回転ブレーキ(10)を開き、前記磁力(6)によって前記電機子(5)を前記固定子(4)上に保持する工程と、を含み、
    好ましくは、前記メインクラッチ(14)が滑って動作できるように、前記磁力(6)が、純粋に保持する最小の力と前記目標トルク(15)に対応する最大の力との間で調整され得る、閉鎖方法。
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