JP5756864B2 - 多段変速機 - Google Patents

Description

本発明は，請求項１の前段に記載した遊星歯車式多段変速機，特に車両用の遊星歯車式多段変速機に関するものである。

従来既知の遊星歯車式多段変速機，特に車両用の多段変速機は，摩擦要素又はシフト要素，例えばクラッチ及びブレーキにより切り換えられる遊星歯車セットを有しており，通常は，スリップ作用の影響を受けると共にロックアップクラッチが選択的に設けられた発進要素，例えば流体トルクコンバータ又は流体クラッチ等と結合されている。

このような遊星歯車式多段変速機は，例えば，本出願人のドイツ特許第19949507号明細書に開示されている。この多段変速機においては，入力軸に２組の切換え不能な前置歯車セットが設けられており，これらの歯車セットにより出力側に２つの回転数を生じさせている。これらの回転数は，種々のシフト要素の選択的な締結により，入力軸の回転数に加えて，出力軸に作用する切換え可能な二重遊星歯車セットに対して選択的に切換え可能である。そして，現に作動中の両シフト要素のうち，一つのシフト要素のみを締結又は解放することにより，現在の変速段から次に高い変速段又は次に低い変速段に切換わる構成とされている。

この場合，５個のシフト要素により前進７段が実現され，６個のシフト要素により前進９段又は前進１０段が実現される。

更にドイツ特許第2936969号明細書は，８個のシフト要素及び５組の遊星歯車セットを有する前進９段の多段変速機を開示している。この場合，遊星歯車セットは前置変速機として使用され，主変速機は，シンプソンセットと，リバースギヤとして機能する更なる遊星歯車セットとを有している。

更なる多段変速機は，例えば本出願人のドイツ特許第102005010210号明細書又はドイツ特許第102006006637号明細書に開示されている。

一般論として，自動的に切換え可能な遊星歯車式の車両用変速機については，従来技術において頻繁に記述されており，永続的な開発及び改善の対象とされている。従って，この種の変速機では製造コストの低減，特にシフト要素数の減少が必要とされており，シーケンシャルシフトに際して二重切換え，即ち２個のシフト要素についての締結又は解放を回避し，特定の変速段間で切換えを行う際，その都度一つのシフト要素のみを切換える構成とすることが求められている。

本出願人のドイツ特許第102008000428号明細書は，入力軸及び出力軸をハウジング内に配置した遊星歯車式の多段変速機を開示している。この多段変速機は，少なくとも４本の遊星歯車セット（以下，第１遊星歯車セット，第２遊星歯車セット，第３遊星歯車セット及び第４遊星歯車セットと称する。）と，少なくとも８本の回転軸（以下，入力軸，出力軸，第３軸，第４軸，第５軸，第６軸，第７軸及び第８軸と称する。）と，ブレーキ及びクラッチを含む少なくとも６個のシフト要素とを備えており，これらシフト要素の選択的な係合により入出力軸間で様々な変速比が達成され，好適には前進９段及び後退１段が実現可能である。

この場合，好適には負の固定変速比を有するマイナス遊星歯車セットとして形成される，第１及び第２遊星歯車セットは，切換え可能な前置歯車セットを構成し，第３及び第４遊星歯車セットは主歯車セットを構成する。

既知の多段変速機において，第１及び第２遊星歯車セットのキャリヤは第４軸を介して相互に結合され，第４軸は主歯車セットの一つの要素に結合され，これにより，第１遊星歯車セットの内歯歯車が，第８軸を介して第２遊星歯車セットの太陽歯車に結合され，第８軸は，第１クラッチを介して入力軸と解除可能に結合可能とされ，これにより，第１遊星歯車セットの太陽歯車が第３軸により，第１ブレーキを介して変速機のハウジングに結合可能であると共に第２クラッチを介して出力軸と解除可能に結合可能であり，第２遊星歯車セットの内歯歯車は，第５軸により，第２ブレーキを介して変速機のハウジングに結合されている。更に，第７軸は，主歯車セットの少なくとも一つの要素に常時結合され，第３ブレーキを介して変速機のハウジングに結合可能であり，第６軸は，主歯車セットにおける他の少なくとも一つの要素に常時結合され，第３クラッチを介して，入力軸と解除可能に結合されている。出力軸は，主歯車セットにおける他の少なくとも一つの要素に常時結合されている。

好適には，既知の変速機における第４軸は第３遊星歯車セットの内歯歯車と常時結合され，第６軸は第４遊星歯車セットの内歯歯車及び第３遊星歯車セットのキャリヤと常時結合され，第３クラッチを介して入力軸と解除可能に結合可能である。更に，第７軸は第３及び第４遊星歯車セットの太陽歯車と常時結合され，第３ブレーキを介して変速機のハウジングに結合可能である。この場合，出力は，第４遊星歯車セットのキャリヤに常時結合している出力軸を介して取り出される。更に第３及び第４遊星歯車セットは，共通のキャリヤ及び共通の内歯歯車を有するラビニヨセットに組み込まれている。

ドイツ特許第19949507号明細書 ドイツ特許第2936969号明細書 ドイツ特許第102005010210号明細書 ドイツ特許第102006006637号明細書 ドイツ特許第102008000428号明細書

本発明の課題は，冒頭で述べた形式の多段変速機において，適切な変速比を有する少なくとも前進９段及び後退１段を実現可能とし，得に製造コストや製品サイズ，とりわけ長さ又は重量を最適化し，更にドラグ損失及び噛み合い損失に係る効率を改善することである。本発明に係る多段変速機は，シフト要素に僅かな支持トルクのみが作用する構成とすることが望ましい。また，本発明に係る変速機は，特に車両において縦置きのみならず，横置きにも適合することが望ましい。

このような課題は，請求項１の特徴を有する多段変速機によって解決される。更なる利点及び有利な実施形態は，従属請求項に記載したとおりである。

即ち，本発明に係る遊星歯車式の多段変速機は，ハウジング内に配置される入力軸及び出力軸を備える。更に，少なくとも４組の遊星歯車セット（以下，第１遊星歯車セット．第２遊星歯車セット，第３遊星歯車セット及び第４遊星歯車セットと称する。）と，９本の回転軸（以下，入力軸，出力軸，第３軸，第４軸，第５軸，第６軸，第７軸，第８軸及び第９軸と称する。）と，ブレーキ及びクラッチを含む少なくとも６個のシフト要素とが設けられており，これらシフト要素の選択的な締結により入力軸と出力軸との間で種々の変速比が得られ，好適には前進９段及び後退１段が実現可能とされている。

これらの遊星歯車セットは，好適には軸線方向に見て，第１遊星歯車セット，第２遊星歯車セット，第３遊星歯車セット及び第４遊星歯車セットの順に，又は第１遊星歯車セット，第２遊星歯車セット，第４遊星歯車セット及び第３遊星歯車セットの順に配置され，好適にはマイナス遊星歯車セットとして構成されている。

簡単な構成のマイナス遊星歯車セットは，既知の態様で太陽歯車，内歯歯車及びキャリヤを有し，キャリヤには太陽歯車及び内歯歯車とそれぞれ噛み合う遊星歯車が回転可能に取り付けられている。そのため，内歯歯車は，キャリヤを保持しながら太陽歯車とは逆方向に回転する。これに対して，簡単な構成のプラス遊星歯車セットは，太陽歯車，内歯歯車及びキャリヤを有し，キャリヤには内側及び外側の遊星歯車が回転可能に支承され，全ての内側遊星歯車は太陽歯車と，そして全ての外側遊星歯車は内歯歯車と噛み合い，内側遊星歯車はそれぞれ外側遊星歯車と噛み合っている。そのため，内歯歯車がキャリヤを太陽歯車と同一の回転方向に保持することにより，プラスの固定変速比が得られる。

本発明によれば，第１遊星歯車セットの太陽歯車が第５軸に結合され，第５軸は第３遊星歯車セットの内歯歯車に結合され，第１クラッチを介して第２遊星歯車セットのキャリヤに結合される第８軸に解除可能に結合可能であり，第８軸は第２クラッチを介して，第３遊星歯車セットの太陽歯車及び第４遊星歯車セットの太陽歯車に結合している第７軸に解除可能に結合可能である。

更に，第１遊星歯車セットのキャリヤは入力軸に結合され，入力軸は第２遊星歯車セットの内歯歯車に結合され，第２遊星歯車セットの太陽歯車は第９軸に結合され，第９軸は第３クラッチを介して第３軸に解除可能に結合可能であり，第３軸は第３遊星歯車セットのキャリヤに結合され，第１ブレーキを介して変速機のハウジングに結合されている。

本発明において，第４遊星歯車セットの内歯歯車は第４軸に結合され，第４軸は第２ブレーキを介して変速機のハウジングに結合されており，出力軸は第４遊星歯車セットのキャリヤに結合され，第４クラッチを介して第１遊星歯車セットの内歯歯車に結合される第６軸に解除可能に結合可能である。

本発明の一実施形態によれば，特に乗用車にとって適切な変速比と，多段変速機における拡大された総合変速比幅が得られ，これによって走行快適性が改善され，燃料消費が大幅に削減される。

また，本発明によれば，より少数のシフト要素に基づいて製造コストが大幅に削減される。有利には，本発明に係る多段変速機を使用すれば，流体コンバータ，外部発進クラッチ又は他の適切な外部発進要素によって車を発進させることが可能である。変速機内に組み込まれた発進要素を使って発進プロセスを行わせることも想定される。前進第１段及び後退段で作動させるシフト要素が有利に適用可能である。

更に，本発明によれば，主走行ギヤ段において，ドラグ損失及び噛み合い損失に関してより高い効率が達成される。

多段変速機のシフト要素及び遊星歯車セットに作用するトルクが小さいので，多段変速機における摩耗が効果的に低減される。また，トルクが小さいことに基づいて小型化が可能となり，これにより所要スペースや対応するコストを削減することができる。これに加えて，軸，シフト要素及び遊星歯車セットの回転数も低下させることができる。

変速機におけるクラッチ及びブレーキは，摩擦シフト要素又は多板シフト要素として構成することができ，これらは負荷の作用下でも切換え可能という利点を有している。しかしながら，本発明によるシフト要素は，例えば，同期型又は非同期型の噛み合いクラッチ又は噛み合いブレーキなどの噛み合いシフト要素として構成することもできる。よって，本発明に係る変速機は，単一の摩擦シフト要素，又は摩擦シフト要素と噛み合いシフト要素との組み合わせ備えることができる。この場合，噛み合いシフト要素は，好適には，そのシフト要素が負荷の作用下で切換えることのできない場合，例えば，発進用の変速段を選択した場合や，トラクションレベルが低いために快適性を損なわずにトラクションの短時間の中断が許容される高位変速段を選択した場合に機能させるものである。発明に係る変速機は，コンパクトな構造であるため，車両内において縦置き配置のみならず，横置き配置も可能である。

更に，本発明に係る変速機は，動力伝達方向にも空間的に多様なパワートレイン形態に適合するように構成されている。

以下，本発明を図示の実施形態について更に詳述する。

本発明に係る多段変速機の好適な実施形態を示す概要図である。 図１の多段変速機におけるシフトスキームを例示する図表である。

図１は本発明に係る多段変速機を示し，この変速機は入力軸１と，出力軸２と，ハウジングＧに配置された４つの遊星歯車セットP1 , P2, P3及びP4とを有する。遊星歯車セットP1 , P2, P3及びP4は，図１に示す例においてはマイナス遊星歯車セットとして構成されている。本発明によれば，キャリヤと内歯歯車との結合が同時に切り換えられ，固定変速比の値がマイナス遊星歯車セットの場合と比較して１だけ高い場合，少なくとも一つの遊星歯車セットをプラス遊星歯車セットとして構成することができる。

図に示す実施形態において，遊星歯車セットは，軸線方向に見てP1, P2, P3, P4の順に配置されている。

図１から明らかなとおり，６個のシフト要素，即ち２個のブレーキ03, 04と４個のクラッチ26, 58, 39及び78とが設けられている。これらシフト要素の空間的な配置は任意であり，寸法及び外形によってのみ規制される。変速機のクラッチ及びブレーキは，好適には摩擦シフト要素又は多板シフト要素として構成される。

上記のシフト要素により，前進９段，後退１段の選択的な切換えを実現することができる。本発明による多段変速機は，合計９本の回転軸，即ち，軸1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9を有しており，変速機の入力軸が第１軸を，出力軸が第２軸を構成する。

本発明によれば，図１に示す多段変速機において，第１遊星歯車セットP1の太陽歯車は第５軸５に結合され，第５軸５は，第３遊星歯車セットP3の内歯歯車に結合され，第１クラッチ58を介して第２遊星歯車セットP2のキャリヤに結合される第８軸８に解除可能に結合可能であり，第２クラッチ78を介して，第３遊星歯車セットP3の太陽歯車及び第４遊星歯車セットP4の太陽歯車に結合される第７軸７に解除可能に結合可能である。

本発明によれば，図１から明らかなとおり，第１遊星歯車セットP1のキャリヤが変速機の入力軸１に結合され，入力軸は，第２遊星歯車セットP2の内歯歯車に結合され，第２遊星歯車セットP2の太陽歯車は第９軸９に結合され，第９軸９は，第３クラッチ39を介して第３軸３と解除可能に結合可能であり，第３軸３は第３遊星歯車セットP3のキャリヤに結合され，第１ブレーキ03を介して変速機のハウジングに結合可能である。

更に，第４遊星歯車セットP4の内歯歯車は第４軸４に結合され，第４軸４は第２ブレーキ04を介して変速機のハウジングＧに結合可能であり，出力軸２は第４遊星歯車セットP4のキャリヤに結合され，第４クラッチ26を介して第１遊星歯車セットP1の内歯歯車に結合される第６軸６に解除可能に結合可能である。

第１及び第２ブレーキ03, 04は，軸線方向に見て互いに隣接して配置される。更に，第４クラッチ26及び第２クラッチ78は，軸線方向に見て，好適には第１遊星歯車セットP1と第２遊星歯車セットP2との間に配置される。

図２は，図１に示す多段変速機の例示的シフトスキームを示す。各変速段においては，４個のシフト要素が締結されている。このシフトスキームから，各変速段の変速比ｉと，それによって決定される段間ステップ比，即ち次に高位の変速段とのステップ比φの数値例を読み取ることができ，数値8.992は変速比幅を示している。

マイナス遊星歯車セットとして構成される遊星歯車セットP1, P2, P3, P4の典型的な固定変速比は，それぞれ-2.292, -1.600, -1.600, -2.449である。図２から明らかなように，シーケンシャルシフトに際してそれぞれ一つのシフト要素のみを締結し，一つのシフト要素のみを解除する必要があるため，隣接する二つの変速段で３個のシフト要素を共有する。更に，小さなステップ比であっても大きな変速比幅が得られることが明らかである。

前進第１段は，第１及び第２ブレーキ03, 04と，第２及び第３クラッチ78, 39の締結によって得られる。前進第２段は，第２ブレーキ04と，第１，第２及び第３クラッチ58, 78, 39の締結によって得られる。前進第３段は，第２ブレーキ04と，第２，第３及び第４クラッチ78, 39, 26の締結によって得られる。前進第４段は，第２ブレーキ04と第１，第２及び第４クラッチ58, 78, 26の締結によって得られる。前進第５段は，第２ブレーキ04と，第１，第３及び第４クラッチ58, 39, 26の締結によって得られる。直結段である前進第６段は，全てのクラッチ26, 39, 58, 78の締結によって得られる。前進第７段は，第１ブレーキ03と，第１，第３及び第４クラッチ58, 39, 26の締結によって得られる。前進第８段は，第１ブレーキ03と，第１，第２及び第４クラッチ58, 78, 26の締結によって得られる。前進第９段は，第１ブレーキ03と，第２，第３及び第４クラッチ78, 39, 26の締結によって得られる。後退段は，第１及び第２ブレーキ03, 04と，第１及び第３クラッチ58, 39の締結によって得られる。

これにより，前進第１段及び後退第１段において，第１及び第２ブレーキ03, 04と第３クラッチ39が締結され，これらのシフト要素を発進要素として使用することができる。

本発明によれば，同一の変速機構成でシフトロジック毎に異なるステップ比が得られ，これにより，アプリケーション又は車両別の変更が可能である。

本発明においては，多段変速機における適宜の位置に，例えば軸とハウジングとの間又は２本の軸間を必要に応じて結合させるための追加のフリーホイールを設けてもよい。

駆動側又は出力側には，本発明により，車軸ディファレンシャル及び／又はセンターディファレンシャルを配置することができる。

有利な発展形態において，必要に応じて入力軸１を結合要素により駆動エンジンから分離することができ，その結合要素としては，流体コンバータ，流体クラッチ，乾式発進クラッチ，湿式発進クラッチ，磁性粉クラッチ又は遠心クラッチが利用可能である。そのような発進要素は，動力伝達方向において変速機の後方に配置することができ，その場合に入力軸１は駆動エンジンのクランクシャフトと常時結合されている。

本発明に係る多段変速機は，更に，駆動エンジンと変速機との間にねじり振動ダンパを配置することが可能である。

更に，本発明の図示しない実施形態において各軸，好適には入力軸１又は出力軸２に無磨耗型ブレーキ，例えば流体式又は電気式リターダなどを配置することができる。このような配置は，商用車において特に意味がある。更に，各軸，好適には入力軸１又は出力軸２に接続した追加ユニットを駆動するために副出力部を設けることができる。

使用する摩擦シフト要素は，パワーシフトクラッチ又はブレーキとして構成することができる。特に，多板クラッチ，バンドブレーキ及び／又はコーンクラッチ等の摩擦クラッチ又はブレーキを使用することができる。

本発明に係る多段変速機の更なる利点は，発電機及び／又は追加駆動ユニットとしての電気機械が各軸に取り付け可能であることである。

１ 第１軸（入力軸）
２ 第２軸（出力軸）
３ 第３軸
４ 第４軸
５ 第５軸
６ 第６軸
７ 第７軸
８ 第８軸
９ 第９軸
03 第１ブレーキ
04 第２ブレーキ
26 第４クラッチ
39 第３クラッチ
58 第１クラッチ
78 第２クラッチ
P1 第１遊星歯車セット
P2 第２遊星歯車セット
P3 第３遊星歯車セット
P4 第４遊星歯車セット
ｉ 変速比
φ ステップ比
Ｇ ハウジング

Claims (4)

1. 入力軸（１）と，出力軸（２）と，ハウジング（Ｇ）と，第１遊星歯車セット（P1）と，第２遊星歯車セット（P2）と，第３遊星歯車セット（P3）と，第４遊星歯車セット（P4）とを備える車両用の遊星歯車式多段変速機であって，前記遊星歯車セットはそれぞれ太陽歯車と，キャリヤと，内歯歯車とを有し，更に複数本の回転軸（1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9）と，ブレーキ（03, 04）及びクラッチ（26, 39, 58, 78）を含む複数のシフト要素（03, 04, 26, 39, 58, 78）とを備え，該シフト要素の選択的な係合により入力軸（１）及び出力軸（２）の間に異なる変速比が達成可能であり，第１遊星歯車セット（P1）の太陽歯車は第５軸（５）に結合され，第５軸（５）は，第３遊星歯車セット（P3）の内歯歯車に結合され，第１クラッチ（58）を介して，第２遊星歯車セット（P2）のキャリヤに結合される第８軸（８）に解除可能に結合可能であり，第２クラッチ（78）を介して，第３遊星歯車セット（P3）の太陽歯車及び第４遊星歯車セット（P4）の太陽歯車に結合される第７軸（７）に解除可能に結合可能であり，第１遊星歯車セット（P1）のキャリヤは入力軸（１）に結合され，入力軸（１）は第２遊星歯車セット（P2）の内歯歯車に結合され，第２遊星歯車セット（P2）の太陽歯車は第９軸（９）に結合され，第９軸（９）は第３クラッチ（39）を介して第３軸（３）に解除可能に結合可能であり，第３軸（３）は第３遊星歯車セット（P3）のキャリヤに結合され，第１ブレーキ（03）を介して，前記変速機のハウジング（Ｇ）に結合可能であり，第４遊星歯車セット（P4）の内歯歯車は第４軸（４）に結合され，第４軸（４）は第２ブレーキ（04）を介してハウジング（Ｇ）に結合可能であり，出力軸（２）は第４遊星歯車セット（P4）のキャリヤに結合され，第４クラッチ（26）を介して，第１遊星歯車セット（P1）の内歯歯車に結合される第６軸（６）に解除可能に結合可能である多段変速機。
2. 請求項１に記載の多段変速機において，９本の回転軸と，６個のシフト要素，即ち２個のブレーキ（03,04）及び４個のクラッチ（26,39,58, 78）を備えることを特徴とする多段変速機。
3. 請求項１又は２に記載の多段変速機において，前記遊星歯車セット（P1, P2, P3, P4）がマイナス遊星歯車セットであることを特徴とする多段変速機。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の多段変速機において，前進９段及び後退１段が切換え可能であり，前進第１段が，第１及び第２ブレーキ（03, 04）と，第２及び第３クラッチ（78, 39）の締結によって得られ，前進第２段が，第２ブレーキ（04）と，第１，第２及び第３クラッチ（58, 78, 39）の締結によって得られ，前進第３段が，第２ブレーキ（04）と，第２，第３及び第４クラッチ（78, 39, 26）の締結によって得られ，前進第４段が，第２ブレーキ（04）と，第１，第２及び第４クラッチ（58, 78, 26）の締結によって得られ，前進第５段が，第２ブレーキ（04）と，第１，第３及び第４クラッチ（58, 39, 26）の締結によって得られ，前進第６段が，全てのクラッチ（26, 39, 58, 78）の締結によって得られ，前進第７段が，第１ブレーキ（03）と，第１，第３及び第４クラッチ（58, 39, 26）の締結によって得られ，前進第８段が，第１ブレーキ（03）と，第１，第２及び第４クラッチ（58, 78, 26）の締結によって得られ，前進第９段が，第１ブレーキ（03）と，第２，第３及び第４クラッチ（78, 39, 26）の締結によって得られ，後退段が，第１及び第２ブレーキ（03, 04）と，第１及び第３クラッチ（58, 39）の締結によって得られることを特徴とする多段変速機。

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