JP4914633B2 - ダブルクラッチギア装置 - Google Patents

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Description

本発明は、特に自動車用のダブルクラッチギア装置に関するものである。
例えば特許文献１では、互いに同軸配置され、これにより回転軸を共有する第一クラッチと第二クラッチとを備えたダブルクラッチギア装置が公知となっている。さらに、ダブルクラッチギア装置は、第一入力シャフトと第二入力シャフトとを備えている。該第一入力シャフトは、第一クラッチを介してエンジンに接続されている。上記第二入力シャフトが第二クラッチを介してエンジンに接続される場合もある。
動力伝達経路を切り替え可能な複数の歯車対を介して、回転トルクが入力シャフトから出力シャフトへ伝達される。この歯車対は、固定歯車とルーズ歯車とにより構成されている。ルーズ歯車には、それぞれ、変速切り替えクラッチが対応して配設されていて、これにより、ルーズ歯車を、ルーズ歯車の配置されているシャフトと一体回転するように該シャフトに対して接続することができる。変速切り替えクラッチが締結されている時に、歯車対が入力シャフトの一つから出力シャフトに回転トルクを伝達する。
連続しておよび／または平行してダブルクラッチギア装置のハイブリッドモードを可能にするために、上記特許文献１に示すダブルクラッチギア装置は、第一駆動ユニットと第二駆動ユニットとを有している。この２つの駆動ユニットは、それぞれ電動機として構成されていて、上述の２つのクラッチ及び入力シャフトに対して同軸配置されている。
２つのクラッチ及び変速切り替えクラッチとともに固定歯車ないしルーズ歯車が軸上に配置された２つの入力シャフトが同軸配置されていることにより、そして該入力シャフトに同軸に電動機を配置することにより、ダブルクラッチギア装置は、比較的大きな軸方向構造長さを有する。自動車の予め定められたスペースに組み込むときに、このギア装置の軸方向長さが問題になることがある。ダブルクラッチギア装置をエンジンとともに走行方向に対して直角に組み込む必要がある場合には特に、自動車のエンジンルーム内での配置スペースが大きく制限を受ける。変速装置において前進段の数は増加する傾向にあるので、配置スペースが制限されるという問題はさらに大きくなる。このように前進段を追加することは、一般的に入力シャフトの一つに別の歯車を配置することを意味しており、このことが軸方向の構造長さを更に大きくする。
特許文献２には、必要に応じて切り替え装置によって第一または第二入力シャフトに切り替えられる電動機を一つだけ備えたダブルクラッチギア装置が開示されている。すなわち、このような切り替え装置によって電動機の数を節約することができる。しかし、例えば最大負荷時の並列動作を意図して二つの電動機を備えたダブルクラッチギア装置と比較して、該２つの電動機のそれぞれの出力の合計に相当する出力を出すために、一つの電動機をより大型なものにしなければならない。このような大型の電動機によって格納問題が改めて大きな問題となる。
米国特許第６４９９３７０号明細書 独国特許発明第１９８５０５４９号明細書
本発明の課題は、二つの駆動ユニットを有しながら、前進段の数が多いにも拘わらず比較的、軸方向構造長さの短いダブルクラッチギア装置を提供することにある。
本発明が基礎にする課題を、請求項１に記載の特徴を有するダブルクラッチギア装置により解決する。好ましい実施形態は、従属請求項により知ることができる。
第一駆動ユニットは、第一および第二クラッチに同軸に配置されるとともに、クラッチをラジアル方向に覆うように配置されていて、第二駆動ユニットは、クラッチの回転軸とは異なる回転軸を有する駆動シャフトを備えていることから、軸方向構造長さの比較的短い変速ギアを実現できる。第一駆動ユニットの軸方向長さがダブルクラッチユニットの軸方向長さより小さい場合は、第一駆動ユニットの配置が軸方向構造長さに対して実用的な影響を与えない。第一駆動ユニットは、ダブルクラッチユニットに対してラジアル方向に繋がっており、第一駆動ユニットの内径は、ダブルクラッチユニットの外径にほぼ等しい。
第二駆動ユニットの駆動シャフトは、２つのクラッチの回転軸とは一致していないので、第二駆動ユニットの駆動シャフトを、クラッチから、そしてまた第一駆動ユニットから離間して配置することができる。この第二駆動ユニットの配置は、基本的に自由に選ぶことができる。
好ましい実施例においては、第二駆動ユニットにおける駆動シャフトの回転軸が、２つのクラッチの回転軸から離間した位置で平行に延伸している。２つのクラッチをこのように配置することにより、２つの入力シャフトのうちのいずれか一方に、若しくは一般的に入力シャフトに対して平行に延びる少なくとも一つの出力シャフトに、第二駆動ユニットを繋ぐのが容易になる。
好ましい実施例において第一および第二入力シャフトは、クラッチの回転軸に対して同軸に配置されている。該入力シャフトのいずれか一方は、中空シャフトによって構成されているのが好ましい。
第一駆動ユニットは、ステーター及びローターを備えた電動機として構成することができる。本発明において、第一駆動ユニットでは、リング状のローターをリング状のステーターとダブルクラッチユニットとの間に配置している。
好ましい実施例において、第一駆動ユニットは、ダブルクラッチユニットの入力側と接続されている。第一駆動ユニットにおいてステーター及びローターを備えた電動機を対象とするかぎり、ローターがエンジンまたはエンジンのクランクシャフトと一体回転するように接続されている。結果として、ローターとクランクシャフトとは常に同じ回転数になっている。
そのための代替として、第一駆動ユニットを入力シャフトの一つと接続していることがある。ステーターとローターの付いた電動機を駆動ユニットとして基礎にするこの場合には、ローターが入力シャフトの一つと回転固定して接続している。これにより、ギア配置上、第一駆動ユニットはエンジンから見てダブルクラッチユニットの後方に繋がっている。
第二駆動ユニットが入力シャフトの一つと接続していると好ましい。第一駆動ユニットが入力シャフトの一つと接続している実施例においては、第二駆動ユニットが別の入力シャフトと接続していると目的に適うであろう。これにより、それぞれの駆動ユニットを介して両入力シャフトの回転数を独立して制御する可能性が開ける。そして例えば、入力シャフトの回転数を出力シャフトの回転数に同期することができ、それにより変速切り替えクラッチを同期ユニットなしの確実なクラッチとして構成できる。さらに、駆動ユニットを介して入力シャフトに、エンジンを補助するための回転トルクを繋ぐことができる。代替としてまた、入力シャフトの代わりに出力シャフトと第二駆動ユニットを接続することも可能である。
第二駆動ユニットの駆動シャフトに、入力シャフトの一つにある歯車と噛み合う歯車を配置していると好ましい。そのとき該当する入力シャフトにある歯車を、入力シャフトを出力シャフトと接続するために設けている歯車対の固定歯車またはルーズ歯車とすることができる。これにより、第二駆動ユニットを接続するための分離した歯車を省略できる。
そのための代替として駆動ユニットの駆動シャフトに、チェーンホイルを配置していることがあり、それがチェーンを介して入力シャフトの一つにあるチェーンホイルと接続している。チェーン（長さ、経路）であることにより、入力シャフト回転軸に対する第二駆動ユニットの間隔を自由に選択できる。
ここでの“チェーン”の概念は、クローズで循環する牽引手段の意味で解釈すべきである。それに対応してホイルまたはディスク用チェーンホイルがあり、それが、ホイルまたはディスクの付いているシャフトと牽引手段を、力または形状的に確実に接続することを可能にする。
図に示した実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は、ダブルクラッチギア装置を示しており、その全体を符号１で表している。ダブルクラッチギア装置１は、第一クラッチ３及び第二クラッチ４の配設されたダブルクラッチユニット２を有している。フランジ５は、示唆するにとどめるエンジン６をダブルクラッチユニット２の入力側７と一体回転させるように該入力側７に接続することができる。
第一クラッチ３及び第二クラッチ４は、共通の回転軸８を有している。この回転軸８に同軸に第一入力シャフト９及び第二入力シャフト１０が配置されている。入力シャフト９は、中空シャフトとして構成されている。第一クラッチ３は、締結状態で第一入力シャフト９を、ダブルクラッチユニット２の入力側７ないしエンジン６に接続する。第二クラッチ４は、第二入力シャフト１０をエンジン６と接続する役割を果たす。
ダブルクラッチギア装置１は更に、第一出力シャフト１１及び第二出力シャフト１２を備えている。２つの出力シャフト１１，１２の各回転軸は、回転軸８に平行に延伸しているが、該回転軸８とは離間している。２つの入力シャフト９，１０を２つの出力シャフト１１，１２とそれぞれ接続するために、５対の歯車対１３，１４，１５，１６，１７が設けられている。それぞれの歯車対は、固定歯車とルーズ歯車とからなり、該固定歯車には添え字ｆを、ルーズ歯車には添え字ｌを付している。例えば、第一入力シャフト９上に、歯車対１３の固定歯車１３ｆが一体回転するように固定されており、該歯車１３ｆが第二出力シャフト１２上に位置するルーズ歯車１３ｌと噛み合っている。図１から分かるように、入力シャフト９，１０には歯車対１３〜１７の固定歯車１３ｆ，１４ｆ，１５ｆ，１６ｆ，１７ｆのみが配置されている。
出力シャフト１１，１２上には、複数の変速切り替えクラッチ１８，１９，２０，２１，２２が配置されている。ここで、変速切り替えクラッチは、対角線の書き込まれた四角により概略的に図示されており、一部では二つの変速切り替えクラッチを一つの四角のみによって表している。例えば、変速切り替えクラッチ１８は、該クラッチ１８に対応して配置されたルーズ歯車１６ｌを、第一出力シャフト１１と一体回転するように該シャフト１１に接続する役割を果たす。ルーズ歯車１６ｌと第一出力シャフト１１との間でこのような一体回転可能な接続がなされると、歯車対１６が回転トルクを第二入力シャフト１０から第一出力シャフト１１に伝達することができる。
変速切り替えクラッチ１８が締結状態になると、ダブルクラッチギア装置１の変速段は前進第６速になる。歯車対１３，１４，１５，１６，１７によりそれぞれ決まる前進段II、III、IV、Ｖ、VIを、図１においてローマ数字を使って表している。
第一出力シャフト１１ないし第二入力シャフト１２と一体回転するように該シャフト１１，１２にそれぞれ接続される歯車２３，２４を介して、出力シャフト１１，１２に作用する回転トルクをリング歯車２５に伝達できる。そして、リング歯車が、回転トルクを更にデファレンシャル２６へ伝達し、該デファレンシャル２６によって回転トルクが軸２７，２８に分配される。
第一出力シャフト１１及び第二出力シャフト１２の他に、ダブルクラッチギア装置１は別の出力シャフト、すなわち第三出力シャフト２９を有している。この第三出力シャフト２９も、リング歯車２５と噛み合い状態にあり回転固定した歯車３０を有している。加えて第三出力シャフト２９には、駐車歯車３１が一体回転するように接続されており、これにより歯車３０を介してリング歯車２５を拘束することができる。歯車２３，２４，３０はそれぞれ同じ直径を有しており、共通の平面上に位置している。
第一出力シャフト１１と第三出力シャフト２９との間には、中間シャフト３２が配置されている。中間シャフト３２には歯車３３が設けられており、該歯車３３がルーズ歯車１４ｌと噛み合っている。更に中間シャフト３２には、同じく該シャフト３２と一体回転するように歯車３４が固定されており、該歯車３４が第三出力シャフト２９上に配置されたルーズ歯車３５と噛み合っている。ルーズ歯車３５に対応して配置された変速切り替えクラッチ３６によって、ルーズ歯車３５は第三出力シャフト２９と一体回転するように該シャフト２９に接続される。変速切り替えクラッチ３６が締結状態になると、ダブルクラッチギア装置１は前進第１速Ｉとなる。
前進第１速Ｉにおいて回転トルクを第一入力シャフト９から第三出力シャフト２９に伝達するためには、変速切り替えクラッチ１９を非締結状態にする、若しくは非締結状態になっていなければならない。このとき、ルーズ歯車１４ｌは、第一出力シャフト１１に回転トルクを伝達せずに、回転トルクを固定歯車１４ｆから歯車３３に伝達するのみであり、これにより、回転トルクを、中間シャフト３２，歯車３４、及び第三出力シャフト２９と一体回転するように該シャフト２９に接続されるルーズ歯車３５を介して、該第三出力シャフト２９へ伝達する。これに対し前進第３速IIIの場合には、変速切り替えクラッチ１９が締結状態になっているので、上記ルーズ歯車１４ｌが回転トルクを第一出力シャフト１１に伝達する。このとき、変速切り替えクラッチ３６は非締結状態でなければならない。
さらに、ダブルクラッチギア装置１は、第一駆動ユニット３７及び第二駆動ユニット３８を有している。駆動ユニット３７，３８は、電動機として構成されている。第一駆動ユニット３７、若しくは第一電動機３７は、クラッチ３，４に対して同軸で配置されており、これをラジアル方向に囲んでいる。第一電動機３７の軸方向長さは、ほぼクラッチ３，４ないしダブルクラッチユニット２の軸方向寸法に相当するので、電動機３７は、ダブルクラッチギア装置１の軸方向構造長さに全く影響を与えない、若しくは与えてもその影響は非常に小さい。
第一電動機３７は、ステーター３９及びローター４０を有している。ステーター３９及びローター４０は、それぞれリング状に構成されていて、ステーター３９はローター４０をラジアル方向外方から囲むように配置されている。また、ローター４０は、ダブルクラッチユニット２に対してラジアル方向外方に隣接配置されている。ローター４０は、ディスク形状の接続部材４１を介して第一入力シャフト９と一体回転するように該シャフト９に接続されている。
第二駆動ユニット３８若しくは第二電動機３８は、歯車またはチェーンホイル４２、チェーン４３の形態を有する閉ループ状の牽引手段を介して、第二入力シャフト１０と接続されている（図２参照）。図１において、チェーン４３は両方向矢印により概略的に表されており、第二電動機３８と軸上に歯車４２の配置された第二入力シャフト１０との間が接続状態にあることを示している。
上記電動機３７，３８は、ダブルクラッチギア装置１の作動時に種々の課題を解決する。例えば、電動機に接続されている入力シャフトの回転数を、出力シャフトの回転数またはエンジン６の回転数のいずれか一方と同期させるのに適している。この同期により、ダブルクラッチギア装置１の変速切り替えクラッチ、第一クラッチ３及び第二クラッチ４を滑りのない確実なクラッチとして構成することが可能になる。加えて電動機３７，３８を、スタートやエンジン６の始動のために、若しくは負荷が大きい時の補助のために使用することができる。二つの電動機３７，３８は、ジェネレーターとしてだけでなくモーターとして用いることもできる。
ダブルクラッチギア装置１は、機械的な後退段を備えていない。このギア装置を装備した自動車の後退走行は、２つの電動機３７，３８のうち一つないし両方の電動機を、エンジン６の回転方向とは反対方向に回転させることにより実現する。例えば、第一電動機３７の回転トルクを自動車の後退走行に利用でき、そのときの力は、前進第１速Ｉのときにも負荷を受ける歯車を介して伝達される。
どのように個々のシャフト９，１０，１１，１２，３２，２９およびリング歯車２５の回転軸４４が配置されているかが、図２から分かる。さらに、第二電動機３８の回転軸４５が、回転軸８から離れて配置されていることが分かる。
図３は、ダブルクラッチユニットが該ダブルクラッチユニットをラジアル方向外方で囲む第一電動機３７と一体に設けられた、ダブルクラッチユニット２の変形例を示している。図１における実施例では、ローター４０が第一入力シャフト９と一体回転するように該シャフト９に接続されているのに対し、ここではローター４０がダブルクラッチユニット２の入力側７と一体回転するように該入力側７に接続されている。これは、フランジ５を介してローター４０が常にエンジン６の回転数で回転することを意味している。ローター４０と２つのクラッチ９，１０との間には、トーションダンパー４６が配置されている。上記第一電動機３７のローター４０は、クラッチハウジングと一体回転するように該クラッチハウジングと一体的に設けられている。
本発明に係るギア装置の概略構成図である。 図１のギア装置を軸方向からみた場合の概略図である。 図１のダブルクラッチユニットとは別のダブルクラッチユニットの概略構成図である。
符号の説明
１ ダブルクラッチギア装置
２ ダブルクラッチユニット
３ 第一クラッチ
４ 第二クラッチ
５ フランジ
６ エンジン
７ 入力側
８ 回転軸
９ 第一入力シャフト
１０ 第二入力シャフト
１１ 第一出力シャフト
１２ 第二出力シャフト
１３ 歯車対
１４ 歯車対
１５ 歯車対
１６ 歯車対
１７ 歯車対
１８ 変速切り替えクラッチ
１９ 変速切り替えクラッチ
２０ 変速切り替えクラッチ
２１ 変速切り替えクラッチ
２２ 変速切り替えクラッチ
２３ 歯車
２４ 歯車
２５ リング歯車
２６ デファレンシャル
２７ 軸
２８ 軸
２９ 第三出力シャフト
３０ 歯車
３１ 駐車歯車
３２ 中間シャフト
３３ 歯車
３４ 歯車
３５ ルーズ歯車
３６ 変速切り替えクラッチ
３７ 第一駆動ユニット
３８ 第二駆動ユニット
３９ ステーター
４０ ローター
４１ 接続部材
４２ 歯車
４３ チェーン
４４ 回転軸
４５ 回転軸
４６ トーションダンパー

Claims (11)

  1. 共通の回転軸（８）を有する第一クラッチ（３）及び第二クラッチ（４）を備えたダブルクラッチユニット（２）と、
    上記第一クラッチ（３）を介してエンジンと接続可能な第一入力シャフト（９）及び上記第二クラッチ（４）を介してエンジンと接続可能な第二入力シャフト（１０）と、
    上記第一及び第二入力シャフト（９，１０）を少なくとも二つの出力シャフト（１１，１２，２９）と接続するために、切り替え可能に構成された複数の歯車対と、
    連続且つ並列の、若しくは連続または並列のハイブリッドモードを実現可能な第一駆動ユニット（３７）及び第二駆動ユニット（３８）と、
    上記各出力シャフト（１１，１２，２９）に対してそれぞれに一つずつ接続される歯車（２３，２４，３０）と、
    該歯車（２３，２４，３０）を介してデファレンシャル（２６）へ上記出力シャフト（１１，１２，２９）の回転トルクを伝達するリング歯車（２５）と、
    を備えた自動車用のダブルクラッチギア装置であって、
    上記第一駆動ユニット（３７）は、上記第一及び第二クラッチ（３，４）に対して同軸に配置されているとともに、上記第一及び第二クラッチ（３，４）をラジアル方向外方から覆うように配置されていて、
    上記歯車（２３，２４，３０）は、共通の平面に位置していて、
    上記第二駆動ユニット（３８）は、上記第一及び第二クラッチ（３，４）の回転軸（８）とは異なる回転軸（４５）を有する駆動シャフトを備えていることを特徴とするダブルクラッチギア装置。
  2. 上記第二駆動ユニット（３８）における駆動シャフトの回転軸（４５）は、上記第一及び第二クラッチ（３，４）の回転軸（８）に対して離間した位置で平行に延びていることを特徴とする、請求項１に記載のダブルクラッチギア装置。
  3. 上記第一及び第二入力シャフト（９，１０）は、上記第一及び第二クラッチ（３，４）の回転軸（８）に対して同軸に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のダブルクラッチギア装置。
  4. 上記第一駆動ユニット（３７）は、ステーター（３９）及びローター（４０）からなる電動機を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載のダブルクラッチギア装置。
  5. 上記第一駆動ユニット（３７）は、ダブルクラッチユニット（２）の入力側（７）と接続されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載のダブルクラッチギア装置。
  6. 上記第一駆動ユニット（３７）のローター（４０）は、ダブルクラッチユニット（２）の回転可能なクラッチハウジングと一体回転するように該クラッチハウジングに接続されていることを特徴とする、請求項５に記載のダブルクラッチギア装置。
  7. 上記第一駆動ユニット（３７）は、上記第一または第二入力シャフト（９，１０）のいずれか一方に接続されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載のダブルクラッチギア装置。
  8. 上記第一駆動ユニット（３７）のローター（４０）は、上記第一または第二入力シャフト（９，１０）のいずれか一方と一体回転するように接続されていることを特徴とする、請求項７に記載のダブルクラッチギア装置。
  9. 上記第二駆動ユニット（３８）は、上記第一または第二入力シャフト（９，１０）のいずれか一方に接続されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載のダブルクラッチギア装置。
  10. 上記第二駆動ユニット（３８）の駆動シャフトには、上記第一または第二入力シャフト（９，１０）のいずれか一方に配設された歯車と噛み合う歯車が配設されていることを特徴とする、請求項９に記載のダブルクラッチギア装置。
  11. 上記第二駆動ユニット（３８）の駆動シャフトには、上記第一または第二入力シャフト（９，１０）のいずれか一方に配設されたチェーンホイル（４２）及びチェーン（４３）を介して接続されるチェーンホイルが配設されていることを特徴とする、請求項９に記載のダブルクラッチギア装置。
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