JP6751473B2 - ハイブリッドモジュールおよびパワートレーン - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関を連結する自動車用のハイブリッドモジュールと、本発明に係るハイブリッドモジュールを備えるパワートレーンとに関する。
化石資源を節減し、かつ排ガスを減少させる必要性が増していることで、内燃機関の運転を電気機械の運転と組み合わせることが可能な自動車の需要が増している。この目的のために、内燃機関と電気機械とをシーケンシャルに運転すること、または同時に運転することも可能にするハイブリッドモジュールが必要とされている。昨今の自動車は、さらに、シフト動作をより効率的に実行できるデュアルクラッチトランスミッションを備えている。
当今入手可能なハイブリッドモジュールは、電気モータと、遮断クラッチと、その操作システムと、軸受と、複数のハウジングコンポーネントとを備え、これらのハウジングコンポーネントは、３つの主コンポーネントを結合して、機能性の高い１つのユニットを形成している。電気モータは、電気的な走行と、内燃機関運転に対する出力増大と、回生とを可能にする。遮断クラッチと、その操作システムとは、内燃機関の断接を提供する。
独国特許出願公開第１０２０１３００６８５７号明細書において、トリプルクラッチ装置を備えるハイブリッドモジュールが公知である。このトリプルクラッチ装置は、ハイブリッドモジュールを駆動ユニット、例えば内燃機関に接続する遮断クラッチと、デュアルクラッチトランスミッションの両部分クラッチとを有している。さらに、ハイブリッドモジュールは、ロータを有する電気モータの形態の電気機械を備えている。ハイブリッドモジュールの遮断クラッチは、ロータにより包囲される空間内に配置されている。さらに、両部分クラッチの一方の部分クラッチの一部区間は、ロータにより囲繞されるこの空間内に配置されている。この部分クラッチの残余の領域と、他方の部分クラッチとは、確かにロータ空間外に配置されているが、電気機械のロータに極めて密接に配置されている。使用されるクラッチは、好ましくは湿式クラッチとして構成されている。
さらに、ハイブリッドモジュールであって、遮断クラッチが、乾式クラッチとして構成され、同じくハイブリッドモジュールの電気機械のロータにより囲繞される空間内に配置されているハイブリッドモジュールが公知である。
電気機械は、最適な動作温度範囲をもって設計されている。上限が一般に１６０℃と規定されているこの最適範囲を電気機械内の温度が超えてしまうと、電気機械の効率は、下がる。
それゆえ、本発明の根底にある課題は、提供されている構造容積を最適に利用した上で、高い技術的効率を示すハイブリッドモジュールを提供することである。
上記課題は、請求項１記載の本発明に係るハイブリッドモジュールにより解決される。本発明に係るハイブリッドモジュールの有利な構成形態は、従属請求項２ないし９に記載されている。
本発明の補足として、請求項１０記載の、本発明に係るハイブリッドモジュールを備えるパワートレーンを提供する。
特許請求の範囲の複数の特徴は、技術的に有意義なあらゆる方式および形式にて組み合わせ可能であって、組み合わせには、本発明の補足的な構成を包含する以下の説明に記載の記述および図面に記載の特徴も援用可能である。
以下に言及する半径方向、軸方向および周方向なる概念は、本発明の範囲内では常にハイブリッドモジュールの回転軸線に関する。
本発明は、内燃機関を連結する自動車用のハイブリッドモジュールであって、回転軸線上に配置されるロータを有する電気機械と、ロータにより囲繞される空間内に配置されている、駆動ユニットのトルクを伝達する少なくとも１つのクラッチと、ロータに少なくとも回転に関して堅固に結合され、同じく回転軸線上に配置される回転部材と、を備えるハイブリッドモジュールにおいて、回転部材は、回転軸線から半径方向でロータより大きく延在し、ロータおよび／またはクラッチから回転部材に入る熱は、回転部材の周囲に導出可能であることを特徴とする、ハイブリッドモジュールに関する。
このように、クラッチの摩擦面に生じる熱エネルギは、迅速に回転部材の周囲空気に導出され、そこから対流によってさらにハイブリッドモジュールおよび伝動機構のハウジングに導出される。
本発明は、乾式クラッチ用にも湿式クラッチ用にも、特にいわゆるＰ２ハイブリッドモジュール（Ｐ２−Ｈｙｂｒｉｄｍｏｄｕｌ）において使用可能であり、効果的な熱導出により特に乾式クラッチにおいて最適な作用を発現し、その結果、ハイブリッドモジュール内での乾式クラッチの使用が可能となり、ハイブリッドモジュールは、したがって高い効率を有する、あるいは本発明に係るハイブリッドモジュールが運転中に発生させる損失モーメントは僅かである。回転部材を回転対称に構成した場合、回転部材の半径方向外側の縁部は、電気機械のロータとステータとの間の間隙を大幅に越えて延出していることが望ましく、その結果、回転部材は、電気機械および／またはクラッチから回転部材に入る熱を蓄え、回転部材の周囲に伝え、これによりハイブリッドモジュールの外側へ導くべく、その半径方向外側に大きな面積および高い周速度を有している。
回転軸線は、電気機械の回転軸線であり、好ましくは、ハイブリッドモジュール内に配置されているクラッチの回転軸線でもある。
ロータにより囲繞される空間は、半径方向で電気機械のロータの中空円筒形の内面により包囲されている空間である。特に回転部材は、それぞれのクラッチのクラッチカバーであってもよいし、または外側のクラッチハウジングであってもよい。クラッチカバーあるいはクラッチハウジングは、回転に関しても並進に関しても、電気機械のロータに堅固に機械的に結合されている。
好ましくは、回転部材の少なくとも一部領域、場合によっては全体が、同じくロータにより囲繞される空間内に配置されている。
回転部材は、クラッチの構成部分を形成していてもよい。特に回転部材は、ロータにより囲繞される空間内に配置される少なくとも１つの摩擦クラッチのカウンタプレッシャプレートとして用いられてもよい。
さらに、ハイブリッドモジュールは、ロータにより囲繞される空間内に複数のクラッチが配置されており、回転部材が、複数のクラッチの構成部分であるように構成されていてもよい。
そうして、例えばデュアルクラッチ装置のＫ１と称呼される第１の部分クラッチおよびＫ２と称呼される第２の部分クラッチならびに／またはハイブリッドモジュールへのトルク伝達を実現し得る遮断クラッチと称呼されるＫ０は、ロータにより囲繞される空間内に配置されていることができる。場合によっては、これらのクラッチのうちの２つだけが、ロータにより囲繞される空間内に配置されていてもよく、第３のクラッチは、ロータに対して軸方向でオフセットされて配置されている。例えばデュアルクラッチトランスミッションの操作に必要とされるようなデュアルクラッチの構成の場合、回転部材は、デュアルクラッチの両部分クラッチのカウンタプレッシャプレートとしても用いることができる。
電気機械のロータは、ロータキャリアに配置されていてもよく、ロータに結合される回転部材は、ロータキャリアに機械的に堅固に接続される構成部材であるか、またはロータキャリアの一体の構成部分である。
有利には、回転部材は、回転対称に形成されており、回転部材の直径Ｄｔは、ロータの直径Ｄｒに対して以下の比：Ｄｔ／Ｄｒ＝１．１ないし２．０にある。回転部材の大きな直径により、回転部材の半径方向外側の領域の高い周速度が保証され、その結果、回転部材を包囲する空気中での乱流の形成が促進され、このことは、熱導出の効果をさらに高める。
効率的な熱導出の目的で、さらに、回転部材は、回転部材の半径方向外側に、軸方向で相並んで配置される複数の構成部材セグメントを有している。すなわち、特に回転部材の、ロータ外に導き出された領域の壁は、回転部材の半径方向外側の縁部で折り返されるように存在し、その結果、ここで回転部材の材料は、回転軸線に対して平行に二重あるいは多重に存在している。ただし、本発明は、回転部材をこのように曲げた構成に限定されるものではなく、構成部材セグメントは、少なくとも１つのリング形のセグメントが、回転部材の、ロータ空間外に導き出され、略面状に構成されるセグメントに付加的に取り付けられているように、相並んで配置されていても構わない。曲げによって付加的に配置されるこの折り畳まれた質量体により、回転部材は、追加の拡大した表面積を有し、この拡大した表面積は、熱導出の効果を高める。
その際、それにもかかわらず回転部材の半径方向外側の縁部は、ハイブリッドモジュールのハウジング内の空気、いわゆるベル状空気（Ｇｌｏｃｋｅｎｌｕｆｔ）が高い速度でその縁部の周りを流動することができるように構成されていることが望ましい。好ましくは、空気は、（遠心送風機に類似して）遠心力により半径方向外方に流動し、かつ回転運動により付加的に周方向で同じく高い速度で回転部材の表面の周りを流動することが望ましい。
構成部材セグメント間には、隣接する構成部材セグメントのうちの最も薄い構成部材セグメントの壁の厚さの少なくとも１／１０である間隔があることが望ましい。その際、構成部材セグメントは、半径方向外側に配置される複数のウェブを介して互いに結合されていてもよく、さらなる熱導出の目的で、構成部材セグメント間に含まれる暖められた空気の半径方向の流出を可能にすべく、これらのウェブは、全体として回転部材の周の１／５より多くをカバーしない、特に１／１０より多くをカバーしないことが望ましい。
技術的に好適な別の一構成では、回転部材は、少なくとも回転部材の半径方向外側の領域に、回転部材が回転したときに少なくとも半径方向の成分を有する空気流動の形成を促進する形状要素を有している。このことは、回転部材の外側の領域が、ベル状空気の流動速度を高める相応の幾何学形状を有していることを意味している。このような幾何学形状は、例えば遠心送風機の羽根に類似して構成することができる。
ロータにより囲繞される空間外に回転部材を導き出す目的で、好ましくは、回転部材は、半径方向内側の領域と、半径方向外側の領域と、半径方向内側の領域と半径方向外側の領域との間の屈曲領域とを有し、半径方向内側の領域は、ロータにより囲繞される空間内に配置されており、半径方向外側の領域は、軸方向に沿ってオフセットされてロータの片側を延在している。ただし、本発明において、半径方向外側の領域とロータとの間にハイブリッドモジュールのさらに別の構成部材が配置されている可能性を排除すべきでない。
さらに、本発明の補足として、内燃機関と、本発明に係るハイブリッドモジュールと、駆動伝動機構と、を備え、ハイブリッドモジュールは、クラッチにより内燃機関および駆動伝動機構に機械的に結合されている、自動車用のパワートレーンを提供する。
パワートレーンは、駆動ユニット、例えばエネルギ変換機械、好ましくは内燃機関または電気式の駆動機械により提供され、その被動軸を介して放出されるトルクを、少なくとも１つの消費器のために断接自在に伝達するように構成されている。消費器は、例えば自動車の駆動輪、または電気エネルギを提供する発電機である。反対に、例えば駆動輪から入力される慣性エネルギの取り込みも実施可能である。この場合は、駆動輪が駆動ユニットを形成し、その慣性エネルギは、摩擦クラッチにより発電機に、回生のために、つまり制動エネルギを電気的に蓄えるために、相応に構成されたパワートレーン内で伝達可能である。
上述の発明について、以下に、該当する技術的な背景を前提として、好ましい構成を示す添付の図面を参照しながら詳しく説明する。本発明は、純然たる概略図により何ら限定されるものではない。付言するならば、図面に示す実施例は、図示の寸法に限定されるものではない。
本発明に係るハイブリッドモジュールの第１の実施の形態の断面図である。 本発明に係るハイブリッドモジュールの回転部材の斜視部分断面図である。 本発明に係るハイブリッドモジュールの回転部材の斜視図である。 本発明に係るハイブリッドモジュールの第２の実施の形態の断面図である。
これにより図１および４は、回転部材の２つの異なる実施の形態を示しており、したがって本発明に係るハイブリッドモジュール全体の２つの異なる実施の形態も示している。図２および３は、同じ回転部材を異なる図示で示している。
まず、本発明に係るハイブリッドモジュールの全般的な構造を、図１を基に説明する。ハイブリッドモジュール１は、回転軸線２を有し、回転軸線２上には、図１に示した実施の形態では、２マス振動体３と、図１には示さない駆動ユニット、例えば内燃機関を接続する駆動軸４と、デュアルクラッチトランスミッションの第１の被動軸５と、デュアルクラッチトランスミッションの第２の被動軸６とが、ともに配置されている。同じく回転軸線２上には、電気機械１０が配置されており、電気機械１０のロータ１１は、ステータ１３内で回転軸線２回りに回転する。ロータ１１は、ロータキャリア１２上に配置されている。さらに、ハイブリッドモジュール１は、第１の被動軸５に機械的に連結される第１のクラッチ３０と、第２の被動軸６に連結される第２のクラッチ４０とを備えている。第１のクラッチ３０と第２のクラッチ４０とは、図１には示さないデュアルクラッチトランスミッションのクラッチユニット２０を形成している。好ましくは、ここに配置されるクラッチ、すなわち、少なくとも第１のクラッチ３０と第２のクラッチ４０とは、乾式クラッチとして構成されている。
さらに、ハイブリッドモジュール１は、遮断クラッチ５０を備え、遮断クラッチ５０により駆動軸４は、ロータキャリア１２を介してロータ１１に機械的に結合可能である。
部分クラッチを操作すべく、第１のクラッチ３０には、第１の操作システム３３が割り当てられ、第２のクラッチ４０には、第２の操作システム４３が割り当てられている。遮断クラッチ５０には、遮断クラッチ操作システム５４が割り当てられている。操作システム３３，４３，５４により、それぞれのクラッチ３０，４０，５０は開閉され、こうしてトルクが伝達される。遮断クラッチ操作システム５４の操作により、遮断クラッチ５０の圧着プレート５２が、軸方向で変位され、その結果、この圧着プレート５２は、クラッチディスク５１を圧着プレート５２と、遮断クラッチ５０のカウンタプレッシャプレート５３との間で摩擦結合式に固定し、こうしてトルクを駆動軸４から、遮断クラッチ５０のクラッチディスク５１に結合されたロータキャリア１２に伝達することができる。第１の操作システム３３あるいは第２の操作システム４３を介した第１のクラッチ３０あるいは第２のクラッチ４０の操作次第で、それぞれの圧着プレート、すなわち第１の圧着プレート３２または第２の圧着プレート４２は、第１のクラッチディスク３１あるいは第２のクラッチディスク４１がそれぞれの圧着プレート３２，４２と１つのカウンタプレッシャプレート７１との間で摩擦結合式に固定されるように軸方向で変位され、その結果、カウンタプレッシャプレート７１に堅固に結合されたロータキャリア１２からそれぞれのクラッチディスク、すなわち第１のクラッチディスク３１あるいは第２のクラッチディスク４１を介して、第１の被動軸５あるいは第２の被動軸６にトルクを伝達することができる。
第１のクラッチ３０に用いられ、第２のクラッチ４０にも用いられるカウンタプレッシャプレート７１は、図１では、軸方向で電気機械１０のロータ１１の隣とステータ１３の隣とを半径方向外方に延在する回転部材７０として構成されている。この回転部材７０は、取り付け手段６０（本実施の形態では、図示のねじ）によって堅固にロータキャリア１２に結合されている。これにより、電気機械１０のロータ１１から、電気機械１０の熱が、ロータキャリア１２を介して回転部材７０に熱伝導によって簡単に運ばれ、そこから回転部材の周囲、ここでは「ベル状空気」８０に熱を放出することができる。このベル状空気８０の熱は、対流を介して、図１には一部しか示していない包囲するハウジング７に導出され、そこからハイブリッドモジュール１の周囲空気に導出することができる。
遮断クラッチ５０が完全に、そして第１のクラッチ３０が部分的に、ロータ１１により囲繞される空間１５内に配置されていることが看取可能である。ロータにより囲繞されるこの空間１５は、ロータ１１が回転したときにロータ１１の内面により形成されている観念的な円筒である。
ロータ１１の直径Ｄｒが、回転部材７０の直径Ｄｔよりも遥かに小さいことが明瞭に看取可能である。これにより、回転部材７０の面積が極めて大きく、これにより周囲への熱放出のために大きな面積が提供されることが保証される。加えて、回転部材７０の半径方向外側の領域は、ロータ１１自体よりも高い周速度を有しているので、これによっても周囲への効率的な熱導出が保証されている。このことは、高い速度が、熱導出を促進する乱流をベル状空気８０中に形成するためになおさらである。
さらに、回転部材７０が、軸方向で相並んで配置される複数の構成部材セグメント７２を有していることが看取可能である。これに関しては、図２および３を参照されたい。
図２および３からは、これらの構成部材セグメント７２が、半径方向の延在に関して互いに平行に配置されており、これらの構成部材セグメント７２間に、構成部材セグメント７２からの熱の放出を促進し、ひいては全体として回転部材７０の表面積を拡大する間隔７５あるいは間隙が生じることが看取可能である。そして、回転部材７０は、リング形のセグメント７３を有しており、リング形のセグメント７３は、複数のウェブ７６を介して、少なくとも回転部材７０の半径方向外側の領域に形成される面状のセグメント７４に接続されている。このようなウェブ７６は、構成部材セグメント７２間の間隔７５の領域に存在する空気が、回転部材７０の回転と、その際に空気に作用する遠心力とに基づいて、半径方向でリング形のセグメント７３と面状のセグメント７４との間の領域から流出可能であるように細く構成されている。ロータ１１により囲繞される空間１５からの電気機械および／またはクラッチの熱の導出を実現すべく、あるいは熱伝導を介して電気機械１０から熱を逃がすべく、回転部材は、カウンタプレッシャプレート７１としても用いられる半径方向内側の領域７７を有している。この半径方向内側の領域７７には、屈曲領域７９が接続しており、他方、屈曲領域７９からは、半径方向外方に、半径方向外側の領域７８が延在している。この半径方向外側の領域７８は、回転部材７０の面状のセグメント７４をなしており、面状のセグメント７４には、説明したように複数のウェブ７６を介してこれに対して平行にリング形のセグメント７３が接続している。
図４には、本発明に係るハイブリッドモジュールの、図１に示したものと類似の一実施形態を示してある。図１に示した実施例との相違点は、図４に示した実施変化態様では、回転部材７０が、半径方向外側の領域７８としての面状のセグメント７４しか有しておらず、図１に示したような、これに対して平行に配置される質量体を有していない点にある。
図１および４に示した両実施例は、回転部材７０の直径Ｄｔがロータ１１の直径Ｄｒよりも大幅に大きい点で共通している。すなわち、回転部材７０の半径方向外側の領域７８は、回転軸線２に関して、電気機械１０のステータ１３とロータ１１との間の間隙１４が回転軸線２に対して有する間隔よりも遠く半径方向外方に達している。
ここで提案するハイブリッドモジュールにより、低コストに製造可能であるとともに、低い損失モーメントを有する、複数のクラッチ、理想的には乾式の実施の形態でもあるクラッチが組み込まれたコンパクトなユニットが提供される。
１ ハイブリッドモジュール
２ 回転軸線
３ ２マス振動体
４ 駆動軸
５ 第１の被動軸
６ 第２の被動軸
７ ハウジング
１０ 電気機械
１１ ロータ
１２ ロータキャリア
Ｄｒ ロータの直径
１３ ステータ
１４ 間隙
１５ ロータにより囲繞される空間
２０ クラッチユニット
３０ 第１のクラッチ
３１ 第１のクラッチディスク
３２ 第１の圧着プレート
３３ 第１の操作システム
４０ 第２のクラッチ
４１ 第２のクラッチディスク
４２ 第２の圧着プレート
４３ 第２の操作システム
５０ 遮断クラッチ
５１ 遮断クラッチのクラッチディスク
５２ 遮断クラッチの圧着プレート
５３ 遮断クラッチのカウンタプレッシャプレート
５４ 遮断クラッチ操作システム
６０ 取り付け手段
７０ 回転部材
７１ カウンタプレッシャプレート
Ｄｔ 回転部材の直径
７２ 構成部材セグメント
７３ リング形のセグメント
７４ 面状のセグメント
７５ 間隔
７６ ウェブ
７７ 半径方向内側の領域
７８ 半径方向外側の領域
７９ 屈曲領域
８０ ベル状空気

Claims (10)

  1. 内燃機関を連結する自動車用のハイブリッドモジュール（１）であって、
    回転軸線（２）上に配置されるロータ（１１）を有する電気機械（１０）と、
    前記ロータ（１１）により囲繞される空間（１５）内に配置されている、駆動ユニットのトルクを伝達する少なくとも１つのクラッチ（５０）と、
    前記ロータ（１１）に少なくとも回転に関して堅固に結合され、同じく前記回転軸線（２）上に配置される回転部材（７０）と、
    を備え、
    前記回転部材（７０）は、前記回転軸線（２）から半径方向で前記ロータ（１１）よりも大きく延在し、前記ロータ（１１）および／または前記クラッチ（５０）から前記回転部材（７０）に入る熱は、前記回転部材（７０）の周囲に導出可能である、ハイブリッドモジュール（１）において、
    前記回転部材（７０）は、軸方向で相並んで配置される複数の構成部材セグメント（７２）を有しており、前記構成部材セグメント（７２）は、半径方向の延在に関して互いに平行に配置されており、前記構成部材セグメント（７２）の間に、該構成部材セグメント（７２）からの熱の放出を促進し、前記回転部材（７０）の表面積を拡大する間隔（７５）が存在することを特徴とするハイブリッドモジュール。
  2. 前記回転部材（７０）の少なくとも一部領域は、同じく前記ロータ（１１）により囲繞される前記空間（１５）内に配置されていることを特徴とする、請求項１記載のハイブリッドモジュール。
  3. 前記回転部材（７０）は、前記クラッチ（５０）の構成部分を形成し、特に前記回転部材（７０）は、前記ロータ（１１）により囲繞される前記空間（１５）内に配置される少なくとも１つの摩擦クラッチ（５０）のカウンタプレッシャプレート（５３，７１）として用いられることを特徴とする、請求項１または２記載のハイブリッドモジュール。
  4. 前記ロータ（１１）により囲繞される前記空間（１５）内に複数のクラッチ（３０，４０，５０）が配置されており、前記回転部材（７０）は、複数のクラッチ（３０，４０，５０）の構成部分であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のハイブリッドモジュール。
  5. 前記電気機械（１０）の前記ロータ（１１）は、ロータキャリア（１２）に配置されており、前記ロータ（１１）に結合される前記回転部材（７０）は、前記ロータキャリア（１２）に機械的に堅固に接続される構成部材であるか、または前記ロータキャリア（１２）の一体の構成部分であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のハイブリッドモジュール。
  6. 前記回転部材（７０）は、回転対称に形成されており、前記回転部材（７０）の直径Ｄｔは、前記ロータの直径Ｄｒに対して以下の比：Ｄｔ／Ｄｒ＝１．１ないし２．０にあることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のハイブリッドモジュール。
  7. 前記回転部材（７０）は、前記回転部材（７０）の半径方向外側に、前記軸方向で相並んで配置される複数の構成部材セグメント（７２）を有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のハイブリッドモジュール。
  8. 前記回転部材（７０）は、少なくとも前記回転部材（７０）の半径方向外側の領域に、前記回転部材（７０）が回転したときに少なくとも半径方向の成分を有する空気流動の形成を促進する形状要素を有することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のハイブリッドモジュール。
  9. 前記回転部材（７０）は、半径方向内側の領域（７７）と、半径方向外側の領域（７８）と、前記半径方向内側の領域（７７）と前記半径方向外側の領域（７８）との間の屈曲領域（７９）とを有し、前記半径方向内側の領域（７７）は、前記ロータ（１１）により囲繞される前記空間（１５）内に配置されており、前記半径方向外側の領域（７８）は、軸方向に沿ってオフセットされて前記ロータ（１１）の片側を延在していることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のハイブリッドモジュール。
  10. 内燃機関と、請求項１から９までのいずれか１項記載のハイブリッドモジュール（１）と、駆動伝動機構と、を備え、前記ハイブリッドモジュール（１）は、クラッチにより前記内燃機関および前記駆動伝動機構に機械的に結合されている、自動車用のパワートレーン。
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