JP2024038055A - 連続無段式動力分割伝動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】変速機(V)と加算歯車列と複数の継手を備え、燃焼機関により車両に動力供給するための連続無段式動力分割伝動装置を提供する。【解決手段】複数の範囲の間の遷移は同期点において発生し、継手(C0、C1、B0、B1)は1つの入口ユニット(E)に一体にされ、入口ユニット(E)は燃焼機関と加算歯車列(SG1)との間に構成配置される。最小費用で最大機能性を達成するため加算歯車列(SG1)は、共通の遊星枠(St1)上で軸支された互いに噛合う第1の遊星歯車(P1)と第2の遊星歯車(P2)を含み、第1の太陽歯車(S1)または第1の輪歯車(H1)は燃焼機関によって駆動され、第2の中心歯車(S2)は変速機を介し駆動され、第1の太陽歯車(S1)または第1の輪歯車(H1)は、同期点のある範囲から次の範囲への遷移の間、入口ユニット(E)を介し燃焼機関と連結され、遊星枠(St1)は車両の駆動装置と連結される。【選択図】図1

Description

本発明は、燃焼機関によって車両および/または作業機に動力供給するための連続無段式動力分割伝動装置であって、変速機と、加算歯車列と、複数の継手とを含み、変速機は、両方向における最高速度の間で連続的に無段式で制御される速度で、燃焼機関の動力の一部分を加算歯車列に伝達し、動力の一部分は動力の他の部分に加えられ、複数の範囲の間の遷移は同期点において発生し、加算歯車列は、第1の中心ホイールとしての太陽ホイールと、第2の中心ホイールと、輪歯車と、遊星枠上で保持される複数の遊星歯車とを含んだ4本の軸を有する遊星歯車列である連続無段式動力分割伝動装置に関する。
ドイツ国特許公報第3533193号は、そのような動力分割伝動装置に関する。変速機ならびに加算歯車列は、燃焼機関の出力軸と同軸である。変速機が入力部と同軸であるため、中空軸が必要となる。この加算歯車列は2つの輪歯車を有する遊星形のものであり、一方がもう一方の内側にある2つのさらなる中空軸を介して、最終出力側上で継手と連通するものである。加算歯車列および中空軸、特に、2つの入れ子型中空軸のうちの幅広の外側の軸は非常に高価である。継手を出口側に配設するのは、それらの継手が全出口トルクに合わせて寸法決めされなければならず、それゆえに非常に大型となるため、非常に不利である。この伝動装置は3つの範囲のみを有し、そのうちの1つの範囲は単に静圧のためのものであり、2つの範囲は動力分割のためのものである。
さらなる動力分割伝動装置が米国特許公報第9488263号に記載されている。これは、2つの遊星歯車列モジュール、すなわち、入口側にある差動モジュール、および出口側にある範囲モジュールと、変速機とを備えるものである。いくつかの継手がモジュール間に挿入され、1つは範囲モジュールの後方に配設される。この伝動装置においても、機械的に伝動されるトルクと、重畳する静圧トルクとの合計に合わせて継手が寸法決めされなければならないため、それらの継手は非常に大型となる。いくつかの継手はモジュールと出口側のさらなる継手との間に配置されるため、継手への制御流体の内転(adduction)は容易ではない。結局は、範囲の数に比例したより多数の継手が必要となる。
最後に、静圧または電気式の変速機を有する動力分割伝動装置が欧州特許公報第2258966B号に記載されている。その加算歯車列は、2つの完全な遊星歯車列(太陽ホイール、輪歯車および遊星枠上の遊星)を備え、その太陽ホイールは共通の軸上に位置し、したがって互いに強固に結合される。同様に、両方の遊星歯車列の遊星枠が強固に結合される。機械的動力経路は、複数の組の平歯車を備える。それゆえに、同軸の入口軸と出口軸とを有する実施形態は不可能であり、伝動装置全体が非常に大型となる。さらなる欠点は、最高範囲への遷移が同期点において発生しないことである。
ドイツ国特許公報第3533193号 米国特許公報第9488263号 欧州特許公報第2258966B号
本発明が解決しようとする課題は、列挙したすべての欠点が回避される種類の伝動装置を作り出すことである。その伝動装置は、より少数でかつより安価な構成要素を用いることで設計がより簡潔であり、かつより小型でなければならず、それでいて、より高度な機能性を有さなければならない。このことは、独立請求項1の特徴的機構によって達成される。
入口ユニット内に集合された継手は、より低い入口トルクに合わせて寸法決めされ、最終減速の上流側にあり、トルクのうちの機械的に伝達される部分に対するものである。それゆえに、伝動装置全体はより小型のものとなり、継手を動作させるための油の内転がより簡潔となる。
4本の軸を有する加算歯車列は、最新のものとは異なり、1つの遊星歯車列のみを備える。1つの歯車付き要素(中心歯車、太陽歯車または輪歯車のいずれか)が省かれる。この結果、伝動装置全体の設計がより簡潔でより短くかつより安価となり、また、伝動装置全体の入力軸と出力軸とを同軸にすることが可能となる。それでも、中空軸は1本のみ必要となる。
機械的動力経路は、範囲に応じて、第1の太陽歯車または第1の輪歯車のいずれかを通じて延びる。変速機からの経路は、各範囲において、第2の中心歯車を越えて延び、その第2の中心歯車は、第2の太陽歯車または第2の輪歯車のいずれかである。この結果、より柔軟な設計が得られる。出口駆動装置は遊星枠を経由する。
この柔軟性は、入口ユニットにいかなる修正も加えずに、加算歯車列の2つの実施形態が可能である結果として得られるものである。第1の実施形態では、第2の中心歯車は太陽歯車であり、動力出力は、中空軸によるものか、あるいは出口軸または出口歯車を設けられた遊星枠によるものとなる。第2の実施形態では、第2の中心歯車は輪歯車であり、出口駆動装置は平らな(中空ではない)軸を経由する。この後者の実施形態は、直通駆動装置に特に適している。これは、伝動装置の入力軸と出力軸が同心であることを意味している。
変速機は、静圧式または電動式またはそれ以外のものであり、特定の用途に適するいかなる場所にも配置され、加算歯車列の太陽歯車または輪歯車のいずれかである第2の中心歯車と駆動的に連結され得る。
有利な発展形態では、加算歯車列の第1の輪歯車および第1の太陽歯車は入口ユニットに隣接して配置され、遊星枠と第2の中心ホイールは反対側に配置され、互いに噛み合う第1の遊星歯車と第2の遊星歯車の組は、遊星枠上で軸支される。このタイプの遊星歯車列はラビニュートレーンとして知られている。第1の実施形態では、第2の遊星歯車は第2の太陽歯車と噛み合い、第2の実施形態では、第2の遊星歯車は第2の輪歯車と噛み合うが、他のすべての機構は同一である。
入口ユニットは、加算歯車列のうちの隣接する要素(第1の太陽歯車および第1の輪歯車)を介してのみ加算歯車列と連通するため、入口ユニットは、加算歯車列を修正することなく変更され得る。基本的な実施形態では、燃焼機関からの入力軸は直接的に、第1の継手を介して第1の太陽歯車を駆動するか、あるいは代替的に第2の継手を介して第1の輪歯車を駆動する。
入口ユニットの第1の発展形態では、第1の輪歯車を不動化するために第1のブレーキが加えられる。ブレーキは継手でもあり、それゆえに、特許請求の範囲において継手という用語に包含される。このブレーキを作動させ、他の継手を閉じないことにより、最低速の範囲には、変速機のみによるトルク伝動がもたらされる。この範囲では、加算歯車列は、高率減速歯車列として作用する。
より精巧な発展形態では、入口ユニットは、入口ユニットの入力側上のさらなるブレーキによって作動され得る増速列として働く基本的な遊星歯車列を備える。これにより、さらなる範囲が作り出される。好ましい実施形態では、この増速列は、燃焼機関からの入力軸と駆動的に連結され、遊星歯車を担持する遊星枠と、継手の間の駆動貫通軸上にある太陽歯車とを備え、また、入力側にある第2のブレーキによって不動化され得る輪歯車を備える。このようにして、増速歯車列および第2のブレーキは、入力ユニット内の他の継手と一体化され、こうして大きさと費用を低減する。
これから本発明について、以下の図面と共に記載し、説明することにする。
簡略化した縦断面における第1の実施形態である。 簡略化した縦断面における第2の実施形態である。 第1の実施形態に関する回転速度図である。 継手の表である。
図1および2において、基本的な要素は示唆的な頭文字で参照され、他の要素は参照符号で参照される。ケーシング、変速機および制御器は簡潔にするために省略されている。頭文字が表すものは次のとおりである。
VM 燃焼機関
SG 連続無段式動力分割伝動装置
E 入口ユニット
SG1 第1の実施形態における加算歯車列
SG2 第2の実施形態における加算歯車列
V 変速機
PG0 入口ユニットE内の増速遊星歯車列
H0 入口ユニットE内の輪歯車
H1 第1の輪歯車
H2 第2の実施形態における第2の輪歯車
P0 入口ユニットE内の遊星歯車
P1 第1の遊星歯車
P2 第2の遊星歯車
S0 入口ユニットE内の太陽歯車
S1 第1の太陽歯車
S2 第2の太陽歯車
St0 入口ユニットE内の遊星枠
St1 第1の遊星枠
StW0 VMからの入力軸
StW1 出力軸
SW0 入口ユニットE内の太陽歯車軸(駆動貫通軸)
SW1 第1の太陽歯車軸
SW2 第2の太陽歯車軸(第1の実施形態における中心歯車軸)
HW1 第1の輪歯車軸
HW2 第2の輪歯車軸(第2の実施形態における中心歯車軸)
Z1 出力歯車
B0 入口ユニットE内のブレーキ
B1 第1のブレーキ
C0 S1と連結するための継手
C1 H1と連結するための継手
図1において、動力経路は左から右へ、燃焼機関VMから入口軸StW0を介して入口ユニットEへと進んでおり、入口ユニットEは、すべての継手およびブレーキを含んでおり、この場合は入口側の遊星歯車列PG0を含んでいる。入口軸StW0は、その端部に、入口ユニット遊星枠St0を形成しており、この遊星枠St0はまた、継手装置構成C0およびC1の外側半部を含んでいる。継手はここではクラッチであるが、それでもなお、それらの継手は同期点において動作される(以下を参照)。
継手装置構成C0の内側半部は、入口ユニット太陽歯車軸SW0に結合されており、入口ユニット太陽歯車軸SW0もまた、基本的な実施形態では、第1の太陽歯車軸SW1であり、加算歯車列の第1の太陽歯車S1で終端している。図1に示す実施形態では、入口側の太陽歯車軸SW0は、入口ユニット遊星歯車列PG0の入口ユニット太陽歯車S0を担持する貫通駆動軸である。この遊星歯車列PG0は、増速歯車列として選択的に動作する。入口ユニット太陽歯車S0は、入口ユニット遊星枠St0内で軸支された入口ユニット遊星歯車P0と噛み合う。入口ユニット遊星歯車P0は次いで、入口側の輪歯車H0と噛み合う。この輪歯車H0は、ブレーキB0によってケーシング(図1においてハッチングされた四角形によって表現される)と係止され、それによって輪歯車Hが不動になり得る。
継手C1の内側半部は、輪歯車軸HW1上に配置され、加算歯車列SG1(図2ではSG2)の第1の輪歯車H1と強固に一体化される。選択された範囲に応じて、伝動されたトルクの機械的な部分が、輪歯車軸HW1か加算歯車列SG1の太陽歯車軸S1のいずれかによって加算歯車列に与えられる。単純に静圧または電気的な範囲を与えるために、輪歯車軸HW1は、ブレーキB1によって入口ユニットEのケーシングと係止され得る。この範囲では、加算歯車列SG1は、高率減速歯車列として作用する。太陽歯車S1は太陽歯車軸と共に、この範囲では遊転している。
加算歯車列SG1は、4本の軸を有する遊星歯車列である。3本の入口軸は、第1の太陽歯車軸SW1と、トルクのうちの機械的に伝動される部分に対する輪歯車H1を有する第1の輪歯車軸HW1と、トルクのうちの変速機Vからの部分に対する中心歯車軸SW2(図1では、太陽歯車S2を有する太陽歯車軸)である。出力軸StW1はここでは、太陽歯車軸SW2を内側に有する中空軸である。
加算歯車列SG1における歯車の構成配置は次のとおりである。第1の太陽歯車S1が、軸方向に細長い第1の遊星歯車P1と噛み合い、この第1の遊星歯車P1が次いで第1の輪歯車H1と噛み合い、そして同じ遊星枠St1上で軸支された第2の遊星歯車P2と噛み合う。互いに係合する遊星歯車P1、P2のどちらの組も、図1では線10によって示されている。この実施形態では、出力動力が出力軸StW1によって送出されない限り、遊星枠St1は出力歯車Z1として特徴付けられ得る。これは、特定の用途においては伝動装置全体の位置に依存する。
図2に示す第2の実施形態は、第2の中心ホイールとして、図1の第2の太陽歯車S2の代わりに、第2の輪歯車H2が存在するという点で、図1とは異なっている。このようにして、第2の遊星歯車P2は、第1の遊星歯車P1(線10によって示す)および第2の輪歯車軸HW1と強固に結合された第2の輪歯車H2との噛合い係合をなす。両方の輪歯車H1、H2との間の駆動連結により、第2の遊星歯車P2は、第1の遊星歯車P1よりも幅広(軸方向に細長い)となっている。第1の遊星歯車P1は、図1と同様に、第1の太陽歯車S1および第1の輪歯車H1との噛合い係合をなす。この実施形態では、第2の輪歯車軸HW1は中空軸であり、出力軸StW1は、伝動装置の全体にわたって容易な駆動貫通をもたらす平らな軸である。
図1の伝動装置の動作モードについて、これから図3を参照して説明することにする。回転速度図において、横座標軸は車両の速度を表し(遊星枠St1のrpmに比例する)、縦座標軸は、車両の速度に依存する様々な要素の回転速度を表している。これらは、
破線(長い破線)として表される、速度n_S2で変速機によって駆動される第2の太陽歯車S2の速度、
破線(短い破線)として表される、速度n_S1で燃焼機関VMによって駆動される第1の太陽歯車S1の速度、
点線として表される、速度n_H1を有する第1の輪歯車H1の速度、
直線として表される、出口速度n_St1としての遊星枠St1の速度である。
前進範囲は、F1~F4を用いて参照され、低速の後退範囲はFを用いて参照される。遷移点は、0(前進から後退への遷移である走行速度ゼロ)として、1(F1からF2への遷移)として、2(F2からF3への遷移)として、また3(F3からF4への遷移)を用いて参照される。
後退範囲Fでは、また第1の前進範囲F1では、図4の表によれば、ブレーキB1は閉じられ、第1の輪歯車H1はそれによって不動化される(n_H1=0)。変速機Vは、第2の歯車軸SW2、太陽歯車S2、ならびに第1および第2の遊星歯車P2、P1によって、出力StW1と共に遊星枠St1を駆動する。第1の太陽歯車S1は、第2の太陽歯車S2と同じrpmで、ただし反対の方向に遊転している(継手C1とC2が係合解除されている)。この低速範囲では、車両は変速機Vのみによって駆動される。逆転は、単純に変速機の回転方向を逆転させることによって達成される。
第2の範囲F2は遷移点1に移り、変速機Vおよび太陽歯車S1は、継手C1を閉じ、ブレーキB1を開くことによって最高回転速度に到達する。燃焼機関VMの回転速度は一定であり、第1の太陽歯車S1の速度n_S1に等しい。したがって、遷移は、継手C0およびブレーキB1における滑りを伴うことなく、同期的に進行する。変速機Vの出力速度n_S2はここで低減され、線n=0と交差し、次の遷移点2に到達するまで反対の回転方向に再び上昇する。この遷移点2はさらなる同期点であり、ここで回転速度n_S1とn_H1は等しくなる。この範囲では、第1の太陽歯車S1の速度は(それと共に燃焼機関VMの速度は)一定となる。
第3の範囲F3は、継手C0を開き、それと同時に継手C1を閉じることによって、点3に移るが、いずれの継手もまた、この同期点において滑ることはない。これにより、燃焼機関VMのトルクの一部が第1の太陽歯車S1から第1の輪歯車H1へと移り、第1の輪歯車H1はここでn_H1の速度で回転する。それと同時に、変速機Vおよびそれに伴う第2の太陽歯車S2の速度n_S2は、反対の回転方向における最高速度に達するまで低下し始める。この範囲では、第1の太陽歯車S1はn_S1の速度で遊転する。
第4の範囲F4は、継手C1を開き、ブレーキB0を閉じることによって、同期遷移点3に移る。変速機Vの速度、およびそれに伴う太陽歯車S2の速度n_S2はここで再び低下し始める。ブレーキB0を作動させることにより、入口側の遊星歯車列PG0はここで増速歯車列として働く。その増速率は、第3の範囲において速度n_S1で遊転している第1の太陽歯車S1が、遷移点4における燃焼機関の速度に対応する速度に達するように選定される。この同期的な遷移点でもまた、継手C1およびブレーキB0は滑りを伴うことなく切り換えられる。この第4の範囲において、変速機の速度は再び、最高速度から反対の回転方向における最高速度へと変化される。
このようにして、全体を通じて同期的な遷移を伴う、4つの前進範囲と1つの後退範囲を有する連続無段式動力分割伝動装置が達成される。
VM 燃焼機関
SG 連続無段式動力分割伝動装置
E 入口ユニット
SG1 加算歯車列
SG2 加算歯車列
V 変速機
PG0 増速遊星歯車列
H0 輪歯車
H1 第1の輪歯車
H2 第2の輪歯車
P0 入口ユニット遊星歯車
P1 第1の遊星歯車
P2 第2の遊星歯車
S0 入口ユニット太陽歯車
S1 第1の太陽歯車
S2 第2の太陽歯車
St0 入口ユニット遊星枠
St1 第1の遊星枠
StW0 入力軸
StW1 出力軸
SW0 入口ユニット太陽歯車軸
SW1 第1の太陽歯車軸
SW2 第2の太陽歯車軸
HW1 第1の輪歯車軸
HW2 第2の輪歯車軸
Z1 出力歯車
B0 ブレーキ
B1 第1のブレーキ
C0 継手
C1 継手

Claims (11)

  1. 燃焼機関(VM)によって車両および/または作業機に動力供給するための連続無段式動力分割伝動装置であって、変速機(V)と、加算歯車列と、複数の継手とを含み、前記変速機は、両方向における最高速度の間で連続的に可変に制御される速度で、前記燃焼機関の前記動力の一部分を前記加算歯車列に伝達し、前記動力の一部分は前記動力の他の部分に加えられ、複数の範囲の間の遷移は同期点において発生し、前記加算歯車列は、第1の中心歯車付きホイールとしての太陽歯車(S1)と、第2の中心歯車付きホイール(S2;H2)と、輪歯車(H1)と、遊星枠(St1)上で軸支される複数の遊星歯車(P1、P2)とを含んだ4本の軸を有する遊星歯車列であり、
    a.前記継手(C0、C1、B0、B1)は、1つの共通の入口ユニット(E)内に一体にされ、前記入口ユニット(E)は、前記燃焼機関(VM)と前記加算歯車列(SG1;SG2)との間の動力の流れの中に構成配置され、
    b.前記加算歯車列(SG1;SG2)は、共通の遊星枠(St1)上で軸支された第1の遊星歯車(P1)と第2の遊星歯車(P2)とを含み、前記第1の遊星歯車(P1)と前記第2の遊星歯車(P2)は互いに噛み合い、
    c.前記第1の太陽歯車(S1)または前記第1の輪歯車(H1)は前記燃焼機関(VM)によって駆動され、前記第2の中心歯車付きホイール(S2;H2)は前記変速機(V)によって駆動され、前記第1の太陽歯車(S1)または前記第1の輪歯車(H1)は、同期点(1、2、3)におけるある範囲から次の範囲への遷移のために、前記燃焼機関(VM)と駆動的に連結され、
    d.前記遊星枠(St1)は、前記伝動装置の出力軸(StW1)に駆動的に連結される、連続無段式動力分割伝動装置。
  2. 前記第2の中心歯車付きホイールは前記第2の太陽歯車(S2)である、請求項1に記載の連続無段式動力分割伝動装置(図1)。
  3. 前記遊星枠(St1)は出力歯車(Z1)を含むかまたは特徴とする、請求項2に記載の連続無段式動力分割伝動装置(図1)。
  4. 前記第2の中心歯車付きホイールは前記第2の輪歯車(H2)である、請求項1に記載の連続無段式動力分割伝動装置(図2)。
  5. 前記第1の輪歯車(H1)は前記入口ユニット(E)に隣接して配置され、前記遊星枠(St1)は前記加算歯車列(SG1;SG2)のもう一方の側に配置され、前記第1の太陽歯車(S1)は前記入口ユニット(E)に隣接して配置され、前記第2の中心歯車(S2;H2)は前記加算歯車列(SG1;SG2)のもう一方の側に配置され、前記遊星枠(St1)は、加算された連続的に可変の速度(n_StW1)で回転する動力出力要素である、請求項1から4のいずれか一項に記載の連続無段式動力分割伝動装置。
  6. 前記第1の太陽歯車(S1)は前記第1の遊星歯車(P1)と噛み合い、前記第2の太陽歯車(S2)は前記第2の遊星歯車(P2)と噛み合い、前記第2の遊星歯車(P2)は前記第1の遊星歯車(P1)と噛み合い、前記第1の遊星歯車(P1)は前記第1の輪歯車(H1)と噛み合う、請求項2(図1)に記載の連続無段式動力分割伝動装置。
  7. 前記第1の太陽歯車(S1)は前記第1の遊星歯車(P1)と噛み合い、前記第1の輪歯車(H1)は前記第1の遊星歯車(P1)と噛み合い、前記第1の遊星歯車(P1)は前記第2の遊星歯車(P2)と噛み合い、前記第2の遊星歯車(P2)は前記第2の輪歯車(H2)と噛み合う、請求項2(図2)に記載の連続無段式動力分割伝動装置。
  8. 前記入口ユニット(E)は、入力軸(StW0)を介して前記燃焼機関(VM)と駆動的に連結され、第1の継手(C0)と第2の継手(C1)とを含み、前記第1の継手(C0)は、閉じられた場合、前記入力軸(StW0)と前記太陽歯車(S1)で終端する太陽歯車軸(SW1)との連結を確立し、前記第2の継手(C1)は、閉じられた場合、前記入力軸(StW0)を前記第1の輪歯車軸(HW1)と駆動的に連結する、請求項1から7のいずれか一項に記載の連続無段式動力分割伝動装置。
  9. 前記入口ユニット(E)は、前記変速機のみが作動しているときに範囲にアクセスするために、前記第1の輪歯車(H1)を不動化するための第1のブレーキ(B1)を備える、請求項8に記載の連続無段式動力分割伝動装置。
  10. 前記入口ユニット(E)は、入口側ブレーキ(B0)を作動させることによって作動される増速遊星歯車列(PG0)を備える、請求項8に記載の連続無段式動力分割伝動装置。
  11. 前記増速歯車列(PG0)は、入口ユニット遊星歯車(P0)によって前記入力軸(StW0)に駆動的に連結される入口ユニット遊星枠(St0)と、前記継手(C0、C1)の間で前記太陽歯車軸(SW0、SW1)上に固定される入口ユニット太陽歯車(S0)と、前記入口側ブレーキ(B0)を作動させることによって不動化され得る入口ユニット輪歯車(H0)と、を含む、請求項10に記載の連続無段式動力分割伝動装置。
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