JP7080189B2 - 自動車用の変速機及び自動車用のドライブトレイン - Google Patents

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Description

本発明は、自動車用の変速機、及びそうした変速機を備える自動車用のドライブトレインに関する。本明細書中でいう変速機とは、特に多段変速機である。多段変速機においては、多数のギヤ、つまり固定変速比を、変速機の駆動軸と出力軸との間で、シフト要素によって、好適には自動で切換可能である。本明細書中では、シフト要素は、例えばクラッチ又はブレーキである。この種の変速機は、主に自動車において、駆動ユニットの回転数出力特性及びトルク出力特性を、適切な方法で、車両の走行抵抗に対して調整するために使用される。
国際出願のドイツ語翻訳文の公開第１１ ２０１２ ００３ ４０６号は、ハイブリッド駆動装置を開示する。このハイブリッド駆動装置においては、電気モータが、第１軸と平行な第２軸上に配置されている。第１軸上には、入力軸とカウンタドリブンギヤを備える変速機構が配置されている。カウンタドリブンギヤは、差動装置を介して、自動車の駆動輪と接続されている。電気モータは、円筒歯車ピニオンとして形成された連結機構を介して、入力軸と接続されている。変速機のギヤ構成部分は、概略的にのみ示されている。
ドイツ特許出願公開第１０ ２００９ ０１８ ９５８号は、多段変速機を開示する。この多段変速機は、ハウジング、３つの遊星歯車セット、並びに第１軸、第２軸及び第３軸を備える。第３軸は、第１軸及び第２軸に対して、軸方向にずらして配置されている。図３に示す実施形態によれば、多段変速機は電気機械を備える。この電気機械は、第３軸に対して同軸に配置されている。電気機械は、チェーン接続又はベルト接続を介して、第２軸と常に作動接続する。
従来技術で既知の両方の装置は、自動車の走行方向に対して横向に配向された自動車ドライブトレインでの使用を意図している。この種の装置は、通常、軸方向の構造長を可及的に短くするよう、最適化するためのものである。なぜなら、駆動機械と変速機からなる軸方向の混合構成が、自動車フロント構造のサイドレールの間に配置されているためである。
国際出願のドイツ語翻訳文の公開第１１ ２０１２ ００３ ４０６号 ドイツ特許出願公開第１０ ２００９ ０１８ ９５８号
従って本発明の課題は、軸方向の構造長が特に短いことを特徴とする、自動車用の変速機を提供することである。
この課題は、請求項１に記載の特徴により解決される。有利な構成は、従属請求項、明細書の記載、及び図面から明らかとなる。
変速機は、駆動軸と、出力軸と、複数の遊星歯車セットと、複数のシフト要素と、駆動軸に対して軸方向に平行に配置された電気機械と、を備える。シフト要素を選択的に締結することにより、遊星歯車セットを用いて、駆動軸と出力軸との間で異なるギヤ段を切換可能である。電気機械は、円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトを用いて、駆動軸と常に作動接続する。駆動軸と電気機械との間の変速比は、一定である。
円筒歯車機構は、１つ以上の中間歯車を備えることができる。中間歯車の回転軸は、電気機械のロータの回転軸に対して軸方向に平行であり、駆動軸の回転軸に対して軸方向に平行である。トラクションドライブ機構の例は、Ｖベルトである。
本発明により、ギヤを構成する遊星歯車セットのうちの１つの遊星歯車セットの要素は、少なくとも部分的に、円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトの、駆動軸に対して同軸に配置された要素の径方向内側に配置されている。これら要素は、駆動軸の回転軸に対して直角に配置された面に、円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトと共に配置されている。
換言すると、ギヤを構成する遊星歯車セットのうちの１つの遊星歯車セットは、少なくとも部分的に、円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトの、駆動軸に対して同軸に配置された要素の径方向内側に入れ子になっている。円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトの要素、及びこの遊星歯車セットの要素は、共通の面に配置されている。共通の面は、駆動軸に対して直角に配向されている。
本発明による構成により、変速機の軸方向の構造長を低減することができる。なぜなら、円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーンもしくはコグベルト及び遊星歯車セットが、もはや軸方向で前後に配置されていないためである。
好適には、変速機は、変速機外の駆動ユニットへの、例えば内燃機関への、インターフェイスを備える。インターフェイスは、変速機外の駆動ユニットの回転運動を、変速機の駆動軸へ伝達するよう形成されている。インターフェイスは、例えばフランジ又は差込歯部として形成されてよい。インターフェイスは、駆動軸上に形成されていてよく、又は駆動軸と接続可能な連結軸上に形成されていてもよい。インターフェイスは、例えば、駆動軸と接続するハイドロダイナミック式トルクコンバータに形成されていてもよい。ハイドロダイナミック式トルクコンバータは、始動要素としての役割を果たす。円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトは、この場合、変速機外の駆動ユニットへのインターフェイスとは反対側の、変速機の軸方向の端部に配置されている。
好適な一構成によれば、円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトは、遊星歯車セットの内歯車に対して直接に作動接続する。この遊星歯車セットが、円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトの、駆動軸に対して同軸に配置された要素の径方向内側に配置されている。対応する円筒歯車歯部又はチェーン歯車歯部は、この内歯車の外径に一体的に形成されてよい。これにより、別個の構造部分及び対応する接続要素を省略可能である。
好適には、駆動軸は、変速機のハウジングに対して軸方向に支承されている。前述の内歯車が、駆動軸と常に回転不能な状態で接続されている。これにより、円筒歯車機構、トラクション機構、チェーン又はコグベルトの、駆動軸に対して同軸に配置された要素の支承が簡単になる。
代替的な一構成によれば、円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトは、遊星歯車セットの遊星キャリアに対して直接に作動接続する。この遊星歯車セットが、円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトの、駆動軸に対して同軸に配置された要素の径方向内側に配置されている。遊星歯車セットの合計軸としての遊星キャリアは、とにかく堅牢に支承されることが必要である。従って、遊星キャリアの軸受は、円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトの、駆動軸に対して同軸に配置された要素を支承する役割を果たすこともできる。
好適には、それらの要素が円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトの径方向内側に配置されていない残りの遊星歯車セットは、合計で４つの軸を備える。これらの４つの軸のうちの１つの軸は、出力軸の構成部分である。円筒歯車機構、トラクションドライブ機構、チェーン又はコグベルトの径方向内側に配置されている遊星歯車セットは、好適には、駆動軸とこれら４つの軸のうちの１つの軸との間で切換可能な、動力経路の構成部分である。切換可能な動力経路とは、この場合、シフト要素のうちの１つのシフト要素を締結することにより、駆動軸とこれら４つの軸のうちの１つの軸との間で作り出すことの可能な作動接続を指す。作動接続はこの場合、直接に、又はパワーフローに存在する遊星歯車セットを介在させて、発生させることができる。
変速機は、自動車用のドライブトレインの構成部分とすることができる。ドライブトレインは、変速機に加えて、内燃機関も備える。内燃機関は、変速機内又は変速機外のねじり振動ダンパを介して、変速機の駆動軸とねじり弾性的に接続される、又は分離クラッチを介して接続可能である。出力軸は、変速機内又は変速機外の差動歯車装置と作動接続する。差動歯車装置の出力軸は、自動車の駆動輪と接続されている。変速機は、電気機械と共に、自動車の複数の駆動モードを可能にする。電気走行駆動において、自動車は変速機の電気機械によって駆動される。内燃機関駆動において、自動車が内燃機関によって駆動される。ハイブリッド駆動において、自動車が内燃機関と変速機の電気機械の両方によって駆動される。
本発明の実施形態は、以下に添付の図面を参照して詳述される。
本発明による変速機の概略図である。 本発明による変速機の概略図である。 本発明による変速機の領域の断面図である。 本発明による変速機の領域の断面図である。 自動車用のドライブトレインの図である。
図１は、第１実施形態による変速機Ｇの概略図を示す。変速機Ｇは、駆動軸ＧＷ１と、出力軸ＧＷ２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、５つのシフト要素Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅと、電気機械ＥＭと、ねじり振動ダンパＴＳと、連結軸ＡＮと、分離クラッチＫ０と、を備える。
３つの遊星歯車セットＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、駆動軸ＧＷ１に対して同軸に配置されている。遊星歯車セットＰ１、Ｐ２は、共に、４つの軸を備える。４つの軸は、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４として示される。第２遊星歯車セットＰ２の内歯車は、第３軸Ｗ３の構成部分であり、出力軸ＧＷ２と常に接続されている。遊星歯車セットＰ１、Ｐ２の遊星キャリアは、相互に接続され、第２軸Ｗ２の構成部分である。第１遊星歯車セットＰ１の太陽歯車は、第１軸Ｗ１の構成部分である。第１遊星歯車セットＰ１の内歯車は、第２遊星歯車セットＰ２の太陽歯車と、常に接続され、第４軸Ｗ４の構成部分である。第１遊星歯車セットＰ１は、この場合、第２遊星歯車セットＰ２の径方向内側に配置されている。
シフト要素Ａを締結することにより、第４軸Ｗ４を、第３遊星歯車セットＰ３の遊星キャリアＥ２３と接続可能である。シフト要素Ｂを締結することにより、第１軸Ｗ１を、第３遊星歯車セットＰ３の遊星キャリアＥ２３と接続可能である。シフト要素Ｃを締結することにより、第１軸Ｗ１を、変速機ＧのハウジングＧＧに対して回転不能な状態で固定可能である。シフト要素Ｄを締結することにより、第２軸Ｗ２を、同様に、回転不能な状態で固定可能である。シフト要素Ｅを締結することにより、駆動軸ＧＷ１を第２軸Ｗ２と接続可能である。第３遊星歯車セットＰ３の内歯車Ｅ３３は、駆動軸ＧＷ１と常に接続されている。第３遊星歯車セットＰ３の太陽歯車Ｅ１３は、ハウジングＧＧに対して常に回転不能な状態で固定されている。
変速機Ｇは、例えば内燃機関として形成することができる、変速機外の駆動ユニットへのインターフェイスＧＡを備える。インターフェイスＧＡは、変速機外の駆動ユニットの回転数を駆動軸ＧＷ１へ伝達するよう、調整されている。インターフェイスＧＡと駆動軸ＧＷ１との間には、ねじり振動ダンパＴＳ及び分離クラッチＫ０が配置されている。分離クラッチＫ０を締結することにより、駆動軸ＧＷ１は連結軸ＡＮと接続可能である。連結軸ＡＮ上には、インターフェイスＧＡが配置されている。
出力軸ＧＷ２は、一部分に円筒歯車歯部を備える。円筒歯車歯部は、出力軸ＧＷ２と、出力軸ＧＷ２に対して軸方向に平行に配置された図示されない差動歯車装置ＡＧとの間で、動力を伝達する役割を果たす。差動歯車装置ＡＧは、変速機Ｇの構成部分であってよい。
電気機械ＥＭは、ハウジングＧＧに対して回転不能なステータと、回転可能なロータと、を備える。電気機械ＥＭが、駆動軸ＧＷ１に対して軸方向に平行に配置されている。ロータは、円筒歯車機構ＳＴＧを介して、駆動軸ＧＷ１に対して常に作動接続する。円筒歯車機構ＳＴＧが、図示の実施形態において中間歯車を備える。中間歯車が、ハウジングＧＧに回転可能に支承されている。この中間歯車は、円筒歯車機構ＳＴＧの、駆動軸ＧＷ１に対して同軸に配置された要素ＳＴＧ１と噛合う。第３遊星歯車セットＰ３は、この場合、要素ＳＴＧ１の径方向内側に配置されている。円筒歯車機構ＳＴＧの構成部分、並びに太陽歯車Ｅ１３、遊星キャリアＥ２３及び第３遊星歯車セットＰ３の内歯車Ｅ３３は、面Ｅ１に配置されている。面Ｅ１は、駆動軸の軸に対して垂直に配向されている。要素ＳＴＧ１は、この場合、内歯車Ｅ３３と直結されている。
図２は、変速機Ｇの第２実施形態の概略図を示す。変速機Ｇは、実質的に、図１に示す第１実施形態に対応する。ここでは円筒歯車機構ＳＴＧに代わって、トラクションドライブ機構ＺＭＧ、チェーン又はコグベルトが、電気機械ＥＭと駆動軸ＧＷ１との間で動力を伝達するために使用される。トラクションドライブ機構ＺＭＧ、チェーン又はコグベルトの、駆動軸ＧＷ１に対して同軸に配置された要素ＺＭＧ１は、この場合、遊星キャリアＥ２３と常に接続されている。太陽歯車Ｅ１３を常に回転不能な状態で固定することにより、この場合、駆動軸ＧＷ１と電気機械ＥＭのロータとの間に、一定の変速比が存在する。
図３は、図１に示す第１実施形態による変速機Ｇの部分的な断面図を示す。一方図４は、図２に示す第２実施形態による変速機Ｇの部分的な断面図を示す。
図５は、自動車のドライブトレインを概略的に示す。内燃機関ＶＫＭは、ねじり振動ダンパＴＳを介して、変速機Ｇの連結軸ＡＮと接続されている。図５に示す変速機Ｇは、図１に示す本発明の第１実施形態に対応する。これは、単に例示的なものとみなす。内燃機関ＶＫＭは、ねじり振動ダンパＴＳを介して、変速機Ｇの駆動軸ＧＷ１と直結されてもよい。ドライブトレインは、ハイドロダイナミック式トルクコンバータを含んでもよい。ハイドロダイナミック式トルクコンバータは、パワーフローにおいて内燃機関ＶＫＭと変速機Ｇの駆動軸ＧＷ１との間に配置されている。そうしたトルクコンバータは、ロックアップクラッチを含んでもよい。当業者は、外部境界条件に応じて、ドライブトレインの個々の構成部品の構成及び空間的位置を自由に設計するであろう。出力軸ＧＷ２は、差動歯車装置ＡＧと作動的に接続されている。出力軸ＧＷ２に作用する動力は、差動歯車装置ＡＧを介して自動車の駆動輪に分配される。
Ｇ 変速機
ＧＧ ハウジング
ＧＷ１ 駆動軸
ＧＷ２ 出力軸
ＥＭ 電気機械
Ｐ１ 第１遊星歯車セット
Ｐ２ 第２遊星歯車セット
Ｗ１ 第１軸
Ｗ２ 第２軸
Ｗ３ 第３軸
Ｗ４ 第４軸
Ｐ３ 第３遊星歯車セット
Ｅ１３ 太陽歯車
Ｅ２３ 遊星キャリア
Ｅ３３ 内歯車
Ａ シフト要素
Ｂ シフト要素
Ｃ シフト要素
Ｄ シフト要素
Ｅ シフト要素
ＳＴＧ 円筒歯車機構
ＳＴＧ１ 円筒歯車機構の要素
ＺＭＧ トラクションドライブ機構
ＺＭＧ１ トラクションドライブ機構の要素
Ｅ１ 面
ＧＡ インターフェイス
Ｋ０ 分離クラッチ
ＴＳ ねじり振動ダンパ
ＡＮ 連結軸
ＶＫＭ 内燃機関
ＡＧ 差動歯車装置
ＤＷ 駆動輪

Claims (9)

  1. 駆動軸（ＧＷ１）と、出力軸（ＧＷ２）と、複数の遊星歯車セット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）と、複数のシフト要素（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）と、前記駆動軸（ＧＷ１）に対して軸方向に平行に配置された電気機械（ＥＭ）と、を備える自動車用の変速機（Ｇ）であって、前記電気機械（ＥＭ）が、円筒歯車機構（ＳＴＧ）、トラクションドライブ機構（ＺＭＧ）、チェーン又はコグベルトを用いて、前記駆動軸（ＧＷ１）と一定の変速比を介して作動接続し、
    前記シフト要素（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）を選択的に締結することにより、前記遊星歯車セット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を用いて、前記駆動軸（ＧＷ１）と前記出力軸（ＧＷ２）との間で異なるギヤ段を切換可能であり、
    ギヤを構成する前記遊星歯車セットのうちの１つの遊星歯車セット（Ｐ３）の要素（Ｅ１３、Ｅ２３、Ｅ３３）は、
    少なくとも部分的に、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）、前記トラクションドライブ機構（ＺＭＧ）、前記チェーン又は前記コグベルトの、前記駆動軸（ＧＷ１）に対して同軸に配置された要素（ＳＴＧ１、ＺＭＧ１）の径方向内側に入れ子になっており、
    前記１つの遊星歯車セット（Ｐ３）の前記要素（Ｅ１３、Ｅ２３、Ｅ３３）が、前記駆動軸（ＧＷ１）の回転軸に対して直角に配向された面（Ｅ１）に、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）、前記トラクションドライブ機構（ＺＭＧ）、前記チェーン又は前記コグベルトと共に配置されていることを特徴とする変速機（Ｇ）。
  2. 請求項１に記載の変速機（Ｇ）であって、変速機外の駆動ユニットへのインターフェイス（ＧＡ）を一方の端部に備え、前記インターフェイス（ＧＡ）を用いて、前記変速機外の駆動ユニットの回転運動を前記駆動軸（ＧＷ１）へ伝達可能であり、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）、前記トラクションドライブ機構（ＺＭＧ）、前記チェーン又は前記コグベルトが、前記変速機外の駆動ユニットへの前記インターフェイス（ＧＡ）とは反対側の、前記変速機（Ｇ）の端部に配置されていることを特徴とする変速機（Ｇ）
  3. 請求項１又は２に記載の変速機（Ｇ）であって、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）、前記トラクションドライブ機構（ＺＭＧ）、前記チェーン又は前記コグベルトが、前記遊星歯車セット（Ｐ３）の内歯車（Ｅ３３）に対して直接に作動接続し、前記遊星歯車セット（Ｐ３）が、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）、前記トラクションドライブ機構（ＺＭＧ）、前記チェーン又は前記コグベルトの前記要素（ＳＴＧ１、ＺＭＧ１）の径方向内側に配置されていることを特徴とする変速機（Ｇ）。
  4. 請求項３に記載の変速機（Ｇ）であって、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）、前記トラクションドライブ機構（ＺＭＧ）、前記チェーン又は前記コグベルトの、前記駆動軸（ＧＷ１）に対して同軸に配置された前記要素（ＳＴＧ１、ＺＭＧ１）が、前記内歯車（Ｅ３３）の外径に一体的に構成されていることを特徴とする変速機（Ｇ）。
  5. 請求項４に記載の変速機（Ｇ）であって、前記駆動軸（ＧＷ１）が、前記変速機（Ｇ）のハウジング（ＧＧ）に対して軸方向に支承され、前記内歯車（Ｅ３３）が、前記駆動軸（ＧＷ１）と常に回転不能な状態で接続されていることを特徴とする変速機（Ｇ）。
  6. 請求項１又は２に記載の変速機（Ｇ）であって、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）、前記トラクションドライブ機構（ＺＭＧ）、前記チェーン又は前記コグベルトが、前記遊星歯車セット（Ｐ３）の遊星キャリア（Ｅ２３）に対して直接に作動接続し、前記遊星歯車セット（Ｐ３）が、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）、前記トラクションドライブ機構（ＺＭＧ）、前記チェーン又は前記コグベルトの前記要素（ＳＴＧ１、ＺＭＧ１）の径方向内側に配置されていることを特徴とする変速機（Ｇ）。
  7. 請求項１～６の何れか一項に記載の変速機（Ｇ）であって、残りの遊星歯車セット（Ｐ１、Ｐ２）は、合計で４つの軸（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４）を備え、前記４つの軸（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４）のうちの１つの軸（Ｗ３）は、前記出力軸（ＧＷ２）の構成部分であることを特徴とする変速機（Ｇ）。
  8. 請求項７に記載の変速機（Ｇ）であって、前記円筒歯車機構（ＳＴＧ）、前記トラクションドライブ機構（ＺＭＧ）、前記チェーン又は前記コグベルトの前記要素（ＳＴＧ１、ＺＭＧ１）の径方向内側に配置されている遊星歯車セット（Ｐ３）は、前記駆動軸（ＧＷ１）と前記残りの遊星歯車セット（Ｐ１、Ｐ２）の前記４つの軸のうちの１つの軸との間で切換可能な、動力経路の構成部分であることを特徴とする変速機（Ｇ）。
  9. 請求項１～８の何れか一項に記載の変速機（Ｇ）を特徴とする、自動車用のドライブトレイン。
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