JP2018052481A - 駆動伝達系 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動伝達系を提供する。
【解決手段】駆動伝達系は、少なくとも1個の内燃機関と、この内燃機関によって駆動される、電気エネルギを発生するための少なくとも1個の発電機と、この発電機に電気的に接続された少なくとも1個の電気機械と、それぞれ出力手段を備え、内燃機関によって駆動される少なくとも1本の被駆動の前車軸および後車軸と、内燃機関と各車軸の間の駆動伝達系内に設けられた少なくとも1個の手動変速機/自動変速機と、少なくとも1個のエピサイクリック歯車装置とを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両、特に農業用車両のために駆動出力を供給するための駆動伝達系に関する。
駆動伝達系は駆動装置と、この駆動装置の出力を走行路まで伝えるクランク軸、歯車装置、差動歯車装置のような機械的な構成部品からなっている。駆動装置は、内燃機関または電動機またはいわゆるハイブリッド解決策でもよい。
特許文献1は、発電機および電動機に関連してバッテリを備え、かつ発電機がモータに連結されかつ発電機にバッテリが接続されている第1モータ/発電機を備えたトラクタを開示している。この第1モータ/発電機はモータとして運転可能であるので、出力軸にはバッテリからの電気エネルギが少なくとも部分的に供給される。
農業用車両は、駆動装置を要求出力にフレキシブルに適合させ、同時に走行快適性を高める必要がある。
米国特許出願公開第2015/0210151A1号明細書
そこで、本発明の課題は出力適合のフレキシビリティを改善することである。
他の課題は走行快適性を改善することである。
他の課題は車両の運転時の安全性を高めることである。
本発明の実施形態は請求項1と他の独立請求項と従属請求項から明らかである。
実施形態では、駆動伝達系は、少なくとも1個の内燃機関と、この内燃機関によって駆動される、電気エネルギを発生するための少なくとも1個の発電機と、この発電機に電気的に接続された少なくとも1個の電気機械と、それぞれ出力手段を備え、内燃機関によって駆動される少なくとも各々1本の被駆動の前車軸および後車軸と、内燃機関と各車軸の間の駆動伝達系内に設けられた少なくとも1個の手動変速機/自動変速機と、少なくとも1個のエピサイクリック歯車装置を備えることができる。このエピサイクリック歯車装置は前車軸の出力手段と、電気機械と、手動変速機/自動変速機を介して内燃機関に連結されているので、内燃機関と電気機械の駆動力はエピサイクリック歯車装置において合計されて、前車軸の出力手段に伝達され、そして前車軸の出力手段が内燃機関と電気機械によって同時に駆動される。
駆動される前車軸と後車軸によって4輪駆動が保証される。しかし、既存の車軸数に応じて、4個よりも多い車輪またはスプロケットを駆動することができる。
駆動伝達系によって、電気的な出力と機械的な出力の形態の駆動出力を前車軸に伝達することができる。その際、両出力経路はエピサイクリック歯車装置において重ね合わされる。機械的なエネルギから電気的なエネルギへのすべての変換の際、発電機内で発生する電気的な損失に基づいて出力損失が生じる。電気的な駆動伝達系と比較して、系の効率を高めることができる。なぜなら、駆動出力の一部が機械的な出力経路を経て前車軸に伝達されるからである。
電気機械と電気的な出力経路は、機械的な出力経路なしに車両を駆動するためではなく、これを支援するために設けられている。従って、電気機械を縮小することができ、この場合同時に重量が軽減される。
エピサイクリック歯車装置は内燃機関から始まる駆動伝達系において手動変速機/自動変速機の前方に設けられている。これにより、電気的な出力と機械的な出力からなる全出力が前車軸差動歯車装置に伝達される。続いて、全出力をさらに出力手段に伝達することができる。電気的な出力が手動変速機/自動変速機を経て案内されないので、手動変速機/自動変速機は小さな要求出力のために設計可能である。それによって、手動変速機/自動変速機はより小さな構造寸法とより小さな重量を有する。
必要な場合に短時間高められた付加的な電気出力を電気機械を経て前車軸に伝達するブースト機能を実現することができる。このブースト機能は電気的な出力経路で行われ、手動変速機/自動変速機を経て伝達されない。それによって、手動変速機/自動変速機は摩耗がより小さくなり、長い寿命を達成することができる。ブースト機能は、短時間必要な駆動出力の場合には、電気的な駆動出力のそのときの部分に、電気的な出力経路の出力の付加的な部分を追加することを可能にする。
他の実施形態は、少なくとも1個の内燃機関と、この内燃機関によって駆動される、電気エネルギを発生するための少なくとも1個の発電機と、この発電機に接続された少なくとも1個の電気機械と、それぞれ出力手段を備え、内燃機関によって駆動される少なくとも1本の被駆動の前車軸および後車軸と、内燃機関と各車軸の間の駆動伝達系内に設けられた少なくとも1個の変速機と、少なくとも2個のエピサイクリック歯車装置とを備えることができる駆動伝達系に関する。エピサイクリック歯車装置はそれぞれ前車軸の出力手段と、前車軸差動歯車装置と、それぞれ1個の電気機械に連結されている。内燃機関と電気機械の駆動力は各エピサイクリック歯車装置において合計されて、前車軸の各出力手段に伝達され、そして前車軸の出力手段は内燃機関と電気機械によって同時に駆動される。
駆動伝達系によって、電気的な出力と機械的な出力の形態の駆動出力を前車軸に伝達することができる。両種類の出力はエピサイクリック歯車装置において重ね合わされる。機械的なエネルギから電気的なエネルギへのすべての変換の際、発電機内で発生する電気的な損失に基づいて出力損失が生じる。電気的な駆動伝達系と比較して、系の効率を高めることができる。なぜなら、駆動出力の一部が機械的な経路を経て前車軸に伝達されるからである。
電気機械は前車軸を単独で運転するためには設けられていない。従って、電気機械を縮小することができ、この場合同時に重量が軽減される。
エピサイクリック歯車装置は内燃機関から始まる駆動伝達系において前車軸差動歯車装置の前方に設けられている。各エピサイクリック歯車装置は前車軸の一方の車両側で出力手段に接続可能である。電気的な出力と機械的な出力の全出力が前車軸差動歯車装置の前方で供される。ブースト機能の場合、短時間高められた電気的な出力を出力手段に直接供給することができる。前車軸差動歯車装置と手動変速機/自動変速機はより小さな出力のために設計可能であり、より小さな構造寸法とより軽い重量を有する。
他の実施形態の場合には、発電機と少なくとも1個の電気機械が少なくとも1個のエネルギ蓄積器、蓄電器またはバッテリに接続可能である。
この接続によって、発電機はエネルギ蓄積器に充電し、後の使用のために電気エネルギを蓄える。従って、小さな電気的な出力しか出力部で必要とされない運転モードでは、電気的な出力の少なくとも一部をエネルギ蓄積器、蓄電器またはバッテリに供給することができる。これは出力要求の際の後の引き渡しのために供される。
他の実施形態では、制御装置が設けられ、この制御装置はエピサイクリック歯車装置を制御するように形成されている。
制御装置はエピサイクリック歯車装置の個々の構成要素の相対回転数を制御する。電気的な出力と機械的な出力の合計を行うことができる。必要な場合には、ブースト機能を実現することができ、このブースト機能は高い電気的な出力を短時間提供する。
制御によって、前車軸と後車軸の間の出力分配を調整することができる。それによって、実際の負荷に適合したフレキシブルな出力分配を実現することができる。これはエピサイクリック歯車装置の相対回転数の調節によって行うことができる。3軸運転と2軸運転の間で任意に切換え可能である。
他の実施形態では、エピサイクリック歯車装置が遊星歯車装置である。
遊星歯車装置によって大きなトルクを伝達することができる。制御は内歯歯車または遊星キャリヤの調整によって実現可能である。遊星歯車装置の構成要素の相対回転数を調節することにより、電気出力の割合と、前車軸と後車軸の間の出力分配に影響を及ぼすことができる。
他の実施形態では、出力手段がエピサイクリック歯車装置、差動歯車装置または平歯車装置の形をした最終歯車装置を備えている。
出力手段は車輪ハブまたはチェーンスプロケットハブ内に設けられ、車輪またはチェーンスプロケット内で更なるトルク増大を生じるために、入力回転数を低下させる働きをする。駆動伝達系は駆動トルクの大きな拡がりを保証し、大きな牽引負荷のための広い用途を可能にする。
実施形態の場合、制動過程の際に、駆動出力の回収が行われるように、駆動伝達系を設計することができる。制動過程で生じる出力の一部は電気機械によって再び電流に変換可能である。発電機モードの電気機械は、制動過程で生じる回転数とトルクから、電流を発生する。この電流はエネルギ蓄積器に供給可能である。それによって、制動出力の一部が後の時点で新たに供される。
実施形態は、少なくとも1個の内燃機関と、この内燃機関によって駆動される、電気エネルギを発生するための少なくとも1個の発電機と、この発電機に電気的に接続された少なくとも1個の電気機械と、それぞれ出力手段を備え、内燃機関によって駆動される少なくとも1本の被駆動の前車軸および後車軸と、内燃機関と各車軸の間の駆動伝達系内に設けられた少なくとも1個の手動変速機/自動変速機と、前車軸の出力手段と、電気機械と、手動変速機/自動変速機を介して内燃機関に連結された少なくとも1個のエピサイクリック歯車装置とを備えた駆動伝達系を制御するための方法に関する。エピサイクリック歯車装置は、駆動出力が出力手段に供給されるかあるいは駆動出力が出力手段から電気機械に供給されるように制御可能である。
この方法によって、電気的な出力および機械的な出力の形態の駆動出力を前車軸に供給することができる。その際、両種類の出力はエピサイクリック歯車装置において重ね合わされる。機械的エネルギから電気的エネルギへのすべての変換の際に、発電機内で発生する電気的な損失に基づいて出力損失が生じる。それによって、電気的な方法と比較して、系の効率を高めることができる。なぜなら、駆動出力の一部が機械的な出力経路を経て前車軸に伝達されるからである。
この方法によって、必要な場合に短時間高められた付加的な電気出力を電気機械を介して前車軸に伝達するブースト機能を実現することができる。このブースト機能は手動変速機/自動変速機を負荷しない。それによって、手動変速機/自動変速機は摩耗がより小さくなり、より長い寿命を達成する。
エピサイクリック歯車装置の制御によって、駆動出力を前車軸と後車軸の間で調節し、それによって走行条件に常に適合した出力分配を達成することができる。
他の実施形態では、前車軸の出力手段が互いに独立しておよび後車軸から独立して制御可能であり、特に加速および制動可能である。
前車軸を後車軸と異なる回転数で運転することができる。異なる回転数によって、カーブ走行状態にアクティブに影響を及ぼすことができるので、車両によって小さなカーブ半径を走行することができる。
少なくとも2個の電気機械を使用する場合、方法は両前輪を、異なる回転数または異なるトルクで運転することができる。それによって、前輪を適切に制動または加速することができる。この方法は危険な走行状態で車両の安定化のために利用可能である。
他の実施形態では、前車軸と後車軸の出力手段への駆動出力分配が制御可能である。
駆動出力の分配は4輪駆動以上の車両安定化を可能にする。異なる道路において、例えば地面のような変化する車輪と路面の接触でおよび異なる勾配で、車両の改善された牽引出力を達成することができる。
図に基づいて他の実施形態を説明する。
実施形態による駆動伝達系を備えた車両を示す。 他の実施形態による車両用駆動伝達系を示す。 他の実施形態による駆動伝達系を示す。
実施形態は図1に示したトラクタ10で使用可能である。図1による普通のトラクタ10は内燃機関21を備え、それぞれ前車軸と後車軸を備えている。車軸には車輪が設けられているが、車輪の代わりにチェーン駆動装置または無限軌道駆動装置を設けてもよい。
駆動伝達系20は農薬散布車、建設土木機械または他の農業車両で使用するために適している。さらに、2本の車軸によってだけでなく、少なくとも2本の後車軸によって駆動伝達系20の実施形態を運転することができる。この用途においては、付加的に発生した電気的駆動出力を、駆動伝達系20の実施形態によって、必要に応じて前輪に加えることが可能であると有利である。
駆動伝達系20により、前車軸12と後車軸14の両方が機械的な出力経路で駆動されるので、内燃機関21の機械的に発生した出力は、手動変速機/自動変速機30、前車軸差動歯車装置27および後車軸差動歯車装置29によって車輪に伝達される。
駆動伝達系20により、前輪は電気的な経路で発生した出力で付加的に付勢される。そのために、内燃機関21に機械的に連結された発電機22が設けられている。内燃機関21の駆動出力によって、発電機22は電流を発生し、この電流は前車軸12の付加的な出力付勢のために供される。
その際、電流は、本用途で出力発生のために使用される前に、先ず最初にエネルギ蓄積器34に蓄積される。しかし、エネルギ蓄積器34を配置しないで、電流を発電機22から出力発生のために直接使用してしてもよい。
電流は発電機22からまたはエネルギ蓄積器34から来て1個または複数の電気機械23、24に伝達される。この電気機械は電流から駆動出力を発生し、前車軸12は機械的な経路の出力に加えて、電気的な経路からの出力で付勢される。
図2は本発明に係る駆動伝達系20の実施形態を示している。その際、駆動伝達系は内燃機関21を備えている。この内燃機関21に続けてさらに、手動変速機または自動変速機30が設けられている。この変速機30は出力のトルクと回転数を必要な場合に適合させる働きをする。内燃機関21の機械的に生じる出力は歯車段25によって、前車軸駆動部および/または後車軸駆動部に分配される。その際、後車軸14の駆動部は通常後車軸差動歯車装置29を備え、この後車軸差動歯車装置には後車軸の出力手段28が接続されている。その際、出力手段は差動歯車装置、遊星歯車装置またはエピサイクリック歯車装置から構成可能であり、回転数および/またはトルクを、車輪に伝えられる前にさらに調整する働きをする。
前車軸12のための機械的な出力経路は、歯車段25に続いてエピサイクリック歯車装置31を備えている。このエピサイクリック歯車装置31は、機械的な経路からの出力と電気的な経路からの出力を合計し、前車軸差動歯車装置27に伝達する。この前車軸差動歯車装置27から出発して、出力はさらに前車軸の出力手段26に伝達される。この出力手段は後車軸の出力手段28と同じ機能を有する。
内燃機関21に機械的に連結された発電機22が内燃機関21によって駆動される。その際、発電機22は普通の構造の電動機でもよいし、例えばクローポール型発電機のような特別な構造の発電機でもよい。発電機22は電流を発生し、この電流はエネルギ蓄積器34に供給され、そこで蓄積可能である。その際、エネルギ蓄積器は普通のバッテリでもよいし、蓄電池でもよい。
電気機械23はエネルギ蓄積器34に接続され、このエネルギ蓄積器から電気的出力を供給されるかまたは発電機22から直接電気的出力を供給される。電気機械23は電動機として運転可能である。この場合、電気的出力によって駆動トルクが発生させられる。さらに、電気機械23は発電機として運転可能であるので、機械的出力を電気機械23に供給することにより電流を発生することができる。
電気機械23はその機械的な側でエピサイクリック歯車装置31に接続されている。従って、このエピサイクリック歯車装置31において、機械的な出力経路に、電気機械23によって供される電気的な出力経路が加えられて、前車軸12に伝達される。
エピサイクリック歯車装置31は遊星歯車装置の形に形成可能である。エピサイクリック歯車装置31は2軸運転または3軸運転で使用可能である。これにより、必要に応じて付加的に、電気的な経路から出力を選択配量して供給することができる。電気機械23が制御装置33によって制御されるので、電気機械23はその電気的な駆動によって、出力が要求に即応して合計されるように、エピサイクリック歯車装置31に影響を及ぼすことができる。エピサイクリック歯車装置の個々の軸の回転数の差に応じて、合計の係数を決定することができる。
制御装置33は発電機22を制御するために使用可能であるので、発電機を必要な場合に停止することができる。
必要な場合には制御装置33によって、電気的な出力経路から付加的な電気的出力を前車軸12に供給することができる。電気的な出力経路が変速機30を経て案内されないので、この歯車装置は合計された出力によって負荷されないで、内燃機関だけによって機械的に駆動される機械的な経路によって常に負荷される。
エピサイクリック歯車装置31を制御することにより、前車軸12と後車軸14の間の出力分配を行うこともできる。エピサイクリック歯車装置31のアクティブ制御により、必要な場合には、前車軸12から後車軸14に分配し直すことができる。前車軸と後車軸の間の出力分配は要求に即応して制御することができる。車両の標準駆動として、前車軸と後車軸の間の出力分配が変化する場合には、電気的出力経路と機械的出力経路の持続的な同時利用を行うことができる。
付加的な電気出力によって、前車軸はプレラン(Prerun)を備えることができる。その際、前車軸12の出力手段は後車軸の出力手段よりも高い回転数または低い回転数で回転する。それによって、車両はカーブ走行時に改善された応答挙動を有することができる。低い回転数によって、車両の良好な制動挙動が達成され、より高い速度の場合または牽引負荷が大きい場合にも同様である。
制動過程の際、発電機運転中の電気機械23によって出力の一部が電流に変換され、エネルギ蓄積器34に蓄えられる。
図3は駆動伝達系の他の実施形態を示している。その際、この実施形態は2個のエピサイクリック歯車装置31、32を使用している点が図2の実施形態と異なっている。
図1の実施形態と同様に、内燃機関21によって、電流を発生するための発電機22が駆動される。内燃機関21は機械的な出力を発生し、この機械的な出力は手動変速機/自動変速機30と、4輪駆動装置の歯車段25を経て、前車軸12と後車軸14に伝達される。歯車段25には前車軸差動歯車装置27が連結されている。この前車軸差動歯車装置はさらに、2個のエピサイクリック歯車装置31、32に連結されている。出力は前車軸差動歯車装置27によって2個のエピサイクリック歯車装置31、32に伝達される。
発電機22はエネルギ蓄積器34に接続可能である。それによって、電気的な出力を後の用途の場合のために蓄積することができる。エネルギ蓄積器34と発電機22が2個の電気機械23、24に接続されているので、電気エネルギを電気機械23、24に供給することができる。電気機械23、24は制御装置33に接続されている。
2個のエピサイクリック歯車装置31、32によって、前車軸12の両側で、電気的な出力経路が機械的な出力経路に重ね合わされて、出力手段26に伝えられる。それによって、図1の実施形態のように、電気的な出力が前車軸12の駆動のために付加的に使用可能である。
2個のエピサイクリック歯車装置31、32と2個の電気機械23、24によって、車両の前車軸12の両側を互いに独立して制御することができる。必要な走行状況に応じて、車両の片側に、多いかまたは少ない駆動出力を供給することができる。それによって、アクティブ操舵を実現することができる。適切な加速と制動によって、高速の場合にも走行安定性を高めることができる。
横方向力または不安定な走行状態が発生すると、前車軸12の両側で回転数/トルクを適合させることにより、安定した状態を作ることができる。大きな牽引負荷を有する農業分野でも、走行確実性を高めることができる。アクティブ操舵支援によってあるいはアクティブ制動によって、車両を常に安全な動的範囲に導き戻すことができる。
駆動伝達系20の実施形態によって、手動変速機/自動変速機30のシフト過程中、牽引力中断を回避することができる。機械的な出力経路がシフト過程によって中断される間、電気的な出力経路を経て一定の出力供給が行われる。
12 前車軸
14 後車軸
20 駆動伝達系
21 内燃機関
22 発電機
23 電気機械
26、28 出力手段
30 手動変速機/自動変速機
31 エピサイクリック歯車装置

Claims (10)

  1. 少なくとも1個の内燃機関(21)と、
    この内燃機関(21)によって駆動される、電気エネルギを発生するための少なくとも1個の発電機(22)と、
    この発電機(22)に電気的に接続された少なくとも1個の電気機械(23)と、
    それぞれ出力手段(26、28)を備え、前記内燃機関(21)によって駆動される少なくとも1本の被駆動の前車軸(12)および後車軸(14)と、
    前記内燃機関(21)と各車軸の間の駆動伝達系内に設けられた少なくとも1個の手動変速機/自動変速機(30)と、
    前記前車軸(12)の前記出力手段(26)と、前記電気機械(23)と、前記手動変速機/自動変速機(30)を介して前記内燃機関(21)に連結された少なくとも1個のエピサイクリック歯車装置(31)とを備え、
    それによって、前記内燃機関(21)と前記電気機械(23)の駆動力が前記エピサイクリック歯車装置(31)において合計されて、前記前車軸(12)の前記出力手段(26)に伝達され、そして
    前記前車軸(12)の前記出力手段(26)が前記内燃機関(21)と前記電気機械(23)によって同時に駆動される、
    駆動伝達系(20)。
  2. 少なくとも1個の内燃機関(21)と、
    この内燃機関(21)によって駆動される、電気エネルギを発生するための少なくとも1個の発電機(22)と、
    この発電機(22)に接続された少なくとも2個の電気機械(23、24)と、
    それぞれ出力手段(26、28)を備え、前記内燃機関(21)によって駆動される少なくとも1本の被駆動の前車軸(12)および後車軸(14)と、
    前記内燃機関(21)と各車軸の間の駆動伝達系内に設けられた少なくとも1個の手動変速機/自動変速機(30)と、
    それぞれ前記前車軸(12)の前記出力手段(26)と、前車軸差動歯車装置(27)と、それぞれ1個の前記電気機械(23、24)に連結された少なくとも2個のエピサイクリック歯車装置(31、32)とを備え、
    それによって、前記内燃機関(21)と前記電気機械(23、24)の駆動力が前記各エピサイクリック歯車装置(31、32)において合計されて、前記前車軸(12)の前記各出力手段(26)に伝達され、そして
    前記前車軸(12)の前記出力手段(26)が前記内燃機関(21)と前記電気機械(23、24)によって同時に駆動される、
    駆動伝達系(20)。
  3. 前記発電機(22)と少なくとも1個の前記電気機械(23)が少なくとも1個のエネルギ蓄積器(34)、蓄電器またはバッテリに接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の駆動伝達系(20)。
  4. 制御装置(33)が設けられ、この制御装置が前記エピサイクリック歯車装置(31、32)を制御するように形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の駆動伝達系(20)。
  5. 前記エピサイクリック歯車装置(31)が遊星歯車装置であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の駆動伝達系(20)。
  6. 前記出力手段(26、28)がエピサイクリック歯車装置、差動歯車装置または平歯車装置の形をした最終歯車装置を備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の駆動伝達系(20)。
  7. 制動過程の際に、駆動出力の回収が行われることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の駆動伝達系(20)。
  8. 少なくとも1個の内燃機関(21)と、
    この内燃機関(21)によって駆動される、電気エネルギを発生するための少なくとも1個の発電機(22)と、
    この発電機(22)に電気的に接続された少なくとも1個の電気機械(23)と、
    それぞれ出力手段を備え、前記内燃機関(21)によって駆動される少なくとも1本の被駆動の前車軸(12)および後車軸(14)と、
    前記内燃機関(21)と各車軸の間の駆動伝達系内に設けられた少なくとも1個の手動変速機/自動変速機(30)と、
    前記前車軸(12)の前記出力手段(26)と、前記電気機械(23)と、前記手動変速機/自動変速機(30)を介して前記内燃機関(21)に連結された少なくとも1個のエピサイクリック歯車装置(31)とを備えた駆動伝達系(20)を制御するための方法であって、
    駆動出力が前記出力手段(26)に供給されるかあるいは駆動出力が前記出力手段(26)から前記電気機械(23)に供給されるように、前記エピサイクリック歯車装置(31)が制御される、方法。
  9. 前記前車軸(12)の前記出力手段(26)が互いに独立しておよび前記後車軸(14)から独立して制御可能であり、特に加速および制動可能であるように前記エピサイクリック歯車装置(31)が制御されることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. 前記前車軸(12)と後車軸(14)の前記出力手段(26、28)への駆動出力分配が制御可能であることを特徴とする請求項8または9に記載の方法。
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