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JP2003531764A - 特に自動車に用いられる変速機 - Google Patents

特に自動車に用いられる変速機

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JP2003531764A
JP2003531764A JP2001580098A JP2001580098A JP2003531764A JP 2003531764 A JP2003531764 A JP 2003531764A JP 2001580098 A JP2001580098 A JP 2001580098A JP 2001580098 A JP2001580098 A JP 2001580098A JP 2003531764 A JP2003531764 A JP 2003531764A
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JP
Japan
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shaft
gear
gears
input shaft
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JP2001580098A
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トゥムバック シュテファン
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 特に自動車に用いられる変速機(15;15a;15b;15c)は2つの遊星歯車伝動装置(16;16c,17;17c)を有している。両遊星歯車伝動装置(16;16c,17;17c)のリングギヤ(18;18c,19)は歯付きリム(12)を介して内燃機関のクランクシャフト(11;11a,11c)に結合されている。各遊星歯車伝動装置(16;16c,17)は、それぞれ1つの電気機械(26,27)と、それぞれ1つの変速機軸(31,32)とに連結されている。この変速機軸(31,32)には、種々異なる変速機変速比のための入力歯車(1E〜5E,RE)が配置されている。この入力歯車(1E〜5E,RE)は、出力軸(40;40a;40c)に配置された出力歯車(1A〜5A,RA)に噛み合っている。本発明によれば、コンスタントな走行運転での総効率を高めるために、電気機械および/または遊星歯車伝動装置(16;16c,17;17c)の飛越しが実施される。このためには、たとえば入力軸(11)と変速機軸(31,32)とを互いに結合する歯車対が使用され得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 背景技術 本発明は、請求項1および請求項2の上位概念部に記載した形式の、特に自動
車に用いられる変速機に関する。
【0002】 このような形式の変速機は、アメリカ合衆国特許第5571058号明細書に
基づき公知である。この公知の変速機は入力軸を有している。この入力軸は動力
分割式の伝動装置に連結されている。この伝動装置は出力軸に連結可能である。
各動力分割伝動装置は1つの電気機械に連結されている。
【0003】 特にコンスタントな走行状態で達成したい総効率を高めるためには、4種類の
走行状態が可能である。このためには、各走行状態に対してクラッチが設けられ
ている。すなわち、4つのクラッチが必要となる。力伝達は、全部で6つのエピ
サイクロイド伝動装置のうちの少なくとも1つを介して常に行われる。これによ
って、この伝動装置の構造には相当手間がかかる。したがって、重量および費用
が増加する。
【0004】 さらに、アメリカ合衆国特許第5558589号明細書に基づき、力伝達が常
に少なくとも1つのエピサイクロイド伝動装置を介して行われる変速機が公知で
ある。この場合、同じく複数のクラッチが設けられている。したがって、これら
のクラッチによって結果的に費用が高められる。
【0005】 発明の利点 請求項1および請求項2の特徴部に記載の特徴を備えた、特に自動車に用いら
れる本発明による変速機は従来のものに比べて、変速機がより単純に形成されて
いるにもかかわらず、良好な効率を有しているという利点を有している。このた
めには、請求項1によれば、電気機械とエピサイクロイド伝動装置とを跨いでも
しくは飛び越して入力軸を出力軸に連結するために手段が設けられている。請求
項2によれば、電気機械と、エピサイクロイド伝動装置の伝動装置部分の相対運
動の抑圧手段とを跨いでもしくは飛び越して入力軸を出力軸に連結するために手
段が使用される。
【0006】 にもかかわらず、まさに電気機械とエピサイクロイド伝動装置との飛越し状態
では、電気機械が負荷下、すなわち、制動エネルギの回生時のブースト運転でか
つジェネレータ運転で協働することができる。さらに、非常運転、すなわち、電
気機械の故障時でも、無段階の変速比変化の十分な快適性を伴った走行運転が可
能となる。
【0007】 入力軸と変速機軸との形状接続的な結合によって、摩擦接続的な結合により生
ぜしめられる摩耗が回避される。歯車対が入力軸と変速機軸との間に配置されて
いる場合の構造は特に単純である。
【0008】 さらに、2つの変速機軸の使用によって、ギヤのシフトを引張り力遮断なしに
獲得することができる。さらに、2つの電気機械によって、2つの変速機段の間
の領域で無段階の変速が可能となる。
【0009】 特に自動車に用いられる本発明による変速機のさらなる利点および有利な構成
は、従属請求項および実施例の説明から得られる。
【0010】 実施例の説明 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【0011】 図1には、自動車のパワートレーンの一部が示してある。このパワートレーン
は、特に内燃機関(図示せず)のクランクシャフト11を有している。このクラ
ンクシャフト11の端部には歯付きリム12が配置されている。さらに、クラン
クシャフト11はエンジンブレーキ13と協働する。択一的には、このエンジン
ブレーキ13の代わりにフリーホイールが使用されてもよい。エンジンブレーキ
13もフリーホイールも設けられていないことも可能である。歯付きリム12に
は変速機15が連結可能である。この変速機15は、本実施例では、3軸型変速
機として形成されている。
【0012】 変速機15は、動力分割式の2つの伝動装置、有利には同一のエピサイクロイ
ド伝動装置(Umlaufgetriebe)、特に2つの遊星歯車伝動装置セ
ット16,17を有している。各遊星歯車伝動装置セット16,17は、自体公
知のように、内外に歯付けされたそれぞれ1つのリングギヤ18,19と、複数
のプラネタリピニオン21,22と、1つのサンギヤ23,24とを有している
。歯付きリム12への変速機15の連結は遊星歯車伝動装置セット16,17の
リングギヤ18,19の外側歯列を介して行われる。遊星歯車伝動装置セット1
6,17の、クランクシャフト11に面した側では、各サンギヤ23,24が電
気機械26,27に連結されている。たとえば電気的な中間回路を介して互いに
かつ自動車の搭載バッテリに接続された電気機械26,27は、4限象動作のた
めの出力電子装置を装備している。遊星歯車伝動装置セット16,17のプラネ
タリキャリヤ28,29は、電気機械26,27とは反対に位置する側で変速機
軸31,32に結合されている。この変速機軸31,32は有利にはカウンタシ
ャフトである。
【0013】 両変速機軸31,32は5速手動変速機の入力歯車1E〜5E,REを支持し
ている。さらに、変速機軸31,32に緩く配置された入力歯車1E〜5E,R
Eを変速機軸31,32に結合するために、この変速機軸31,32には、入力
歯車2Eと入力歯車4Eとの間に歯車33がかつ入力歯車1Eと入力歯車3Eと
の間に歯車34がかつ入力歯車5Eと入力歯車REとの間に歯車35がそれぞれ
相対回動不能に配置されている。これらの歯車33,34,35は、電気的に操
作可能なスライドスリーブ36,37,38と、爪クラッチとによって各入力歯
車1E〜5E,REに噛み合うことができ、したがって、動力を伝達するように
結合することができる。電気的な操作の代わりに別の操作、たとえば液圧的な操
作も可能である。
【0014】 入力歯車1E〜5E,REは出力歯車1A〜5A,RAに噛み合っている。こ
の出力歯車1A〜5A,RAは出力軸40に相対回動不能に配置されている。こ
の場合、さらに、入力歯車REと出力歯車RAとの間には中間歯車41が配置さ
れている。さらに、出力軸40のロックもしくは位置固定を可能にするためには
、この出力軸40がブレーキ42と協働する。このブレーキ42は自動車の常用
ブレーキであってもよい。
【0015】 さらに、クランクシャフト11と変速機軸32との間には歯車対47が配置さ
れている。この場合、歯車48はクランクシャフト11に相対回動不能に配置さ
れており、歯車49は変速機軸32に配置されている。さらに、この変速機軸3
2に設けられた歯車49の間には切換ユニット50が設けられている。この切換
ユニット50は有利には爪クラッチである。択一的には、同期化されて切り換わ
る切換ユニット50または多板クラッチも使用可能である。したがって、歯車対
47と切換ユニット50とは、両電気機械26,27とエピサイクロイド伝動装
置16,17とを跨いでもしくは飛び越して入力軸11を出力軸40に連結する
ための手段を成している。この場合、歯車対47と切換ユニット50とはクラン
クシャフト11を変速機軸32ひいては出力軸40に形状接続的(formsc
hluessig)に結合するために働く。
【0016】 択一的には、歯車対47を変速機軸31の間にまたは2つの歯車対47を両変
速機軸31,32の間に設けることも可能である。歯車対47の代わりに、たと
えば歯付きベルト、チェーンまたは電気機械26,27と遊星歯車伝動装置16
,17とを跨ぐための別の適切な手段を使用することも可能である。クランクシ
ャフト11と出力軸40とが互いに整合している場合には、図1に示したように
、クランクシャフト11と出力軸40との互いに面した側の端部を歯列を介して
互いに直結することもできる。このことは、コンスタントに高い速度で可能とな
る。
【0017】 以下に、上述した変速機15によって実現することができる種々異なる運転モ
ードを説明する。この場合、変速機15の制御および調整だけでなく内燃機関の
制御および調整も電子的な制御装置によって行われる:自動車の内燃機関を車両
停止状態で始動させるためには、ブレーキ42が作動させられている。すなわち
、出力軸40がロックされている。さらに、両変速機軸31,32にそれぞれ1
つのギヤ、たとえば第1速および第2速が入れられている。このためには、スラ
イドスリーブ36,37が、対応する入力歯車1E,2Eに重なって位置してい
る。1つのギヤを各変速機軸31,32に入れることによって、遊星歯車伝動装
置セット16,17のプラネタリキャリヤ28,29が固定的となる。すなわち
、このプラネタリキャリヤ28,29は、始動モーメントがサンギヤ23,24
を介して導入される場合に回転することができない。いま、両電気機械26,2
7が搭載バッテリによってモータとして運転される。この場合、電気機械26,
27からサンギヤ23,24に導入されたトルクが、回転するプラネタリピニオ
ン21,22を介して各リングギヤ18,19の回転を発生させる。さらに、こ
の回転はクランクシャフト11の歯付きリム12を、必要となる始動回転数で駆
動する。これによって、内燃機関が始動させられる。
【0018】 遊星歯車伝動装置セット16,17の慣用のもしくは有利な構成では約4:1
の始動変速比が得られる。したがって、内燃機関の、必要となる始動トルクが約
200Nmのオーダにあると仮定すれば、電動モータとして作用する各電気機械
26,27は約25Nmを提供しなければならない。必要となるこのトルクは同
時に電気機械26,27の構成サイズもしくは出力段を規定している。
【0019】 補足的にこの箇所では、両電気機械26,27が、始動モードで、すなわち、
位置固定されたプラネタリキャリヤ28,29によって、内燃機関自体の始動後
に歯付きリム12を介して内燃機関によって駆動されることが認められる。その
後、上述した遊星歯車伝動装置セット16,17の変速比に基づき、電気機械2
6,27が内燃機関の約4倍の機関回転数で駆動される。電気機械26,27の
限界回転数を上回らないために、この事例では、始動モードの間の内燃機関の機
関回転数が制限されるようになっている。
【0020】 以下に、自動車が一様なまたは可変な速度で運動させられる通常運転を説明す
る。この事例では、変速機15内で両変速機軸31,32にそれぞれ1つのギヤ
、たとえば第2速および第3速が入れられている。したがって、対応する歯車2
E,3Eが、動力を伝達するように出力軸40の歯車2A,3Aに結合されてい
る。両プラネタリキャリヤ28,29の回転数の間の、規定された比率は、第2
速と第3速との間の変速比に相応している。この場合、第2速のプラネタリキャ
リヤ28は、第3速のプラネタリキャリヤ29よりも大きな回転数で回転してい
る。さらに、出力軸40の回転数は自動車の走行速度に比例している。内燃機関
によって駆動されるリングギヤ18,19は、遊星歯車伝動装置セット16,1
7が同一である場合に同じ回転数で回転するので、したがって、電気機械26,
27に連結されたサンギヤ23,24の、規定された回転数が生ぜしめられる。
いま、両電気機械26,27の回転数レベルが変化させられると、内燃機関の機
関回転数がコンスタントな場合に内燃機関の機関回転数と出力軸40の回転数と
の間の比率も変化させられる。言い換えると、このことは、電気機械26,27
の回転数レベルの変化が、変速機軸31,32にギヤが確実に入れられている場
合の変速機変速比の(無段階の)変化を生ぜしめることを意味している。
【0021】 内燃機関によって設定されたトルクおよび出力軸40に対する必要となる駆動
モーメントでは、一定に設定された、両電気機械26,27における総和トルク
が生ぜしめられる。さらに、内燃機関のトルクと、両電気機械26,27ににお
ける総和トルクとは、ブレーキが操作されない限り常に一定の比率にある。した
がって、内燃機関の目下のトルクは極めて正確に両電気機械26,27の総和ト
ルクから導出される。この総和トルクは電気機械26,27の制御に基づき知ら
れている。内燃機関の目下のトルクの特性は、調整されるパワートレーン・機関
制御に対して有利であるかもしくはパワートレーン・機関制御を簡単にすること
ができるかまたは改善することができる。
【0022】 トルクを両変速機軸31,32にわたって分割することによって、両電気機械
26,27の総和トルクを任意に両変速機軸31,32の間で分配することがで
きる。この場合、両変速機軸31,32で入れられた互いに異なるギヤに基づき
、両電気機械26,27は互いに異なる回転数を有しているので、電気機械26
,27の電力も変化する。
【0023】 通常運転で両電気機械26,27がジェネレータとして作用することができる
と特に有利である。このジェネレータは、搭載電源によって必要となるエネルギ
もしくは電力しか発生させない。この結果、両電気機械26,27の、必要とな
る規定された電力において、両電気機械26,27における規定された回転数レ
ベルひいては変速機15の、規定された変速比も生ぜしめられる。この変速比の
、規定された範囲内で電気機械26,27によって可能な無段階の変化は、搭載
電源によって必要となる電力が、ジェネレータとして働く両電気機械26,27
の間で分配されることによってしか達成されない。この場合、損失を伴う動力分
割は両電気機械26,27の間に生ぜしめられない。
【0024】 変速比の、両電気機械26,27によって可能な拡がりは比較的僅かな範囲を
カバーしていれば十分である。なぜならば、変速比のより大きな変化はギヤチェ
ンジを介して実現することができるからである。1つのギヤに対する可能な拡が
りが、たとえば低い搭載電源電力で不十分である場合には、この拡がりは、両電
気機械26,27の間の(損失を伴う)電力潮流が許容されるかまたは搭載バッ
テリを充電するための電力が本来の搭載電源要求を越えて高められることによっ
て高めることができる。
【0025】 しかし、コンスタントな走行状態では、無段階の変速機調節は二義的である。
歯車対47と切換ユニット50とによる機械的な変速機係合手段(Getrie
bedurchgriff)は、エピサイクロイド伝動装置16,17によって
図示した動力分割式の伝動装置部分を跨いでいて、内燃機関と出力軸40との運
動学的な連結を形成している。1つのギヤをシフト部材で選択することを介して
、一定の複数の変速比を選択することができる。したがって、無段階の走行運転
時に電気的な出力伝達の効率も成す変速機15の総効率を改善することができる
【0026】 この運動学的な連結もしくはすでに前述した飛越しによって、同時に電気機械
26,27の回転数が規定される。トルクひいては電力潮流はもはや車両の前進
出力に関連していない。電気的なエネルギ搭載電源は、たとえばいわゆる「ブー
スト機能」と同様に自由に制御することができる。このブースト機能では、車両
に付加的な電力がバッテリから提供される。択一的には、制動エネルギの、いわ
ゆる「回生」を実現することができる。付加的には、機械的な変速機係合手段に
よって、循環する電力潮流(無効電力)を回避することができる。さもないと、
この電力潮流が、規定された走行状態で生ぜしめられ得る。
【0027】 この場合、切換経過の詳細は以下の通りである: 1.無段階の運転では、変速機変速比i=内燃機関の回転数/出力軸40の回転
数が、歯車対47と1つの段1E/1A;3E/3A;5E/5A;RE/RA
とに関する一定の変速比に相当するように内燃機関の回転数が調整される。この
場合、歯車対47の歯車49もしくはルーズ歯車は変速機軸32と同期的に回転
する。
【0028】 2.切換ユニット50が閉じられる。いま、クランクシャフト11から出発して
、エピサイクロイド伝動装置16,17と電気機械26,27とを跨いで、歯車
対47と、切換ユニット50と、変速機軸32と、1つの切換ユニット37,3
8とを介して1つの歯車1E,3E,5Eから1つの歯車1A,3A,5Aへの
かつ最終的に出力軸40への力伝達が行われる。
【0029】 3.いま、両電気機械26,27を遮断することができるかまたは別の基準によ
り制御することができる。にもかかわらず、車輪への出力伝達は保証されている
【0030】 切換ユニット50もしくは機械的な変速機係合手段を開く前には、まず歯車対
47が電気機械26,27の適切な制御によって負荷軽減される。その後、切換
ユニット50が開かれる。歯車対47によって生ぜしめられる変速機変速比は、
上述した走行状態の要求に適合されなければならない。したがって、有利には、
選択可能な少なくとも1つの変速機変速比がオーバドライブとして規定される。
すなわち、このオーバドライブは、たとえば0.6〜0.8の変速比を備えて迅
速に伝達される。
【0031】 さらに、図示の配置形式では、コンスタントな変速機段によって、種々異なる
一定の変速比を実現することが可能となる。これらの変速比のうちの1つがオー
バドライブとして規定されている。さらに、エピサイクロイド伝動装置16,1
7を跨ぐ場合に電気機械26,27の有利な運転点が実現されるように変速比が
規定されると有利である。この運転点では、少なくとも車両の運転にとって十分
となる発電が良好な効率で可能となることが望ましい。
【0032】 いま、たとえば内燃機関が、規定された回転数と同時に相応により高い負荷で
より高い走行速度を可能にしたい場合に変速比を変化させるために必要となる変
速機15内のシフト動作を説明する。この場合、たとえば第2の変速機軸32で
は第3速から第5速に切り換えたいのに対して、第1の変速機軸31では第4速
が入れられたままであることから出発する。このためには、本来のシフト動作の
前に、第2の変速機軸32に対応配置された電気機械27が負荷なしに切り換え
られる。これによって、第2の変速機軸32におけるモーメントが、構成部材の
質量慣性から生ぜしめられる小さなモーメントは除いてほぼ0となる。この状態
では、力伝達が第1の変速機軸31を介してしか行われない。この場合、第1の
変速機軸31に対応配置された電気機械26は駆動モーメントの一部を支持して
いて、この場合、モータまたはジェネレータとして働くことができる。第2の変
速機軸32が負荷されなくなるやいなや、入れられた第3速が爪クラッチの分離
とスライドスリーブ37の移動とによって解除される。次いで、第2の変速機軸
32の電気機械27が、必要となる同期化回転数を発生させる。この同期化回転
数では、第2の変速機軸32が、出力軸40を介して駆動される第5速の歯車5
Eの回転数に相当する回転数で回転させられる。このことが行われている場合に
は、スライドスリーブ38の移動によって第2の変速機軸32と歯車5Eとの間
の力伝達が形成される。変速機15の制御装置は、第2の変速機軸32を同期化
するために必要となる回転数を電気機械26と内燃機関との回転数を介して検出
することができる。変速機軸31,32に対する回転数検出のための付加的なセ
ンサは不要となる。
【0033】 シフトアップもしくはシフトダウン時の別のシフトチェンジは相応に行われる
。この場合、全てのシフトチェンジ時には、一方の変速機軸31,32を介した
内燃機関のクランクシャフト11と出力軸40との間の力伝達が常に行われてお
り、これによって、引張り力遮断なしのシフト動作を行うことができることが特
徴的である。
【0034】 変速機15によって、特に有利には、いわゆる「ハイブリッド車両」を運転す
ることができる。このハイブリッド車両は電動モータだけでなく内燃機関も有し
ている。この場合、たとえば空気清浄維持の理由に基づき都心で行われる電動モ
ータによる車両運転は両電気機械26,27によって実現される。両電気機械2
6,27には搭載電源から、車両運転のために必要となるエネルギが供給される
。この場合、電気機械26,27によってプラネタリキャリヤ28,29を介し
て変速機軸31,32に導入されるトルクを支持するためには、遊星歯車伝動装
置セット16,17のリングギヤ18,19が位置固定されなければならない。
このことは、歯付きリム12を介してリングギヤ18,19に作用するエンジン
ブレーキ13の操作を介して簡単に行われる。
【0035】 いま、純粋に電気的な走行の間に内燃機関を再び始動させたい場合には、この
ために、第2速と後退ギヤとが変速機15内で入れられる。この場合、電気機械
27は車両後退方向で、すなわち、機関始動のために必要となる回転方向で回転
するのに対して、電気機械26は車両前進方向で駆動される。したがって、両電
気機械26,27からは、同様に作用する駆動トルクが出力軸40に導入される
。入れられた第2速と、入れられた後退ギヤとの間の互いに異なる変速比に基づ
き、後退ギヤに対応配置された第2の電気機械27のリングギヤ19を介して、
リングギヤ18よりも高い(エンジンブレーキ13を介して支持された)トルク
が歯付きリム12に伝達される。したがって、本来の始動のためには、エンジン
ブレーキ13を解除すれば十分である。次いで、歯付きリム12とクランクシャ
フト11とが、内燃機関の、必要となる始動方向でリングギヤ19を介して第2
の電気機械27によって回転させられる。内燃機関が始動させられている場合に
は、上述したギヤチェンジに相応して、第2の変速機軸32における後退ギヤが
解除され、その代わりに、第1速または第3速が入れられる。
【0036】 付加的には、上述したように、内燃機関の始動の間、この場合に内燃機関から
パワートレーンに導入されたトルクによって、運転者にとって不快な衝撃が生ぜ
しめられ得る。この衝撃は両電気機械26,27による適宜な調整方法によって
補償することができる。
【0037】 すでに上述した、専ら電気機械26,27による自動車の走行は必然的に搭載
バッテリからの比較的高いエネルギ取出しを結果的に生ぜしめる。搭載バッテリ
の、必要となる容量を制限するかもしくは内燃機関運転の間の再充電を可能にす
るためには、すでに上述したように、両電気機械26,27がジェネレータとし
て運転される。電気機械26,27をジェネレータとして運転するためには、エ
ンジンブレーキ運転の間に自動車に蓄えられた転がりエネルギが使用されると特
に有利である。このためには、内燃機関が(負荷なしの)エンジンブレーキ運転
で遮断され、エンジンブレーキ13が作動させられる。したがって、電気機械2
6,27に連結された両サンギヤ23,24が、回転するプラネタリキャリヤ2
8,29を介して駆動される。
【0038】 上述した変速機15は種々異なる形式で変更することができる。したがって、
たとえば少なくとも1つの電気機械26,27に付加的なブレーキ43,43a
を設けることが必要となり得る。これによって、高い出力を伴った状態からの自
動車の始動が可能となり得る。このことは、車両停止時に両電気機械26,27
が、すでに上述した約4:1の遊星歯車伝動装置セット16,17の変速比で約
4倍の機関回転数によって走行することから明らかとなる。いま、内燃機関を介
して始動時に比較的高い始動モーメントがクランクシャフト11に導入される場
合には、この始動モーメントが電気機械26,27によって支持されなければな
らない。これによって、極めて高い電力が電気機械26,27に必然的に短時間
で生ぜしめられる。少なくとも1つの電気機械26,27と協働する少なくとも
1つの付加的なブレーキ43,43aを使用することによって、始動モーメント
をブレーキ43,43aによって吸収することができ、摩擦作業に変換すること
ができる。ブレーキ43,43aは、機械的に作用する摩擦ブレーキ(ブロック
ブレーキまたは多板ブレーキ)として形成されていてよい。しかし、ブレーキ4
3,43aが渦電流ブレーキとして形成されていると特に有利である。この渦電
流ブレーキは、(たとえば水冷式のジェネレータに用いられる)補助ヒータシス
テムの構成部分として付加的に働くことができ、極めて高いモーメントを短時間
に支持することができる。
【0039】 本実施例では、伝動装置を遊星歯車伝動装置として図示しかつ説明した。しか
し、遊星歯車伝動装置の代わりに別の形式のエピサイクロイド伝動装置が使用さ
れてもよい。また、遊星歯車伝動装置の使用時には、個々のエレメントと遊星歯
車伝動装置の構成エレメントとの別の連結も可能である。したがって、たとえば
内燃機関はそのトルクをプラネタリキャリヤにも導入することもできるのに対し
て、変速機軸はリングギヤに連結されている。
【0040】 3つの別の構成が、図2、図3および図4に示してある: 図2には、図1に示した3軸型変速機の代わりに中空軸型変速機として形成さ
れた変速機15aが示してある。この場合、プラネタリキャリヤ28a,29a
に連結されたクランクシャフト11aが中空変速機軸44によって取り囲まれて
いる。この中空変速機軸44には入力歯車RE,1E,3E,5Eが配置されて
いるのに対して、クランクシャフト11aの延長部では変速機軸45が入力歯車
4E,2Eを支持している。入力歯車1E〜5E,REは出力歯車1A〜5A,
RAと協働する。この出力歯車1A〜5A,RAは、中空変速機軸44と、クラ
ンクシャフト11aと、変速機軸45とに対して平行に延びる出力軸40aに配
置されている。
【0041】 クランクシャフト11aと中空軸44との間には、たとえば爪クラッチのよう
な装置51が設けられている。この装置51はクランクシャフト11aと中空軸
44との相対回動不能な結合を可能にしている。したがって、電気機械26,2
7と遊星歯車伝動装置セット16,17との飛越しが極めて簡単に獲得される。
さらに、図2に示した変速機15aの利点は、特に変速機15aのより狭幅な構
造にある。
【0042】 図3に示した変速機15bは、特に両電気機械26,27が相並んで配置され
ており、両遊星歯車伝動装置セット16b,17bが(変速機15aと同様に)
互いに鏡像的に配置されている点で図1に示した変速機15と異なっている。変
速機軸32には、遊星歯車伝動装置セット17bのほかに切換ユニット50が配
置されている。この切換ユニット50は、変速機軸32と、遊星歯車伝動装置セ
ット17bのリングギヤ17bに一体成形されたポット状のフランジ52との
相対回動不能な結合を形成している。これによって、リングギヤ17bとプラ
ネタリキャリヤ17bとを互いに相対回動不能に結合することができる。これ
によって、リングギヤ17bとプラネタリキャリヤ17bとは同じ角速度で
回転する。いま、トルクが、クランクシャフト11に配置された歯車53からリ
ングギヤ17bの外側歯列54に伝達される。リングギヤ17bからトルク
は切換ユニット50を介して変速機軸32に伝達される。この場合、ここでは、
4種類の変速比1E/1A,3E/3A,5E/5A,RE/RAが選択可能と
なる。したがって、切換ユニット50は、遊星歯車伝動装置セット17bとして
形成された出力伝動装置の伝動装置部分の相対運動を抑圧するために働く。した
がって、出力伝動装置はブロックとして回転する。にもかかわらず、当然ながら
、電気機械27を運転することが可能となる。この場合、この電気機械27は変
速機軸32と同じ回転数を有している。なぜならば、サンギヤ17bがリング
ギヤ17bおよびプラネタリキャリヤ17bと同じ回転数を有しているから
である。
【0043】 しかし、択一的には、第1実施例のように、クランクシャフト11と変速機軸
32との間に歯車対47が設けられていてもよい。この場合、切換ユニット50
はクランクシャフト11に配置されている。これによって、ここでも、変速機1
5aと同様の両電気機械26,27と遊星歯車伝動装置セット16b,17bと
の直列配置によって、比較的コンパクトな変速機15bを実現することができる
【0044】 特に有利な構成は、図4に示した変速機15cである。この変速機15cは、
特に遊星歯車伝動装置16cのプラネタリピニオン21cが二重に形成されてい
て、剛性的な軸によって結合されている点で変速機15aと異なっている。プラ
ネタリキャリヤ28cの左側の第1のプラネタリピニオン21cは、電気機械2
6に結合されたサンギヤ23cに噛み合っている。プラネタリキャリヤ28cの
右側では、第2のプラネタリピニオン21cが駆動装置のリングギヤ18cに噛
み合っている。これに基づき、極めてコンパクトな変速機が得られる。この変速
機の構造は今日の手動変速機に類似している。この場合、電気機械は、従来の手
動変速機がクラッチのために必要としていた構成スペースをとっている。
【0045】 サンギヤ23cは、エンジンブレーキ43に並んで配置された切換ユニット5
0を介してクランクシャフト11cに相対回動不能に結合可能である。これによ
って、サンギヤ23cはプラネタリキャリヤ28cにも結合可能である。これに
よって、プラネタリピニオン21cと、サンギヤ23cと、プラネタリキャリヤ
28cとから成る伝動装置部分の相対運動が抑圧される。プラネタリピニオン2
1cは固有の軸線を中心として回転しないので、リングギヤ18cは同じ回転数
で駆動される。さらに、このリングギヤ18cは変速機軸32を駆動する。この
変速機軸32には歯車1E,RE,3E,5Eが配置されている。したがって、
切換ユニット50によって伝動装置部分の相対運動を阻止することができる。
【0046】 択一的または付加的には、ブレーキ43aに並んで切換ユニットを配置するこ
ともできる。これによって、変速比2E/2A,4E/4Aを使用することもで
きる。
【0047】 当然ながら、変速機15a;15b;15cが、図1に示した変速機15に相
応して少なくとも1つの付加的なブレーキ43,43aを装備していることも可
能である。
【0048】 本発明による変速機15;15a;15b;15cにただ1つのエピサイクロ
イド伝動装置16,17もしくは動力分割式の伝動装置が設けられていることも
可能である。この伝動装置にはただ1つの電気機械しか連結されていない。少な
くとも1つの電気機械26,27と少なくとも1つのエピサイクロイド伝動装置
16;16c,17;17cとを跨いでもしくは飛び越して入力軸31,32を
出力軸40;40aに連結するための手段が設けられていることが重要である。
このことは、単純な構造にもかかわらず高い総効率を実現している。にもかかわ
らず、少なくとも1つの電気機械と少なくとも1つのエピサイクロイド伝動装置
との飛越し状態では、電気機械が負荷下、すなわち、回生時のブースト運転でか
つジェネレータ運転で協働することができる。相変わらず変速機変速比の無段階
の変化が可能である。これによって、非常運転、すなわち、たとえば一方の電気
機械26,27が故障している場合でも十分な走行快適性が付与されている。
【0049】 手動変速機の形の前述した変速機15;15a;15b;15cの代わりに、
別の変速機、たとえば多段自動変速機(Stufenautomaten)の形
の変速機を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による第1の変速機の概略図である。
【図2】 図1に対して変更された変速機の概略図である。
【図3】 図1に対して変更された変速機の概略図である。
【図4】 図1に対して変更された変速機の概略図である。
【符号の説明】
11,11a,11c クランクシャフト、 12 歯付きリム、 13 エ
ンジンブレーキ、 15,15a,15b,15c 変速機、 16,16b,
16c 遊星歯車伝動装置セット、 17,17b,17c 遊星歯車伝動装置
セット、 17b リングギヤ、 17b プラネタリキャリヤ、 17b サンギヤ、 18,18c リングギヤ、 19 リングギヤ、 21,2
1c プラネタリピニオン、 22 プラネタリピニオン、 23,23c サ
ンギヤ、 24 サンギヤ、 26 電気機械、 27 電気機械、 28,2
8a,28c プラネタリキャリヤ、 29,29a プラネタリキャリヤ、
31 変速機軸、 32 変速機軸、 33 歯車、 34 歯車、 35 歯
車、 36 スライドスリーブ、 37 スライドスリーブ、 38 スライド
スリーブ、 40,40a 出力軸、 41 中間歯車、 42 ブレーキ、
43,43a ブレーキ、 44 中空変速機軸、 45 変速機軸、 47
歯車対、 48 歯車、 49 歯車、 50 切換ユニット、 51 装置、
52 フランジ、 53 歯車、 54 外側歯列、 1E,2E,3E,4
E,5E,RE 入力歯車、 1A,2A,3A,4A,5A,RA 出力歯車
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3D039 AA02 AA03 AA04 AB26 AC04 AC37 AC39 AC70 AC74 AC77 AC78 3J028 EA09 EB37 EB62 EB63 FA06 FA12 FB03 FB13 FC13 FC24 FC32 FC42 FC63 FC64 GA02 3J062 AA02 AB33 AC03 BA11 BA31 CG03 CG14 CG82 CG83

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 特に自動車に用いられる変速機(15;15a;15b;1
    5c)であって、入力軸(11;11a;11c)が設けられており、該入力軸
    (11;11a;11c)が、少なくとも1つ、有利には2つの動力分割式の伝
    動装置(16;16c,17;17c)、有利にはエピサイクロイド伝動装置に
    連結されており、該伝動装置(16;16c,17;17c)が、出力軸(40
    ,40a)に連結可能であり、さらに、少なくとも1つの動力分割式の伝動装置
    (16;16c,17;17c)に連結された2つの電気機械(26,27)が
    設けられている形式のものにおいて、2つの電気機械(26,27)と少なくと
    も1つの動力分割式の伝動装置(16;16c,17;17c)とを跨いで入力
    軸(11;11a;11c)を出力軸(40;40a)に連結するために手段(
    47,50,51)が設けられていることを特徴とする、変速機。
  2. 【請求項2】 特に自動車に用いられる変速機(15;15a;15b;1
    5c)であって、入力軸(11;11a;11c)が設けられており、該入力軸
    (11;11a;11c)が、少なくとも1つ、有利には2つの動力分割式の伝
    動装置(16;16c,17;17c)、有利にはエピサイクロイド伝動装置に
    連結されており、該伝動装置(16;16c,17;17c)が、出力軸(40
    ,40a)に連結可能であり、さらに、少なくとも1つの動力分割式の伝動装置
    (16;16c,17;17c)に連結された2つの電気機械(26,27)が
    設けられている形式のものにおいて、2つの電気機械(26,27)と、少なく
    とも1つの動力分割式の伝動装置(16;16c,17;17c)の伝動装置部
    分の相対運動の抑圧手段とを跨いで入力軸(11;11a;11c)を出力軸(
    40;40a)に連結するために手段(47,50,51)が設けられているこ
    とを特徴とする、変速機。
  3. 【請求項3】 前記手段(47,50,51)が、入力軸(11;11a;
    11c)を、出力軸(40;40a)に連結可能な少なくとも1つの変速機軸(
    31,32,44)にまたは出力軸(40;40a)に形状接続的に結合するた
    めに働く、請求項1または2記載の変速機。
  4. 【請求項4】 前記手段(47)が、少なくとも1つの歯車対であり、1つ
    の歯車(48)が、入力軸(11;11a;11c)に配置されており、少なく
    とも1つの歯車(49)が、少なくとも1つの変速機軸(31,32)に配置さ
    れており、入力軸(11;11a;11c)に設けられた歯車(48)または少
    なくとも1つの変速機軸(31,32)に設けられた少なくとも1つの歯車(4
    9)の間に切換ユニット(50)、有利には爪クラッチが設けられている、請求
    項3記載の変速機。
  5. 【請求項5】 動力分割式の伝動装置として2つのエピサイクロイド伝動装
    置(16,17)が設けられており、電気機械(26,27)が、入力軸(11
    ;11a;11c)にも出力軸(40;40a;40c)にも連結されておらず
    、両電気機械(26,27)の回転数が、互いに無関係に可変である、請求項1
    から4までのいずれか1項記載の変速機。
  6. 【請求項6】 各変速機軸(31,32)に入力歯車(1E〜5E,RE)
    が配置されており、該入力歯車(1E〜5E,RE)が、出力軸(40;40a
    )に配置された出力歯車(1A〜5A,RA)に噛み合っており、入力歯車(1
    E〜5E,RE)と出力歯車(1A〜5A,RA)とを変速機軸(31,32)
    と出力軸(40;40a)とに、動力を伝達するように結合するためのエレメン
    ト(33〜38)が設けられており、切換休止は別として常に、動力を伝達する
    結合が、変速機軸(31,32)と出力軸(40;40a)との間に存在してい
    る、請求項3から5までのいずれか1項記載の変速機。
  7. 【請求項7】 変速機軸が、中空軸(44)として形成されており、該中空
    軸(44)が、入力軸(11a)を取り囲んでいる、請求項3から6までのいず
    れか1項記載の変速機。
  8. 【請求項8】 エピサイクロイド伝動装置が遊星歯車伝動装置(16,17
    )であり、該遊星歯車伝動装置(16,17)のリングギヤ(18,19)が、
    入力軸(11;11a;11c)に連結されており、遊星歯車伝動装置(16,
    17)のサンギヤ(23;23a,24;24a)が、電気機械(26,27)
    に連結されており、遊星歯車伝動装置(16,17)のプラネタリキャリヤ(2
    8,29)が、変速機軸(31,32)に連結されているかまたはエピサイクロ
    イド伝動装置が遊星歯車伝動装置(16,17)であり、該遊星歯車伝動装置(
    16,17)のリングギヤ(18,19)が、変速機軸(31,32,44)に
    連結されており、遊星歯車伝動装置(16,17)のサンギヤ(23,24)が
    、電気機械(26,27)に連結されており、遊星歯車伝動装置(16,17)
    のプラネタリキャリヤ(28,29)が、入力軸(11;11a;11c)に連
    結されている、請求項1から7までのいずれか1項記載の変速機。
  9. 【請求項9】 無段階の変速比を獲得するために、両電気機械(26,27
    )の回転数が可変である、請求項1から8までのいずれか1項記載の変速機。
  10. 【請求項10】 入力軸(11)と出力軸(40;40a)とが、それぞれ
    1つの制動装置(13,42)を有している、請求項1から9までのいずれか1
    項記載の変速機。
  11. 【請求項11】 少なくとも1つの電気機械(26,27)が、制動装置(
    43,43a)に作用結合されて配置されている、請求項1から10までのいず
    れか1項記載の変速機。
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