JP6021801B2 - 円錐形プーリ式巻掛け伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、第１および第２の円錐形プーリセットであって、それぞれ１つのシャフトに対応配置され、変速比が無段階に調節可能であるように、巻掛け手段によって駆動力が伝達されるように互いに接続された第１および第２の円錐形プーリセットと、第１の円錐形プーリセットに対応配置された入力エレメントと、入力部分および出力部分を有する発進クラッチと、ステータおよびロータを有する電気機械とを備える円錐形プーリ式巻掛け伝動装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８５７７０８号明細書に基づき、発進クラッチを備えた円錐形プーリ式巻掛け伝動装置が公知である。発進クラッチは、流体力学的なトルクコンバータとして形成されており、２つのヘリカルギアを介して第１の円錐形プーリの伝動装置シャフトに結合されている。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０２７６１４号明細書から、トルクセンサもしくはトルクフィーラと、多板クラッチとして形成された発進クラッチとを備えた円錐形プーリ式巻掛け伝動装置が公知である。多板クラッチは、円筒領域を備えたクラッチケースを有している。クラッチケース内に、発進クラッチの外側プレートが取り付けられている。トルクフィーラのフィーラ部材は、軸方向歯列を介して間接的に、円筒領域の周面に相対回動不能に、しかし軸方向では移動可能に結合されている。軸方向とは、両円錐形プーリセットのいずれか一方の円錐形プーリセットの回転軸線の方向またはその回転軸線に対して平行である方向を意味している。

近年、いわゆるハイブリッド車両が開発された。ハイブリッド車両は、内燃機関と電気機械との組合せであり、環境を保護し、燃費を改善することができる。この場合、電気機械は、ジェネレータ（発電機）として、かつ／または電気モータとして運転され得る。相応して、ハイブリッド車両と、無段階のＶ字形ベルト式伝動装置との組合せも提案されている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１１３５０４号明細書から、円錐形プーリ式巻掛け伝動装置に用いられる制御装置が公知である。円錐形プーリ式巻掛け伝動装置では、内燃機関の出力シャフトが、電動モータのロータの一方の端部に電磁クラッチを介して結合されている。２つの可変の円錐形プーリセット（プライマリプーリセットおよびセカンダリプーリセット）と、Ｖ字形ベルトまたはチェーンとから成る円錐形プーリ式巻掛け伝動装置は、電動モータの他方の端部と出力シャフトとの間に設けられている。

本発明の課題は、請求項１の上位概念部に記載の形式のハイブリッド車両に用いられる円錐形プーリ式巻掛け伝動装置を改良して、該円錐形プーリ式巻掛け伝動装置が簡単に構成され、かつ廉価に製造可能なようにすることである。特に、本発明による円錐形プーリ式巻掛け伝動装置は、従来の円錐形プーリ式巻掛け伝動装置に比べて、軸方向で小さな構造スペースしか必要としないことが望ましい。

上記課題を解決する本発明による構成では、第１および第２の円錐形プーリセットであって、それぞれ１つのシャフトに対応配置され、変速比が無段階に調節可能であるように、巻掛け手段によって駆動力が伝達されるように互いに接続された第１および第２の円錐形プーリセットと、第１の円錐形プーリセットに対応配置された入力エレメントと、入力部分および出力部分を有する発進クラッチと、ステータおよびロータを有する電気機械とを備える円錐形プーリ式巻掛け伝動装置において、発進クラッチと、電気機械とが、直接に入力エレメントに結合されているようにした。入力エレメントは、円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の入力シャフトの所定の区分、ハブ、または入力シャフトに結合された別の構成部材であってよい。発進クラッチは、有利には湿式多板クラッチとして形成されており、特に構成スペースを節約する構成要素として予め組み立てられていてよい。発進クラッチと、電気機械とは、伝動装置の同じ軸方向の区分に配置されていてよい。電気機械は、発進クラッチの半径方向内側か、または半径方向外側に設けられていてよい。これによって、付加的な軸方向の構造スペースが不要であるという利点が得られる。

円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の１態様は、第１の円錐形プーリセットにトルクセンサもしくはトルクフィーラ（Drehmomentfuehler）が対応配置されていて、入力エレメントがトルクフィーラの入力部分であることにより優れている。つまり、第１の円錐形プーリセットには、入力エレメントとして機能する構成部分を備えたトルクフィーラが前置されている。

円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の有利な態様は、発進クラッチの出力部分と、トルクフィーラの入力部分とが、唯一の金属薄板部分にまとめられていることを特徴とする。この金属薄板部分は、第１には、トルクフィーラの傾斜金属薄板またはフィーラ金属薄板の機能を有している。さらにこの金属薄板部分は、たとえば湿式多板クラッチとして形成された発進クラッチの内側プレートキャリアの機能を果たす。

円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の有利な別の態様は、電気機械のロータがトルクフィーラの入力部分に結合されていることにより優れている。

円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の有利な態様によれば、電気機械のステータは、円錐形プーリ式巻掛け伝動装置のケーシングに結合されている。

円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の有利な別の態様は、発進クラッチと、電気機械とが、トルクフィーラの半径方向で外側に配置されていることを特徴とする。このことは、発進クラッチのために付加的な軸方向の構造スペースが不要であるか、もしくは電気機械のための付加的な軸方向の構造スペースが極めて小さいという利点をもたらす。つまり発進クラッチ、電気機械およびトルクフィーラは、互いに内外に入れ子状に配置されている。

円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の有利な別の態様は、発進クラッチが、トルクフィーラと同じ軸方向の区分に配置されていることを特徴とする。電気機械も、同じ軸方向の区分に配置されていてよく、しかも発進クラッチの半径方向内側または半径方向外側に配置されていてよい。このことは、付加的な軸方向の構成スペースが必要とならないという利点をもたらす。

円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の別の態様によれば、電気機械は、円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の湿室内に配置されている。

円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の有利な別の態様は、発進クラッチが、内側プレートキャリアを備えた多板クラッチとして形成されており、内側プレートキャリアは、トルクフィーラの傾斜金属薄板またはフィーラ金属薄板を成していることを特徴としている。このことは、構造スペース節減の他にも、特に少なくとも１つの部材、特に金属薄板部分が減じられるという利点をもたらす。

円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の特に有利な態様は、円錐形プーリ式巻掛け伝動装置に、前進ギヤおよび後進ギヤを備える回転方向逆転装置（前後進切替装置）が後置されていることによって優れている。この場合、回転方向逆転装置は、同期装置と、ニュートラル位置とを有している。

電気機械は、湿式の発進クラッチの後で、直接に動力伝達するようにトルクフィーラに結合されている。この場合、電気機械は、予め組み立てられた、構造スペースを節約する構成要素として形成されている。これによって、伝動装置の全長は、軸方向で減じられ得る。したがって、この円錐形プーリ式巻掛け伝動装置は、フロント／横方向の組込みに特に適している。なぜならば、電気機械は、僅かな付加的な軸方向の構造スペースしか要求しないからである。さらに、発進クラッチは、有利にはトルクフィーラと入れ子状に配置されていてよく、この場合、電気機械は、トルクフィーラの入力構成要素に直接に係合している。ロータの収容は、金属薄板部分構造体によって実現されていてよい。この金属薄板部分構造体は、付加的に電気機械のモーメントの伝達を可能にする。別の利点は、伝動装置ハウジング内への、電気機械のサブアセンブリの容易な前組付けが可能であるということである。この配置構造は、特に短く組み立てられるだけではなく、公知先行技術による伝動装置に比べて小さな重量を有している。公知の伝動装置は頻繁に、電気機械を内燃機関から分離するための付加的なクラッチを必要とする。トルクフィーラの使用時に、確実な運転のために必要とされる圧着圧の比較的正確な設定のようなトルクフィーラの公知の利点は、円錐形プーリの高められた過剰な押し付けなく、引続きかつ付加的に純粋に電気的な運転においても使用することができる。

前置された発進クラッチの解放によって、純粋に電気的な走行が可能である。付加的には、クラッチの解放により制動時には制動モーメントも純粋に電気的に形成することができる。したがって、内燃機関の惰性モーメントによる損失は発生しない。これによって、電気機械がジェネレータとして形成されている場合、コースト運転あるいは惰行運転時の、特に効果的な回生が可能となる。円錐形プーリ式巻掛け伝動装置に、前進走行および後進走行に用いられる、ニュートラル段階を有する同期された切替伝動装置が後置されていると、回生は、たとえば信号での停止時および比較的にバッテリが使い尽くされている場合に、アイドリング中のエンジンによってのみ行われる。

電気機械を備えた円錐形プーリ式巻掛け伝動装置は、以下の運転モードで運転され得る：
クラッチの締結時に、車両は純粋に内燃機関により運転されるのに対して、電気機械のロータは一緒に回転しているが、電気機械自体は空転している。電気機械がジェネレータとして運転される場合は、電気的なエネルギ蓄え器の充電または電気的な消費器の運転が可能である。さらに、電気機械を電気モータとして運転することができ、内燃機関を運転中に支援するか、または増強させることができる。円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の背後に、（たとえば前進走行または後進走行に用いられる）ニュートラル段階を有する切替伝動装置が設けられている場合、ニュートラル位置では、車両の停止状態で、バッテリの充電を伴うジェネレータ運転が行われる。反対に、電気機械がモータとして働く場合、ニュートラル位置における内燃機関の始動が可能である。

クラッチが解放している場合、純粋に電気的な走行が可能であり、しかも制動エネルギまたは惰行エネルギを電気的なエネルギに変換することが可能である。この場合、内燃機関の惰行モーメントは損失を発生させない。これによって、内燃機関と電気機械との間に第２の分離クラッチまたはフリーホイールを設ける必要なしに、効果的な回生運転が可能である。

本発明の別の利点および特徴は、１つの実施の形態を図面につき詳細に説明した以下の説明から明らかになる。

本発明による円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の長手方向の断面図である。

添付された唯一の図面は、円錐形プーリ式巻掛け伝動装置の長手方向の断面を示している。

図１には、円錐形プーリ式巻掛け伝動装置１が、長手方向の断面で部分的に示されている。円錐形プーリ式巻掛け伝動装置１は、２つの円錐形プーリセット（図示せず）を有している。これらの円錐形プーリセットは、巻掛け手段、たとえばチェーンによって、トルク伝達のために互いに接続されている。このような円錐形プーリ式巻掛け伝動装置は、ＣＶＴ変速機（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）とも呼称される。各円錐形プーリセットは、軸方向で固定された円錐形プーリセットと、可動プーリとも呼称される、軸方向に移動可能な円錐形プーリセットとを有している。

円錐形プーリ式巻掛け伝動装置１は、発進クラッチ５と、トルクフィーラ８とを有している。このトルクセンサもしくはトルクフィーラ８は、伝動装置シャフト１１上に配置されている。伝動装置シャフト１１は、円錐形プーリ式巻掛け伝動装置１の第１の円錐形プーリセットに対応配置されている。伝動装置シャフト１１の端部は、少なくとも部分的に中空シャフトとして形成された被駆動シャフト１２内に配置されている。

半径方向外側で、被駆動シャフト１２には、発進クラッチ５の入力部分１４が溶接されている。この入力部分１４は、被駆動シャフト１２を基点として段部および傾斜面に沿って半径方向外方に向かって延び、かつ中空円筒状の区分１８に移行する金属薄板部分として形成されている。入力部分１４の中空円筒状の区分１８には、外側プレート２１が取り付けられている。したがって、発進クラッチ５の入力部分１４は、外側プレートキャリア１６を成している。外側プレートキャリア１６には、外側プレート２１が相対回動不能に、しかし軸方向では制限されて移動可能に結合されている。

外側プレートキャリア１６の中空円筒状の区分１８には、軸方向のストッパ２４が取り付けられている。外側プレート２１は、湿式の多板クラッチを形成するために、内側プレート２５と協働する。内側プレート２５は、内側プレートキャリア２８に対して相対回動不能に、しかし軸方向では制限されて移動可能に、内側プレートキャリア２８に結合されている。内側プレートキャリア２８は、中空円筒状の区分１８の内側で、別の中空円筒状の区分２９を有している。別の中空円筒状の区分２９には内側プレート２５が取り付けられている。

内側プレートキャリア２８は、金属薄板部分３０として形成されている。この金属薄板部分３０は、中空円筒状の区分２９に一体的に結合されている。中空円筒状の区分２９を基点として、金属薄板部分３０は、斜面および丸みを以て半径方向内側に向かって延びている。本発明の態様によれば、金属薄板部分３０は、同時にトルクフィーラ８の入力部分を成していて、この目的のために斜面エレメントおよび拡開エレメントを備えている。これらの斜面エレメントおよび拡開エレメントは、ボール３１を介して、トルクフィーラ８のフィーラ金属薄板３２に設けられた別の斜面エレメントおよび拡開エレメントと協働する。金属薄板部分３０は、本発明の別の態様によれば、トルクフィーラ８の入力部分であるだけではなく、同時に第１の円錐形プーリセットの入力エレメントでもある。つまり、金属薄板部分３０は統合された構成部分である。さらに入力エレメントの端部には、複数の部分から成る結合部分３７が結合されている。この結合部分３７の他方の端部は、支持金属薄板３８に作用結合している。支持金属薄板３８は、一方では電気機械２のロータ３に結合されていて、これにより、電気機械２と、第１の円錐形プーリセットの入力エレメント３０との間のトルクの伝達、かつ逆に第１の円錐形プーリセットの入力エレメント３０と電気機械２との間のトルク伝達を可能にすることができ、他方では、伝動装置ケーシング３９内の軸受３５によるロータ３の回転可能な支持を確実にする。別の軸受３６が、伝動装置ケーシング３９内でシャフト１２を回転可能に支持するために設けられている。電気機械２は、ロータ３の他に、伝動装置ケーシング３９に固定して配置されたステータ４を有している。

クラッチ５が締結された状態で、つまり内側プレート２５が摩擦接続式に、つまり摩擦力に基づく結合により、外側プレート２１に結合されている場合、発進クラッチ５を介して、トルクが金属薄板部分３０に導入される。導入されたトルクは、トルクフィーラ８を介して伝動装置シャフト１１に導入される。この場合、金属薄板部分３０は、ボール３１を介してトルクフィーラ８のフィーラ金属薄板３２と協働し、トルクショックがフィーラピストン３３の軸方向の移動を発生させる。これによって、所属する可動プーリへの圧着力が高められる。トルクフィーラ８によって、押圧シリンダ内で作用する圧力は、かけられたトルクに比例して調節され得る。

発進クラッチ５が締結された状態で、車両は単にシャフト１２を介して導入されたトルクによってのみ運転され得るのに対して、電気機械２のロータ３は負荷なしに一緒に回転し、つまり電気機械２自体は空転している。しかし電気機械２は、エネルギ蓄え器を充電するか、または電気的な消費器の運転を可能にするために、ジェネレータとして駆動されてもよい。さらに、発進クラッチ５が締結されている場合、電気機械２は電動モータとして運転されてよく、シャフト１２を介して供給されたモーメントを支援するか、または強化することができる。円錐形プーリ式巻掛け伝動装置１の背後に、（たとえば前進走行および後進走行に用いられる、）ニュートラル（空転）状態を有する切替伝動装置が設けられている場合、ニュートラル位置において、円錐形プーリ式巻掛け伝動装置１により運転される車両の停止時に、バッテリの充電を伴うジェネレータ運転が行われる。反対に、電気機械２がモータとして働く場合、シャフト１２に結合された内燃機関の始動がニュートラル位置において可能である。

クラッチ５が解放されている場合、純粋な電気的な走行が可能であり、しかも制動エネルギまたは惰行エネルギは電気的なエネルギに変換され得る。この場合、内燃機関の惰性モーメントは、電気機械２における制動モーメントを形成しない、つまり損失は生じない。これによって、内燃機関と電気機械２との間に第２の分離クラッチおよびフリーホイールを設ける必要なく、効果的な回生運転が可能となる。

発進クラッチ５は、操作ピストン４０を介して操作される。この操作ピストン４０は、軸方向で往復運動可能に、被駆動シャフト１２の、トルクフィーラ８寄りの端部に案内されている。操作ピストン４０は、段部または丸みを伴って、ほぼ半径方向外方に向かって発進クラッチ５のプレートセットに対して延びている。段部を付けられた領域で、操作ピストン４０は、操作圧力室４４を形成するために、少なくとも１つのシール部材４２を介在させながら、外側プレートキャリア１６に当て付けられている。

操作圧力室４４には、流体貫通孔４５が開口している。この流体貫通孔４５は、ほぼ横方向に被駆動シャフト１２を貫通して延びている。流体貫通孔４５は、操作圧力室４４を環状ギャップ４８に接続する。環状ギャップ４８は、半径方向で伝動装置シャフト１１と被駆動シャフト１２との間に形成されている。環状ギャップまたは環状室４８内にはラジアル軸受５０が配置されている。ラジアル軸受５０は、たとえばニードル軸受として形成されている。環状ギャップ４８は、操作流体、特にハイドロリック媒体を流体貫通孔４５を介して、需要に応じて操作圧力室４４内に案内するために機能する。

操作流体は、ポンプ、特に連結装置により駆動されたハイドロリックポンプによって、提供されている。操作ピストン４０には、有利には皿ばねとして形成されたばね５２によって、軸方向に外側プレートキャリア１６に向かってプリロード（予荷重）がかけられている。ばね５２は、内側プレートキャリア２８を成している金属薄板部分３０に支持されている。操作圧力室４４内の圧力が、ばね５２のプリロード力を上回ると、操作ピストン４０は発進クラッチ５のプレートセットに向かって運動して、内側プレート２５は摩擦接続式に外側プレート２１に結合される。このような摩擦接続により、発進クラッチ５は締結される。

金属薄板部分３０は、半径方向内側で軸方向にスラスト軸受５４において支持されている。スラスト軸受５４は、やはりストッパリング５５に支持されている。ストッパリング５５は、部分的に伝動装置シャフト１１の環状溝内に配置されている。スラスト軸受５４により、金属薄板部分３０の、図１で左側に向かう、つまり被駆動シャフト１２に対する軸方向の運動は阻止されている。

当然ながら、電気機械を備えた円錐形プーリ式巻掛け伝動装置は、トルクフィーラなしでも使用され得る。その場合、発進クラッチの出力部分および結合部分もしくは支持金属薄板は、直接に伝動装置の入力軸に直接に、または介在するハブに結合されている。半径方向の入れ子構成、つまり発進クラッチと電気機械との同じ軸方向の区分における配置も可能であり有利である。

１ 円錐形プーリ式巻掛け伝動装置
２ 電気機械
３ ロータ
４ ステータ
５ 発進クラッチ
８ トルクフィーラ
１１ 伝動装置シャフト
１２ 被駆動シャフト
１４ 入力部分
１６ 外側プレートキャリア
１８ 中空円筒状の区分
２１ 外側プレート
２４ 軸方向のストッパ
２５ 内側プレート
２８ 内側プレートキャリア
２９ 中空円筒状の区分
３０ 金属薄板部分
３１ ボール
３２ フィーラ金属薄板
３３ フィーラピストン
３４ 湿室
３５ 軸受
３６ 軸受
３７ 結合部分
３８ 支持金属薄板
３９ 伝動装置シャフト
４０ 操作ピストン
４２ シール部材
４４ 操作圧力室
４５ 流体貫通孔
４８ 環状ギャップ
５０ ラジアル軸受
５２ ばね
５４ スラスト軸受
５５ ストッパリング

Claims (9)

1. 第１および第２の円錐形プーリセットであって、それぞれ１つのシャフトに対応配置され、変速比が無段階に調節可能であるように、巻掛け手段によって駆動力が伝達されるように互いに接続された第１および第２の円錐形プーリセットと、
   第１の円錐形プーリセットに対応配置された入力エレメント（３０）と、
   入力部分（１４）および出力部分を有する発進クラッチ（５）と、
   ステータ（４）およびロータ（３）を有する電気機械（２）と、
   を備える円錐形プーリ式巻掛け伝動装置（１）において、
   前記電気機械（２）の前記ロータ（３）に結合された支持金属薄板（３８）を備えており、
   前記発進クラッチ（５）と、前記電気機械（２）とは、前記入力エレメント（３０）に直接に結合されており、
   前記支持金属薄板（３８）の半径方向内側に前記発進クラッチ（５）の少なくとも一部が配置されており、
   前記支持金属薄板（３８）は、前記ロータ（３）の半径方向内側にて軸受（３５）を介して伝動装置ケーシング（３９）に支持されており、
   前記第１の円錐形プーリセットに、トルクフィーラ（８）が対応配置されており、前記入力エレメント（３０）は、前記トルクフィーラ（８）の入力部分であることを特徴とする、円錐形プーリ式巻掛け伝動装置。
2. 前記発進クラッチ（５）の出力部分と、前記トルクフィーラ（８）の前記入力部分とは、唯一の金属薄板部分（３０）にまとめられている、請求項１記載の円錐形プーリ式巻掛け伝動装置。
3. 前記電気機械（２）の前記ロータ（３）は、前記トルクフィーラ（８）の前記入力部分に結合されている、請求項１または２記載の円錐形プーリ式巻掛け伝動装置。
4. 前記電気機械（２）の前記ステータ（４）は、円錐形プーリ式巻掛け伝動装置（１）のケーシング（３９）に結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の円錐形プーリ式巻掛け伝動装置。
5. 前記発進クラッチ（５）と、前記電気機械（２）とは、前記トルクフィーラ（８）の半径方向外側に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の円錐形プーリ式巻掛け伝動装置。
6. 前記発進クラッチ（５）および／または前記電気機械（２）は、前記トルクフィーラ（８）と同じ軸方向の区分に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の円錐形プーリ式巻掛け伝動装置。
7. 前記発進クラッチ（５）は、内側プレートキャリア（２８）を備えた多板クラッチとして形成されていて、前記内側プレートキャリア（２８）は、トルクフィーラ（８）の傾斜金属薄板またはフィーラ金属薄板を成している、請求項１から６までのいずれか１項記載の円錐形プーリ式巻掛け伝動装置。
8. 前記電気機械（２）は、当該円錐形プーリ式巻掛け伝動装置（１）の湿室（３４）内に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の円錐形プーリ式巻掛け伝動装置。
9. 円錐形プーリ式巻掛け伝動装置（１）に、前進ギアおよび後進ギアを有する回転方向逆転装置が後置されており、該回転方向逆転装置は、同期装置を備えるとともに、ニュートラル位置が選択可能とされている、請求項１から８までのいずれか１項記載の円錐形プーリ式巻掛け伝動装置。

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