JP2019502059A - Cvt差動装置 - Google Patents

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Abstract

内歯を有する第1の駆動入力リング歯車を有する、CVT(無段変速機)差動装置が提供される。遊星歯車差動装置またはかさ歯車差動装置が、第1の駆動入力リング歯車に接続されている。遊星差動装置は、遊星歯車キャリヤと、第1の遊星歯車と、第2の遊星歯車と、第1の太陽歯車と、第2の太陽歯車とを有する。代替的に、かさ歯車差動装置は、駆動かさ歯車および被駆動かさ歯車を支持するキャリヤを有する。第2の駆動入力は、遊星歯車キャリヤまたはかさ歯車キャリヤに接続されている。好適には、一次ドライブは、内燃機関または電気モータであってよい第1の駆動入力リング歯車に接続されている。好適には、二次ドライブは、好適には例えばハイブリッド自動車用の電気モータである第2の駆動入力に接続されている。

Description

本発明は、自動車用の駆動トレーンの分野に関し、特に、無段変速機および差動装置に関する。
自動車は、一般的に、エンジンから駆動輪へ異なる歯車駆動比を提供するために、トランスミッションと対になった、内燃機関などの一次ドライブを備える駆動トレーンを有している。一般的に、トランスミッションは、トルクをトランスミッションから出力軸へ伝達する差動装置に接続されており、差動装置は、例えば、転回中に生じる出力軸に取り付けられた車輪の異なる回転速度を補償する。車両運転者により操作されるクラッチと、異なる歯車を係合させるために車両運転者が使用するシフタとを有するマニュアルトランスミッション、歯車間の自動シフティングのための内部クラッチおよび速度センサを有するオートマティックトランスミッション、様々な運転条件に基づき電子式にシフトされるダブルクラッチスタンダードトランスミッション、および無段変速機(CVT)を含む、様々なトランスミッションが公知である。無段変速機(CVT)は、マニュアルトランスミッション、オートマティックトランスミッションおよびダブルクラッチトランスミッションにおいて要求されるように別の歯車が係合または切断される必要なく、広範囲の駆動比にわたって連続可変トルク比を提供する。
差動装置は、平歯車差動装置およびかさ歯車差動装置の両方の形式でも公知である。平歯車差動装置は、出力軸の方向の差動装置の軸方向長さがかさ歯車差動装置と比較して劇的に小さくなるという利点を提供する。平歯車差動装置は、遊星歯車キャリヤに接続された平歯車を利用し、遊星歯車キャリヤ自体は、トランスミッション出力によって駆動され、遊星歯車に係合する太陽歯車を介して、出力軸を駆動する。この場合、遊星歯車の第1のセットは第1の太陽歯車に関連付けられており、遊星歯車の第2のセットは第2の太陽歯車に関連付けられており、第1および第2の遊星歯車も、遊星歯車の第1のセットが遊星歯車の第2のセットに軸方向で重なり合いかつ係合することによって、相互に噛み合っている。両セットの遊星歯車の歯の数は等しく、第1および第2の太陽歯車の歯の数も等しい。一般に、第1の太陽歯車の歯は、第2の太陽歯車の歯が配置されている外端歯先円の外端歯先円直径とは異なる外端歯先円直径を有する外端歯先円に配置されており、これにより、遊星歯車の第1のセットは第1の太陽歯車のみと噛み合い、遊星歯車の第2のセットは第2の太陽歯車のみと噛み合う。このような平歯車差動装置は、本発明の譲受人によって所有されかつ参照により完全に記載されているかのように本明細書に援用される米国特許第8480532号明細書から公知である。
かさ歯車差動装置も、キャリヤを有している。キャリヤには、一対の駆動かさ歯車が取り付けられている。一対の駆動かさ歯車は、駆動かさ歯車の共通軸に対して垂直に配置された共通軸を有する一対の被駆動かさ歯車と係合する。
自動車分野では、効率を高めるために自動車の重量を減らすという傾向がある。加えて、エンジン、トランスミッションおよび差動装置のより容易な取付けおよび取外しのための駆動トレーンモジュールの部分を形成することも、組立てコストを低減するための考慮事項であった。加えて、一次ドライブが通常は内燃機関の形式で提供され、二次ドライブが、典型的には、自動車における搭載バッテリによって駆動される電気モータの形式で提供されているハイブリッドモータ車両に関して、さらなる考慮がなされる。
自動車の駆動トレーンの重量を低減し、かつ製造コストを削減するためにより容易な製造および取付けのために構成部材を統合することが有利である。さらに、ハイブリッド車両に容易に組み込むことができるシステムを提供することが望ましい。また、機能を犠牲にすることなく自動車重量を削減するために自動車から複数の構成部材を排除することも望ましい。
CVT(無段変速機)差動装置が提供される。CVT差動装置は、内歯を有する第1の駆動入力リング歯車を有する。遊星差動装置が、第1の駆動入力リング歯車に接続されている。遊星差動装置は、遊星歯車キャリヤと、第1の遊星歯車と、第2の遊星歯車と、第1の太陽歯車と、第2の太陽歯車とを有する。第1の遊星歯車の歯は、第1の駆動入力リング歯車の内歯によって係合され、第1の太陽歯車の歯と係合する。各第1の遊星歯車の歯は、第2の遊星歯車のうちの対応する1つの歯とも係合する。第2の遊星歯車の歯は、第2の太陽歯車の歯と係合する。第2の駆動入力は、遊星歯車キャリヤに接続されている。好適には、一次ドライブは、内燃機関または電気モータであってよい第1の駆動入力リング歯車に接続されている。選択的に、トルクコンバータが、一次ドライブと、第1の駆動入力リング歯車との間に配置されている。好適には、二次ドライブは、第2の駆動入力に接続されている。二次ドライブは、好適には、例えばハイブリッドモータ車両用の電気モータである。この場合、第2の電気モータは、制動時の再生を可能にするモータ発電機であることも好ましい。第2の電気モータは、好適には出力軸またはアクスルに接続されている第1および第2の太陽歯車の回転速度または回転方向を変化させるためにCVT差動装置の出力比を制御するために、制御装置に接続されている。
好適な実施の形態では、第2の電気モータは、遊星キャリヤに接続されたロータと、ロータ、好適には車両フレームまたはシャーシに対して固定されて取り付けられたステータとを有する。この場合、第2の電気モータは、好適には、出力軸またはアクスルと同心的に取り付けられている。
この配列は、スリムで軽量な差動装置設計を維持しながら、極めて幅の広い歯車比を有するCVT遊星差動装置を提供する。遊星歯車と相互作用する第1の駆動入力リング歯車に内歯を提供し、遊星キャリヤを、第1の駆動入力リング歯車から独立して回転させ、速度および方向の両方で二次ドライブを制御することによって、出力歯車比範囲および逆転を、一次歯車ドライブを切断させることなく得ることができる。これは、ベルト、プーリ、テンショナ、シンクロナイザおよび専用のリバースギヤの使用を排除したコンパクトなCVT差動装置を提供する。さらに、クラッチおよび/またはトルクコンバータを排除することが可能である。
別の態様では、CVT差動装置は、かさ歯車差動装置を使用して形成される。この場合、CVT差動装置は、内歯を有する第1の駆動入力リング歯車を有する。遊星歯車を備えるキャリヤは、第1の駆動入力リング歯車内に配置されている。遊星歯車の歯は、第1の駆動入力リング歯車の歯に係合する。外歯を有するかさ歯車キャリヤを有するかさ歯車差動装置が提供される。遊星歯車の歯は、かさ歯車差動装置の外歯に係合する。第2の駆動入力は、キャリヤに接続されている。これは、好適には、一次ドライブが第1の駆動入力リング歯車に接続されており、一次ドライブは内燃機関または電気モータであり、二次ドライブ、好適には第2の電気モータが第2の駆動入力に取り付けられている、公知のかさ歯車差動装置を使用するCVT差動装置を提供する。選択的に、トルクコンバータが、一次ドライブと、第1の駆動入力リング歯車との間に配置されている。第2の駆動入力は、好適には、キャリヤに配置された歯車を有し、さらに、キャリヤにおける歯車に係合する第2の駆動歯車を有する第2の電気モータを有する。
ハイブリッドモータのために、好適には、第2の電気モータは、再生制動を可能にするためのモータ発電機である。平歯車差動装置を使用するCVT差動装置におけるのと同様ように、典型的なかさ歯車差動装置を使用するCVT差動装置も、ベルト、プーリ、テンショナ、シンクロナイザおよび専用のリバース歯車を排除しかつまた固有に広い比能力を提供する、組み合わされたトランスミッションおよび差動装置を提供する。
どちらの場合も、CVT差動装置設計は、出力軸への実際の差動装置トルク径路を維持しつつより小さくかつより軽量なトランスミッションと組み合わせて、2つの動力入力が望まれる状況にとって、理想的である。
上記の概要および以下の詳細な説明は、本発明の好適な実施の形態を示す添付の図面に関連して読まれた場合に最もよく理解されるであろう。
CVT差動装置の第1の実施の形態の断面の概略図である。 一次ドライブに接続された入力歯車と、キャリヤに接続された遊星平歯車とによって駆動され、2つの出力軸を駆動する太陽歯車に係合する、第1の駆動入力リング歯車と、遊星キャリヤに接続された第2の駆動入力とを示す、図1に示されたCVT差動装置の一部の断面図である。 図2におけるCVT差動装置の配列を示す、部分的に概略的な形式の端面図である。 一次ドライブおよび二次ドライブの両方が電気モータであるCVT差動装置の第2の実施の形態の概略図である。 一次ドライブおよび二次ドライブに接続された、図1に示されたCVT差動装置の概略図である。 CVT差動装置の第3の実施の形態の概略図である。 CVT差動装置の第4の実施の形態の概略図である。 CVT差動装置の第5の実施の形態の概略図である。 CVT差動装置の第6の実施の形態の概略図である。
以下の説明では、特定の用語が便宜上使用されており、限定するものではない。「前」、「後」、「上」および「下」という用語は、参照している図面内での方向を示す。「内」および「外」という用語は、図面内で参照された部分に向かう方向または図面内で参照された部分から離れる方向を指す。これらの用語および同様の取り込みの用語は、図面を参照するときの説明を容易にするためのものであり、限定するものと考えられるべきではない。「軸方向」とは、軸または同様の対象物の軸に沿った方向を指す。「a、bまたはcのうちの少なくとも1つ」(a、bおよびcは、列挙された項目を表す)として引用される項目のリストへの言及は、項目a、bまたはcのうちのいずれか単独の1つ、またはそれらの組合せを意味する。
同一であるかまたは同一の作用を有する発明の要素のために、同一の参照符号が使用される。例示された実施の形態は、本発明による装置をどのように装備することができるかの例を単に示している。例示された実施の形態は、本発明の決定的な限定を表していない。
ここで図1を参照すると、無段変速機(CVT)差動装置10の第1の実施の形態が概略的に示されている。CVT差動装置10は、外歯14および内歯16を有する第1の駆動入力リング歯車12を有する。これらは、図2および図3に詳細に示されている。第1の駆動入力リング歯車12は、さらに詳細に示されていない軸受を介して回転するように取り付けられている。
遊星差動装置20が、第1の駆動入力リング歯車12に接続されている。遊星差動装置20は、遊星歯車キャリヤ22と、第1の遊星歯車26と、第2の遊星歯車27と、第1の太陽歯車28と、第2の太陽歯車30とを有する。この実施の形態では、キャリヤ22は、キャリヤプレート23a,23bによって形成されているものとして示されている。キャリヤプレート23a,23bは、図2および図3に示されているように、好適には軸受25a,25bを介して支持されたフランジ24a,24bを有する。遊星ピン44a,44bは、第1の遊星歯車26および第2の遊星歯車27をキャリヤ22に取り付けるために使用されており、図2に詳細に示されかつ図1に概略的に示されているように、第1の遊星歯車26は歯36を有し、これらの歯36は、第1の駆動入力リング歯車12の内歯16によって係合されかつ第1の太陽歯車28の歯38にも係合する。各第1の遊星歯車26の歯36は、図2に詳細に示したように、第2の遊星歯車27との第1の遊星歯車26の軸方向重なり合いにより、第2の遊星歯車27のうちの対応する1つの歯37にも係合する。歯37および第2の遊星歯車27は、歯40および第2の太陽歯車30に係合する。これは、図2および図3にも詳細に示されている。図3に詳細に示されているように、第1の遊星歯車26の歯36は、第2の太陽歯車30の歯40の外端歯先円に重なり合わない外端歯先円を有する。
図2および図5に示されているように、好適には、一次ドライブ50は、第1の駆動入力リング歯車12の外歯14に係合する駆動歯車55を介して第1の駆動入力リング歯車12に接続されている。一次ドライブ50は、好適には内燃機関であるが、電気モータであってもよい。以下で詳細に説明するように、トルクコンバータ52(図5参照)を、ドライブ50と、第1の駆動入力リング歯車12との間に配置することができる。
図2および図5を参照すると、第2の駆動入力42は、遊星歯車キャリヤ22に接続されており、これにより、遊星歯車キャリヤは、動力源からの入力および遊星セットの一体的な部分であってよい。好適には、二次ドライブ60は、第2の駆動入力42に接続されている。この実施の形態では、二次ドライブ60は、第2の電気モータ62を含み、第2の電気モータ62は、好適には、ロータ62Rを有し、ロータ62Rは、遊星歯車26,27の第1および第2のセットのためのキャリヤ22に固定されている。第2の電気モータ62は、さらに、11として示されたシャーシまたはフレームに取り付けられたステータ62Sを有する。この実施の形態では、第2の電気モータ62は、それぞれ太陽歯車28,30に接続された出力軸またはアクスル68,70に対して同心的である。
好適には、モータ制御装置64も、第1および第2の太陽歯車28,30の回転速度または回転方向のうちの少なくとも一方を変化させるためにCVT差動装置10の出力比を制御するために設けられている。第2の電気モータ62は、好適には、リバーシブルのブラシレスDCモータであり、第2の電気モータ62の速度を変化させることにより、出力軸68,70のためのより高いまたはより低い出力比を達成することができる。第2の電気モータ62の方向を反転させることによって、出力軸またはアクスル68,70の回転方向を反転させることができ、リバース歯車を提供する。
好適には、第2の電気モータはモータ発電機であり、ホール効果センサが第2の電気モータ62または制御装置64に設けられており、電流を検出し、制御装置64からの入力に応じて駆動モードと発電機モードとの間で切り替わる。制御装置64は、自動車用のECMまたはその他の搭載コンピュータから信号を受信することができる。自動車用のECMまたはその他の搭載コンピュータは、駆動または再生のための入力としての様々な作動パラメータを、第2の電気モータ62に提供する。
図5に示したように、第1の実施の形態によるCVT差動装置10は、一次ドライブ50に接続されている。一次ドライブ50は、内燃機関または電気モータであることができ、自動車のシャーシまたはフレーム11に固定されている。この場合、トルクコンバータ52が、一次ドライブ50と、入力歯車55との間に示されている。
ここで図4を参照すると、CVT差動装置10’の第2の実施の形態が示されている。CVT差動装置10’は、二次ドライブ60としての第2の電気モータ62に関するCVT差動装置10と同じである。しかしながら、図示された配列は、一次ドライブ50’も電気モータ51である完全電気モータ車両用である。この一次または第1の電気モータ51は、第1の駆動入力リング歯車12に固定されたロータ51Rを有する。第1の電気モータ51のステータ51Sは、車両のシャーシまたはフレーム11に接続されている。制御装置53は、第1の電気モータ51のために設けられている。差動装置配列に関して、上述のような平歯車差動装置20が設けられている。この場合、第1の電気モータ51の形式の一次ドライブと、第2の電気モータ62の形式の二次ドライブとの両方が、CVT差動装置10’を駆動するために使用される。第1または第2の電気モータ51,62のいずれかの速度を変化させることによって、出力軸68,70のためのより高いまたはより低い出力比を達成することができる。第1または第2の電気モータ51,62の方向を反転させることによって、出力軸またはアクスル68,70の回転方向を反転させることができ、リバースギヤを提供する。
ここで図6を参照すると、CVT差動装置10”の第3の実施の形態が示されている。CVT差動装置10”は、平歯車差動装置20を利用する。第1の実施の形態におけるのと同様に、一次ドライブは、フレームまたはシャーシに接続された内燃機関またはモータ50である。これは、トルクコンバータ52を介して入力歯車55に接続されている。この場合、二次駆動入力42は、キャリヤ22に接続されたリング歯車43の形式である。電気モータ61’の形式の二次ドライブ60は、キャリヤ22に接続されたリング歯車43と係合する第2の入力歯車63を駆動する。電気モータ61’に接続された制御装置64’が示されている。機能的には、これは、出力軸68,70と同心的にされた電気モータを有するのではなく、電気モータ61’の位置を変化させる能力によって、最初の2つの実施の形態と同じ作動を提供する。
ここで図7を参照すると、CVT差動装置110が示されている。CVT差動装置110は、内歯116および外歯114を有する第1の駆動入力リング歯車112を有する。遊星歯車126を備えるキャリヤ122が、第1の駆動入力リング歯車112内に配置されている。遊星歯車126の歯136は、第1の駆動入力リング歯車112の内歯116に係合する。遊星歯車126は、好適には、ピン144を介して取り付けられる。
この実施の形態では、外歯184を有するかさ歯車キャリヤ182を有するかさ歯車差動装置180が、平歯車差動装置の代わりに使用される。遊星歯車126の歯136は、かさ歯車キャリヤ182の外歯184に係合する。第2の駆動入力142はキャリヤ122に接続されている。図7に示された実施の形態では、上述のようなエンジンまたは電気モータであってよい一次ドライブ50が設けられており、これが自動車のシャーシまたはフレーム11に接続されている。好適には、トルクコンバータ52は、一次ドライブ50に接続されており、第1の駆動入力リング歯車112の外歯114に係合する入力歯車55を駆動する。第2の電気モータ161の形式の二次ドライブ160は、好適には、第2の駆動入力142に接続されている。この場合、第2の駆動入力142はリング歯車143を有し、第2の電気モータ161は、リング歯車143と係合する第2の駆動歯車163を有する。機能的には、CVT差動装置110は、上述のCVT差動装置10”と同じであり、第2の電気モータ161の形式の二次ドライブは、一次ドライブを切断することなく広い歯車比を提供しかつ第2の電気モータ161の方向を変更することによって反転する。第2の電気モータ161は、好適には、電子速度制御を備えるリバーシブルなブラシレス電気モータである。
図8を参照すると、CVT差動装置110’の第5の実施の形態が示されている。CVT差動装置110’は、かさ歯車差動装置180を使用するCVT差動装置110と機能的に等しく、同じ要素は同じ符号で識別されている。この場合、かさ歯車差動装置180は、一次駆動入力から、出力軸またはアクスル68,70の方向で軸方向にずれており、入力歯車55は、かさ歯車差動装置180から軸方向にずれて配置されたキャリヤ122を駆動する。この場合、差動装置180のかさ歯車キャリヤ182は、かさ歯車キャリヤ182の一方の側においてずれている外歯184’を有する。これらは、図7の実施の形態と比較して減少したピッチ円に配置することができる遊星歯車126によって係合される。この配列は、上述されたものと同じ機能を有する構成部材のよりコンパクトな半径方向構成を提供する。
図9を参照すると、CVT差動装置110”の第6の実施の形態が示されている。この配列は、かさ歯車差動装置180がダブルサイド遊星CVT内にはめ込まれていることを除き、第5の実施の形態110’と機能的に等しい。この場合、一次ドライブは、エンジンまたはモータ50を介して、第1の駆動入力リング歯車112”を駆動する。第1の駆動入力リング歯車112”は、外歯114”および内歯116”を有する。内歯116”は、かさ歯車差動装置180の各側に1つずつ配置された、リング歯車116”の2つの別個のセットとして提供することができる。この場合、第2の駆動入力142”は、キャリヤ122Aにおける外側リング歯車143”として提供されている。第2のキャリヤ122Bは、かさ歯車差動装置180の反対側における遊星歯車126のために設けられている。図示のように、遊星歯車126は、それぞれのキャリヤ122A,122Bに接続されたピン144A,144Bを介して回転可能に取り付けられている。前の実施の形態と機能的に同じであるが、この配列は、より高いトルク伝達能力を提供する。
上記各実施の形態では、全ての回転する部分が、適切な軸受またはブシュを介して支持されており、配列は、潤滑を可能にするために、外側ケーシングに収納されている。これらのアイテムは技術上一般的であるので、さらに詳細に説明していない。
このように本発明を詳細に説明してきたが、そこで具体化されている本発明の概念および原理を変更することなく、多くの物理的変更をなすことができ、その物理的変更のうちの幾つかのみが発明の詳細な説明において例示されているということが認められ、かつ当業者に明らかになるであろう。好適な実施の形態の一部のみを組み込んだ多くの実施の形態が可能であり、これらの実施の形態は、これらの部分に関して、そこで具体化されている本発明の概念および原理を変更しないということも認められるであろう。したがって、この実施の形態および選択的な構成は、全ての側面において典型的および/または例示的であり、限定的でないと考えられ、本発明の範囲は、上記の説明ではなく、添付の請求項によって示される。したがって、請求項の均等物の意味および範囲に含まれる、この実施の形態に対する全ての代替的な実施の形態および変更が、そこに包含される。

Claims (10)

  1. 無段変速機差動装置であって、
    内歯を有する第1の駆動入力リング歯車と、
    前記第1の駆動入力リング歯車に接続された遊星差動装置であって、該遊星差動装置は、遊星歯車キャリヤと、第1の遊星歯車と、第2の遊星歯車と、第1の太陽歯車と、第2の太陽歯車とを有し、前記第1の遊星歯車の歯は、前記第1の駆動入力リング歯車の内歯によって係合されかつ前記第1の太陽歯車の歯に係合し、前記各第1の遊星歯車の歯は、前記第2の遊星歯車のうちの対応する1つの歯にも係合し、前記第2の遊星歯車の歯は、前記第2の太陽歯車の歯に係合する、遊星差動装置と、
    前記遊星歯車キャリヤに接続された第2の駆動入力と、
    を備える無段変速機差動装置。
  2. 前記第1の駆動入力リング歯車に接続された、一次ドライブ、好適には内燃機関または電気モータをさらに備える、請求項1記載の無段変速機差動装置。
  3. 前記一次ドライブと前記第1の駆動入力リング歯車との間に配置されたトルクコンバータをさらに備える、請求項2記載の無段変速機差動装置。
  4. 前記第2の駆動入力に接続された、二次ドライブ、好適には電気モータまたは電気モータ−発電機をさらに備える、請求項1記載の無段変速機差動装置。
  5. 前記無段変速機差動装置の出力比を制御し、前記第1の太陽歯車および前記第2の太陽歯車の回転速度および回転方向のうちの少なくとも一方を変化させるために、前記第2の電気モータは制御装置に接続されている、請求項4記載の無段変速機差動装置。
  6. 前記第2の電気モータは、前記遊星キャリヤに接続されたロータと、該ロータに対して固定して取り付けられたステータとを有する、または、前記第2の電気モータは、前記遊星キャリヤにおける歯車に係合する駆動歯車を有する、請求項4記載の無段変速機差動装置。
  7. 第1の出力軸および第2の出力軸はそれぞれ、前記第1の太陽歯車および前記第2の太陽歯車に接続されている、請求項1記載の無段変速機差動装置。
  8. 前記第2の駆動入力は、前記出力軸のうちの1つの周囲に同心的に配置された第2の電気モータを含む、請求項7記載の無段変速機差動装置。
  9. 組み合わされた無段変速機差動装置であって、
    内歯を有する第1の駆動入力リング歯車と、
    前記第1の駆動入力リング歯車内に配置された遊星歯車を備えるキャリヤであって、前記遊星歯車の歯は、前記第1の駆動入力リング歯車の歯に係合する、キャリヤと、
    外歯を有するかさ歯車キャリヤを有するかさ歯車差動装置であって、前記遊星歯車の歯は、前記かさ歯車差動装置の外歯に係合する、かさ歯車差動装置と、
    前記キャリヤに接続された第2の駆動入力と、
    を備える組み合わされた無段変速機差動装置。
  10. (a)前記第1の駆動入力リング歯車に接続された一次ドライブ、好適には、内燃機関または電気モータ、または、(b)前記キャリヤに配置された歯車を有する前記第2の駆動入力のうちの少なくとも一方をさらに備え、前記キャリヤにおける歯車に噛み合う第2の駆動歯車を有する第2の電気モータ、好適にはモータ−発電機が設けられている、請求項9記載の組み合わされた無段変速機差動装置。
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