特許 7317869 車両のためのハイブリッドシステムおよびハイブリッドシステムを備える車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-21

(45)【発行日】2023-07-31

(54)【発明の名称】車両のためのハイブリッドシステムおよびハイブリッドシステムを備える車両

(51)【国際特許分類】

   F16H 3/66 20060101AFI20230724BHJP

   B60K 6/365 20071001ALI20230724BHJP

   B60K 6/405 20071001ALI20230724BHJP

   B60K 6/48 20071001ALI20230724BHJP

   B60K 6/547 20071001ALI20230724BHJP

【ＦＩ】

F16H3/66 B

B60K6/365 ZHV

B60K6/405

B60K6/48

B60K6/547

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2020569761

(86)(22)【出願日】2018-06-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-11-25

(86)【国際出願番号】 EP2018065677

(87)【国際公開番号】W WO2019238225

(87)【国際公開日】2019-12-19

【審査請求日】2021-05-31

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】520485941

【氏名又は名称】ボルボ・コンストラクション・イクイップメント・アクチエボラグ

【氏名又は名称原語表記】ＶＯＬＶＯ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＡＢ

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(72)【発明者】

【氏名】マットソン，ペール

(72)【発明者】

【氏名】レヒコイネン，マティアス

【審査官】増岡 亘

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３０８７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－２２９３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７０６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３５３４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ３／６６

Ｂ６０Ｋ ６／３６５

Ｂ６０Ｋ ６／４０５

Ｂ６０Ｋ ６／４８

Ｂ６０Ｋ ６／５４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハイブリッド機械（２００）とトランスミッション構成体（９００）とを備えた、車両のためのハイブリッドシステム（１００）であって、
前記トランスミッション構成体（９００）が、トランスミッションハウジング（１６０）と入力シャフト（１３６）と出力シャフト（１１２）とを備え、
更に、前記トランスミッション構成体（９００）が、第１の遊星ギアセット（１０２）と第２の遊星ギアセット（１０４）と第３の遊星ギアセット（１０６）とを備え、
前記第１の遊星ギアセット（１０２）と前記第２の遊星ギアセット（１０４）と前記第３の遊星ギアセット（１０６）との各々が、第１の遊星部材と第２の遊星部材と第３の遊星部材とを備え、前記遊星部材が、太陽ギアと遊星キャリアとリングギアとであり、
更に、前記トランスミッション構成体（９００）が、６つの前進ギア段を実現するための、２つの組み合わせにより係合可能な５つのシフト要素（１３８、１４２、１４４、１４６、１５０）を備える、ハイブリッドシステム（１００）において、
前記第１の遊星ギアセット（１０２）のリングギア（１０２Ｒ）と、前記第２の遊星ギアセット（１０４）の遊星キャリア（１０４Ｐ）とが互いに動作可能に接続され、
前記第２の遊星ギアセット（１０４）のリングギア（１０４Ｒ）と、前記第３の遊星ギアセット（１０６）の遊星キャリア（１０６Ｐ）とが互いに動作可能に接続され、
前記第３の遊星ギアセット（１０６）の２つの前記遊星部材が、前記シフト要素のうちの１つ（１５０）により互いに選択的に接続可能であり、
前記ハイブリッド機械（２００）と、前記第１の遊星ギアセット（１０２）の前記リングギア（１０２Ｒ）とが互いに接続され、
前記出力シャフト（１１２）が、前記第１の遊星ギアセット（１０２）の遊星キャリア（１０２Ｐ）に動作可能に接続された、
ことを特徴とするハイブリッドシステム（１００）。

【請求項2】

前記トランスミッション構成体（９００）の前記出力シャフト（１１２）に動作可能に接続された追加のトランスミッション構成体（６００）を更に備える、請求項１に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項3】

前記追加のトランスミッション構成体（６００）が、前記出力シャフト（１１２）に動作可能に接続された第１のギアホイール（６０２）と、前記トランスミッション構成体（９００）からのトルクを、前記出力シャフト（１１２）と比較して垂直方向に低い位置まで導くために、前記第１のギアホイール（６０２）とかみ合って接続するように構成された第２のギアホイール（６０４）とを備える、請求項２に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項4】

前記入力シャフト（１３６）が、前記第３の遊星ギアセット（１０６）の太陽ギア（１０６Ｓ）に接続された、請求項１から３のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項5】

前記トランスミッション構成体（９００）が、太陽ギア（１０８Ｓ）と遊星キャリア（１０８Ｐ）とリングギア（１０８Ｒ）とを備える第４の遊星ギアセット（１０８）を更に備え、前記第４の遊星ギアセット（１０８）が、前記入力シャフト（１３６）と前記第３の遊星ギアセット（１０６）の前記太陽ギア（１０６Ｓ）との間に動作可能に接続された、請求項４に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項6】

前記入力シャフト（１３６）が、前記第４の遊星ギアセット（１０８）の前記太陽ギア（１０８Ｓ）に動作可能に接続された、請求項５に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項7】

前記入力シャフト（１３６）が、前記第４の遊星ギアセット（１０８）の前記遊星キャリア（１０８Ｐ）に選択的に接続可能である、請求項５または６に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項8】

前記第４の遊星ギアセット（１０８）の前記リングギア（１０８Ｒ）が、前記トランスミッションハウジング（１６０）に選択的に接続可能である、請求項５から７のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項9】

前記第４の遊星ギアセット（１０８）の前記遊星キャリア（１０８Ｐ）が、前記第３の遊星ギアセット（１０６）の前記太陽ギア（１０６Ｓ）に動作可能に接続された、請求項５から８のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項10】

前記第３の遊星ギアセット（１０６）の前記太陽ギア（１０６Ｓ）とリングギア（１０６Ｒ）とが互いに選択的に接続可能である、請求項１から９のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項11】

前記第３の遊星ギアセット（１０６）の前記太陽ギア（１０６Ｓ）と前記遊星キャリア（１０６Ｐ）とが互いに選択的に接続可能である、請求項１から９のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項12】

前記５つのシフト要素が、２つのロック機構（１３８、１４２）と３つの接続機構（１４４、１４６、１５０）とを備える、請求項１から１１のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項13】

前記第１の遊星ギアセット（１０２）の太陽ギア（１０２Ｓ）と前記第２の遊星ギアセット（１０４）の太陽ギア（１０４Ｓ）とが互いに動作可能に接続された、請求項１から１２のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項14】

前記第１の遊星ギアセット（１０２）の前記太陽ギア（１０２Ｓ）と前記トランスミッションハウジング（１６０）とが互いに選択的に接続可能である、請求項１から１３のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項15】

前記第２の遊星ギアセット（１０４）の前記太陽ギア（１０４Ｓ）と前記トランスミッションハウジング（１６０）とが互いに選択的に接続可能である、請求項１から１４のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項16】

前記第２の遊星ギアセット（１０４）の前記遊星キャリア（１０４Ｐ）と前記第３の遊星ギアセット（１０６）の前記リングギア（１０６Ｒ）とが互いに選択的に接続可能である、請求項１から１５のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項17】

前記第３の遊星ギアセット（１０６）の前記リングギア（１０６Ｒ）と前記トランスミッションハウジング（１６０）とが互いに選択的に接続可能である、請求項１から１６のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項18】

前記第３の遊星ギアセット（１０６）の前記太陽ギア（１０６Ｓ）と前記第２の遊星ギアセット（１０４）の前記遊星キャリア（１０４Ｐ）とが互いに選択的に接続可能である、請求項１から１７のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項19】

前記ハイブリッド機械（２００）が、エネルギー貯蔵デバイス（２０２）に動作可能に接続された、請求項１から１８のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項20】

前記ハイブリッド機械（２００）が、油圧機械と電気機械とのうちの１つである、請求項１から１９のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）。

【請求項21】

原動機と前記原動機に接続された駆動伝達経路とを備える車両であって、
前記駆動伝達経路が、請求項１から２０のいずれか１項に記載のハイブリッドシステム（１００）を備える、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両のためのハイブリッドシステムに関する。本発明は、更に、このようなハイブリッドシステムを備える車両に関する。本発明は、車両、特に作業用機械（working machine）、例えばホイールローダーに適用可能であるが、他の種類の作業用機械も考えられる。

【背景技術】

【0002】

工事現場における重量物の移送などに関連して、作業用機械が多くの場合に使用される。作業用機械は、道路またはトンネル建造物、砂採取場、鉱山、森林地、および同様の環境に関連して、移送のために使用される。したがって、作業用機械は、整備された道路が存在しない起伏の多い地域において、および滑りやすい地面の上で大きい重量物を伴って頻繁に動作させられる。

【0003】

より環境に優しい手法、例えば作業用機械の駆動伝達経路のハイブリッド化により作業用機械を推進させることができることに対して市場からの要求がある。このような駆動伝達経路は、原動機、ギアボックス、および、単独で、または原動機からの推進力と組み合わされて使用され得るハイブリッド機械、例えば液圧機械から構成され得る。原動機から車輪への数と同じとは限らないが、幾つかのギアがハイブリッド機械から車輪へと提供されるように、ハイブリッド機械がギアボックスに接続される。ギアの数、ならびに、ギア比およびステップは、使用される特定のハイブリッド機械に対して最適化される必要がある。最適化されたギアボックスを使用することで、ハイブリッド機械がその最も効率の高い範囲で動作する。牽引力および最高速度の所望の組み合わせが、限られた寸法のハイブリッド機械を使用して達成される。

【0004】

ギアボックスは、トランスミッション構成体（transmission arrangement）を備え、特定の種類のギアボックスに応じて、トランスミッション構成体は、例えば、互いにかみ合って接続した円柱ギアホイールを含む通常のギアセット、または、太陽ギアとリングギアと遊星キャリアとを備える遊星ギアセット、または、通常のギアセットと１つまたは複数の遊星ギアセットとの組み合わせを含むトランスミッションを備え得る。このようなトランスミッション構成体は、ハイブリッドシステムを実現するためにハイブリッド機械と組み合わされる。

【0005】

したがって、原動機による従来の推進の代わりとして、作業用機械の動作をハイブリッド化することができることに対する要望が存在する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来技術の欠点を少なくとも部分的に解決するハイブリッドシステムを提供することが本発明の目的である。本目的は、請求項１に記載のハイブリッドシステムにより少なくとも部分的に達成される。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様により、ハイブリッド機械とトランスミッション構成体とを備えた、車両のためのハイブリッドシステムであって、トランスミッション構成体が、トランスミッションハウジングと入力シャフトと出力シャフトとを備え、更に、トランスミッション構成体が、第１の遊星ギアセットと第２の遊星ギアセットと第３の遊星ギアセットとを備え、第１の遊星ギアセットと第２の遊星ギアセットと第３の遊星ギアセットとの各々が、第１の遊星部材と第２の遊星部材と第３の遊星部材とを備え、遊星部材が、太陽ギアと遊星キャリアとリングギアとであり、更に、トランスミッション構成体が、６つの前進ギア段を実現するための、２つの組み合わせにより係合可能な５つのシフト要素を備え、第１の遊星ギアセットのリングギアと第２の遊星ギアセットの遊星キャリアとが互いに動作可能に接続され、第２の遊星ギアセットのリングギアと第３の遊星ギアセットの遊星キャリアとが互いに動作可能に接続され、第３の遊星ギアセットの２つの遊星部材が、シフト要素のうちの１つにより互いに選択的に接続可能であり、ハイブリッド機械と、第１の遊星ギアセットのリングギアとが互いに接続された、車両のためのハイブリッドシステムが提供される。

【0008】

「～に動作可能に接続された」という表現は、以下で、および説明全体を通して、そのコンポーネントが互いに固く接続されるように、すなわち、互いに動作可能に接続されたコンポーネントの回転速度が同じであるように解釈されるべきである。したがって、互いに動作可能に接続されたコンポーネント間に接続機構などは配置されておらず、それらのコンポーネントは動作中に互いに係合解除されることができない。したがって、第１の遊星ギアセットのリングギアは、第２の遊星ギアセットの遊星キャリアに常に接続されている。

【0009】

更に、「～に選択的に接続可能である」という表現は、以下で、および説明全体を通して、ある要素が望ましい時点において別の要素に接続可能であると解釈されるべきである。これにより、トランスミッション構成体のギアシフトは、要素を相互に対して接続すること、または接続解除することにより実行され得る。コンポーネントは、接続／ロック機構により互いに選択的に接続可能であってよく、例えば制御ユニットなどにより制御されてもよい。接続／ロック機構が係合状態に配置されたとき、コンポーネントが互いに接続される。

【0010】

「～に接続された」という表現は、ハイブリッド機械が第１の遊星ギアセットのリングギアに直接的に、すなわち動作可能に接続されるか、または間接的に接続されるように解釈されるべきである。ハイブリッド機械は、通常のギアセットまたは遊星ギアセットである第１の遊星ギアセットのリングギアに、例えばクラッチまたはギア段を介して間接的に接続されてもよい。

【0011】

更に、ハイブリッド機械は、単独で、または原動機、例えば内燃エンジンと組み合わされて作業用機械を推進させることができる機械と解釈されるべきである。ハイブリッド機械は、更に、動作中にエネルギー貯蔵デバイスと一緒にエネルギーを蓄積および貯蔵するように構成されてもよい。ハイブリッド機械は、好ましくは油圧機械であってもよい。したがって、このような油圧機械は、作業用機械を推進させるときに油圧モーターとして動作するように、および、そうするための駆動状態が有利である場合、エネルギーの再生のために油圧ポンプとして動作するように構成されてもよい。以下で更に説明されるように、油圧機械は、油圧アキュムレータの形態をとるエネルギー貯蔵デバイスと流体連通して構成されてもよい。しかし、ハイブリッド機械は、代替的に電気機械であってもよい。このような電気機械は、作業用機械を推進させるときに電動モーターとして動作するように構成されてもよく、そうするための駆動状態が有利な場合、例えばエネルギーの蓄積のための電池に接続された発電機として構成されてもよい。

【0012】

車両はハイブリッドシステムとともに動作させられてもよく、結果として、より環境に優しい手法により推進されるという利点がある。本開示の発明者らは、特定のトランスミッション構成体が、環境に優しいハイブリッドシステムを形成するために、ハイブリッド機械と組み合わされて有利に使用されることに気付いた。ハイブリッド機械を第１の遊星ギアセットのリングギアに接続することにより、出力シャフトに対する様々なギア比が実現可能であり、このことが、作業用機械の様々な負荷サイクルに対して有利であり、高い車両速度におけるハイブリッド機械のスピード超過を防止し得る。別の利点としては、移動方向の反転がハイブリッドシステムを使用することでより滑らかとなり、更にブレーキの摩耗がより少なくなる。

【0013】

例示的な実施形態によると、ハイブリッドシステムは、トランスミッション構成体の出力シャフトに動作可能に接続された追加のトランスミッション構成体を更に備えてもよい。

【0014】

例示的な実施形態によると、追加のトランスミッション構成体は、出力シャフトに動作可能に接続された第１のギアホイールと、トランスミッション構成体からのトルクを、出力シャフトと比較して垂直方向に低い位置まで導くために、第１のギアホイールとかみ合って接続するように構成された第２のギアホイールとを備えてもよい。

【0015】

ギアボックスの入力シャフトと出力シャフトとの間の高さの差が実現され、このことが、ギアボックスを例えばホイールローダーに適したものにするという利点がある。

【0016】

例示的な実施形態によると、出力シャフトは、第１の遊星ギアセットの遊星キャリアに動作可能に接続されてもよい。

【0017】

例示的な実施形態によると、入力シャフトは、第３の遊星ギアセットの太陽ギアに接続されてもよい。

【0018】

「～に接続された」という表現は、入力シャフトが第３の遊星ギアセットの太陽ギアに直接的に、すなわち動作可能に接続されるか、または間接的に接続されるように解釈されるべきである。入力シャフトは、第３の遊星ギアセットの太陽ギアに、例えばクラッチを介して、ギア段を介して、または、以下で説明されるように第４の遊星ギアセットを介して間接的に接続されてもよい。

【0019】

例示的な実施形態によると、トランスミッション構成体は、太陽ギアと遊星キャリアとリングギアとを備える第４の遊星ギアセットを更に備えてもよく、第４の遊星ギアセットは、入力シャフトと第３の遊星ギアセットの太陽ギアとの間に動作可能に接続される。

【0020】

第４の遊星ギアセットは、トランスミッション構成体の第１の遊星ギアセット、第２の遊星ギアセット、および第３の遊星ギアセットと同様の構造により形成されている。遊星ギアセットは、好ましくは同軸的な様式により構成されてもよい。したがって、第４の遊星ギアセットと第３の遊星ギアセットとの間の相互接続は、比較的実現しやすいものである。

【0021】

例示的な実施形態によると、入力シャフトは、第４の遊星ギアセットの太陽ギアに動作可能に接続されてもよい。

【0022】

例示的な実施形態によると、入力シャフトは、第４の遊星ギアセットの遊星キャリアに選択的に接続可能であってよい。

【0023】

例示的な実施形態によると、第４の遊星ギアセットのリングギアは、トランスミッションハウジングに選択的に接続可能であってよい。

【0024】

例示的な実施形態によると、第４の遊星ギアセットの遊星キャリアは、第３の遊星ギアセットの太陽ギアに動作可能に接続されてもよい。

【0025】

これにより、特に第４の遊星ギアセットにおけるダブル遊星ギアの場合、前進／後退ギア機能は、第４の遊星ギアセットにより実現される。

【0026】

例示的な実施形態によると、第３の遊星ギアセットの太陽ギアとリングギアとが互いに選択的に接続可能であってよい。これにより、動力が、入力シャフトから第２の遊星ギアセットのリングギアに、第３の遊星ギアセットにおける動力再循環を伴わずに第３の遊星ギアセットの遊星キャリアを介して伝達される。

【0027】

例示的な実施形態によると、第３の遊星ギアセットの太陽ギアと遊星キャリアとは、互いに選択的に接続可能であってよい。これにより、動力が、入力シャフトから第２の遊星ギアセットのリングギアに、第３の遊星ギアセットをバイパスすることにより第３の遊星ギアセットの遊星キャリアを介して伝達される。

【0028】

例示的な実施形態によると、５つのシフト要素は、２つのロック機構と３つの接続機構とを備えてもよい。

【0029】

ロック機構は、例えば遊星ギアセットのうちの１つの遊星部材をトランスミッションハウジングにロックするシフト要素と解釈されるべきである。したがって、ロック機構が係合状態に配置されたとき、ロック機構に接続された遊星部材が静止状態に保持される。また一方では、接続機構は、例えば２つの遊星部材を互いに接続する、または、遊星部材を入力シャフトまたはトランスミッション構成体の出力シャフトに接続するシフト要素と解釈されるべきである。これにより、接続機構が係合状態に配置されたとき、接続機構のそれぞれの側における部材が同じ回転速度で回転する。ロック機構と接続機構とは滑る状態で配置されてもよく、結果的に、相対回転速度がそれに接続された部材間において実現される。

【0030】

例示的な実施形態によると、第１の遊星ギアセットの太陽ギアと第２の遊星ギアセットの太陽ギアとが互いに動作可能に接続されてもよい。

【0031】

例示的な実施形態によると、第１の遊星ギアセットの太陽ギアとトランスミッションハウジングとが互いに選択的に接続可能であってよい。

【0032】

例示的な実施形態によると、第２の遊星ギアセットの太陽ギアとトランスミッションハウジングとが互いに選択的に接続可能であってよい。

【0033】

例示的な実施形態によると、第２の遊星ギアセットの遊星キャリアと第３の遊星ギアセットのリングギアとが互いに選択的に接続可能であってよい。

【0034】

例示的な実施形態によると、第３の遊星ギアセットのリングギアとトランスミッションハウジングとが互いに選択的に接続可能であってよい。

【0035】

例示的な実施形態によると、第３の遊星ギアセットの太陽ギアと第２の遊星ギアセットの遊星キャリアとが互いに選択的に接続可能であってよい。

【0036】

例示的な実施形態によると、ハイブリッド機械が、エネルギー貯蔵デバイスに動作可能に接続されてもよい。これにより、ハイブリッド機械は、トランスミッション構成体を介して作業用機械を推進させるための動力が供給される。ハイブリッド機械は、更に車両が動力再生モードにおいて動作させられるとき、例えば下り坂を走行しているときなどに、エネルギー貯蔵デバイスに動力を再生するように構成されてもよい。

【0037】

例示的な実施形態によると、ハイブリッド機械は、油圧機械と電気機械とのうちの１つであってもよい。油圧機械は、例えば可変容量機械（ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍａｃｈｉｎｅ）であってもよい。油圧機械は好ましくは、オーバーセンター油圧機械を使用することにより、または、例えば適切な弁構成体の使用により、前進および後退駆動方向において動作可能であるべきであり、すなわち、両方の流れ方向において油圧流体の流れを供給すること、または受け取ることができるべきである。

【0038】

本発明の第２の態様により、原動機と原動機に接続された駆動伝達経路とを備える車両が提供され、駆動伝達経路は、第１の態様に関連した上述の例示的な実施形態のいずれか１つによるハイブリッドシステムを備える。

【0039】

第２の態様の効果および特徴は、第１の態様に関連してここまでに説明されているものに大部分は類似している。

【0040】

本発明の更なる特徴、および本発明に伴う利点が、添付の特許請求の範囲および以下の説明を検討することにより明らかとなる。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、以下で説明されるもの以外の実施形態を作るために本発明の異なる特徴が組み合わされてもよいことを理解する。

【0041】

〔定義〕
遊星ギアセットにおける異なる部材の回転速度の間の関係は、以下に従って定義される。

【0042】

【数1】

ここで、
ω_Ｓは、太陽ギアの回転速度であり、
ω_Ｐは、遊星キャリアの回転速度であり、
ω_Ｒは、リングギアの回転速度であり、
Ｒは、遊星ギアセットの静止ギア比（stationary gear ratio）である。

【0043】

本明細書において使用されるとき、遊星ギアセットに対する「静止ギア比」Ｒという表現は、遊星キャリアが静止した状況における、リングギアの回転速度に対する太陽ギアの回転速度の比と定義され、すなわち、

【数2】

であり、

【数3】

であり、
ここで、
ｚ_Ｒは、リングギアの歯数であり、
ｚ_Ｓは、太陽ギアの歯数である。

【0044】

同様の手法により、トランスミッションに対する「比」という表現は、トランスミッションの入力シャフトの回転数をトランスミッションの出力シャフトの回転数で除算したものに関連すると理解されるべきである。更に、「ステップ」という表現は、ギアの比をトランスミッションの隣接したギアの比で除算したときに得られる商を意味すると理解されるべきである。

【0045】

本発明の上述の、および更なる目的、特徴、および利点が、本発明の例示的な実施形態による以下の例示的で非限定的な詳細な説明を通して、より良く理解される。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】ホイールローダーの形態による作業用機械を示す側面図である。

【図2】本発明の例示的な一実施形態によるハイブリッドシステムを概略的に示す図である。

【図3】本発明の別の例示的な実施形態によるハイブリッドシステムを概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0047】

本発明は、本発明の例示的な実施形態が示される添付図面を参照しながら、以下においてより完全に説明される。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は徹底および完全性のために提供される。説明を通して、同様の参照符号は同様の要素を表す。

【0048】

図１は、積み荷動作のための器具２を含むローダー車両１の形態による作業用機械の例示的な一実施形態を示す側面図である。図１に示されるローダー車両１は、関節式ホイールローダーの形態をとる。「器具」という用語は、ローダー車両１上に配置された任意の種類の油圧動作式ツール、例えばバケット、フォークまたは把持ツールを包含することを意図したものである。図１に示される器具２は、バケット３を備えており、該バケット３はそのバケット３を持ち上げる、および下げるための積荷ユニット組立体４に配置されている。バケット３は、更に、積荷ユニット組立体４に対して傾けられ、または旋回させられる。ローダー車両１は、少なくとも１つの油圧機械（図示されていない）、例えば油圧ポンプを有する油圧システムを備える。ローダー車両１は、積荷ユニット組立体４の持ち上げ動作のための油圧式持ち上げシリンダー５と、積荷ユニット組立体４に対してバケット３を傾けるための油圧式傾きシリンダー６とを更に備える。更に、油圧システムは、関節式ジョイント構成体１２の実質的に鉛直な幾何学的軸１０の周りにおける前部ユニット８と後部ユニット９との相対的な動きによりローダー車両１を方向転換させるための操縦シリンダー７ａ、７ｂを備える。前部ユニット８および後部ユニット９は、地面接触部材２０、２２のそれぞれのペアを備える。地面接触部材２０、２２は、例示的な実施形態において、それぞれ車輪のペアである。言い換えると、ローダー車両１は、操縦シリンダー７ａ、７ｂによりフレーム操縦される（frame-steered）。

【0049】

ここで、上述のローダー車両１に適した例示的な実施形態によるハイブリッドシステム１００を概略的に示す図２を参照する。ハイブリッドシステム１００は、以下で更に説明されるように前進ギア段を実現するように構成されたトランスミッション構成体９００を備える。トランスミッション構成体９００は、太陽ギア１０２Ｓと遊星キャリア１０２Ｐとリングギア１０２Ｒとを備える第１の遊星ギアセット１０２と、太陽ギア１０４Ｓと遊星キャリア１０４Ｐとリングギア１０４Ｒとを備える第２の遊星ギアセット１０４と、太陽ギア１０６Ｓと遊星キャリア１０６Ｐとリングギア１０６Ｒとを備える第３の遊星ギアセット１０６とを備える。トランスミッション構成体９００は、更にローダー車両１の原動機（図示されていない）から回転運動／トルクを受けるための入力シャフト１３６と、ローダー車両１の駆動される車輪に回転運動／トルクを伝動するための出力シャフト１１２とを備える。出力シャフト１１２は、続いて、更なるトランスミッション構成体６００に動作可能に接続されている。

【0050】

ドロップボックスとも呼ばれ得る更なるトランスミッション構成体６００は、互いにかみ合って接続するように構成された第１のギアホイール６０２と、第２のギアホイール６０４とを備える。第２のギアホイール６０４は、トランスミッションシャフト６０６に配置されている。トランスミッションシャフト６０６は、作業用機械の車輪に直接的に、または間接的に接続される。ドロップボックスにより、トランスミッション構成体９００からのトルクが、垂直方向においてより低い位置まで伝達される。図２はギアホイールの１つのペアのみを示すが、更なるトランスミッション構成体６００は、互いにかみ合って接続するように構成された複数のギアホイールを備えてもよい。

【0051】

ハイブリッドシステム１００は、ハイブリッド機械２００を更に備える。ハイブリッド機械２００は、好ましくは、作業用機械を推進させるための油圧モーターとして、または油圧動力を生成するための油圧ポンプとして動作するように構成される油圧機械（２００）である。ハイブリッド機械２００は、第１の遊星ギアセット１０２のリングギア１０２Ｒ、および、第２の遊星ギアセット１０４の遊星キャリア１０４Ｐに動作可能に接続されている。これにより、ハイブリッド機械は、トランスミッション構成体９００に、および、更にトランスミッション構成体の出力シャフト１１２に推進力を提供し得る。

【0052】

図２に示される例示的な実施形態によると、ハイブリッドシステム１００は、ハイブリッド機械２００に接続されたエネルギー貯蔵デバイス２０２を備える。駆動状況に応じて、エネルギー貯蔵デバイス２０２は、ハイブリッド機械２００から動力を受け取るように、または、ハイブリッド機械２００に動力を供給するように構成される。ハイブリッド機械が油圧機械である場合、エネルギー貯蔵デバイス２０２は、好ましくは油圧アキュムレータである。

【0053】

トランスミッション構成体９００の遊星ギアセット１０２、１０４、１０６の異なる部材、すなわち、太陽ギア、遊星キャリア、およびリングギアは、図２に示される例示的な実施形態において、以下に従って構成される。以下で説明される異なる部材は、互いに直接的に、すなわち動作可能に接続され、または、接続機構を介して、すなわち選択的に接続可能であることが容易に理解される。部材は、例えばコネクタ要素により互いに動作可能に接続され得る。このようなコネクタ要素は、例えば、２つの部材を互いに接続するための、中実シャフト、中空シャフトまたはドラム、または他の適切な要素であり、これらの要素は当業者に知られている。したがって、部材を互いに接続する手段について、以下で明示的な説明はされない。

【0054】

第１の遊星ギアセット１０２の遊星キャリア１０２Ｐは、トランスミッション構成体９００の出力シャフト１１２に動作可能に接続され、すなわち、遊星キャリア１０２Ｐは、トランスミッション構成体９００の出力シャフト１１２に常に直接接続されている。更に、第１の遊星ギアセット１０２のリングギア１０２Ｒは、第２の遊星ギアセット１０４の遊星キャリア１０４Ｐに動作可能に接続されている。第１の遊星ギアセット１０２のリングギア１０２Ｒは、更に、第２の接続機構１４４により、第３の遊星ギアセット１０６の太陽ギア１０６Ｓ、および、トランスミッション構成体９００の入力シャフト１３６に選択的に接続可能である。第１の遊星ギアセット１０２の太陽ギア１０２Ｓは、第２の遊星ギアセット１０４の太陽ギア１０４Ｓに動作可能に接続されている。更に、第１の遊星ギアセット１０２の太陽ギア１０２Ｓおよび第２の遊星ギアセット１０４の太陽ギア１０４Ｓは、第１のロック機構１４２により、トランスミッション構成体９００のトランスミッションハウジング１６０に選択的に接続可能である。したがって、第１のロック機構１４２は、係合されたとき、最初に、それぞれの太陽ギア１０２Ｓ、１０４Ｓの回転速度を下げ、その後、それぞれの太陽ギア１０２Ｓ、１０４Ｓをトランスミッションハウジング１６０にロックする。

【0055】

第２の遊星ギアセット１０４のリングギア１０４Ｒは、第３の遊星ギアセット１０６の遊星キャリア１０６Ｐに動作可能に接続されている。更に、第２の遊星ギアセット１０４の遊星キャリア１０４Ｐは、第１の接続機構１４６により第３の遊星ギアセット１０６のリングギア１０６Ｒに選択的に接続可能である。

【0056】

第３の遊星ギアセット１０６の太陽ギア１０６Ｓは、入力シャフト１３６に動作可能に接続されている。第３の遊星ギアセット１０６のリングギア１０６Ｒは、第２のロック機構１３８によりトランスミッションハウジング１６０に選択的に接続可能である。したがって、第２のロック機構１３８は、係合されたとき、最初に、リングギア１０６Ｒの回転速度を下げ、その後、リングギア１０６Ｒをトランスミッションハウジング１６０にロックする。更に、入力シャフト１３６は、第３の接続機構１５０により第３の遊星ギアセット１０６のリングギア１０６Ｒに選択的に接続可能である。したがって、第３の遊星ギアセット１０６の太陽ギア１０６Ｓおよびリングギア１０６Ｒは、第３の接続機構１５０により互いに選択的に接続可能である。

【0057】

第３の接続機構１５０が、第３の遊星ギアセット１０６の太陽ギア１０６Ｓと遊星キャリア１０６Ｐとの間に、および、第３の遊星ギアセット１０６の遊星キャリア１０６Ｐとリングギア１０６Ｒとの間に、同じく同様に位置してよいことが容易に理解される。これは、図３に関連して以下で説明される実施形態に対しても当てはまる。

【0058】

図２に示される例によると、トランスミッション構成体９００は、下記の表１に示されるギアを担うように適応される。下記の表１において、および、本開示の残りの表に対して、ロック機構は、単に「ブレーキ」と表記されるのに対し、接続機構は、単に「クラッチ」と表記される。ドットでマークされたセルは係合状態を示し、空白セルは係合解除状態を示す。表は、更に、様々なギアに対してトランスミッション構成体９００により実現可能なギア比およびステップの非限定的な例を示す。下記のすべての表に対して当てはまる非限定的な例によると、第１の遊星ギアセット１０２に対する静止ギア比は、-2.871であり、第２の遊星ギアセット１０４に対する静止ギア比は、-1.754であり、第３の遊星ギアセット１０６に対する静止ギア比は、-1.737である。

【0059】

【表1】

【0060】

表１において確認されるように、図２におけるトランスミッション構成体９００は、６つの前進ギア段Ｆ１～Ｆ６を備え、６つのギア段の各々は、シフト要素のうちの２つを係合状態に配置することにより実現される。ギアの切換えは、好ましくは、１ステップギアシフトにより、または２ステップギアシフトにより実行される。１ステップギアシフトは、ギアシフトがあるギアから次に来る連続したギアに実行されること、例えば、第１のギア段から第２のギア段への、第２のギア段から第３のギア段への、第３のギア段から第２のギア段へのギアシフトなどを意味すると理解されるべきである。２ステップギアシフトは、ギアシフトが次に来る連続したギア段をとばすように実行されること、例えば、第１のギア段から第３のギア段への、第２のギア段から第４のギア段への、第３のギア段から第１のギア段へのギアシフトなどを意味すると理解されるべきである。

【0061】

表１から確認されるように、１ステップギアシフトは、接続機構およびロック機構の１つのシフトのみを含む。すなわち１ステップギアシフトを実行するとき、接続機構／ロック機構のうちの１つのみが、係合状態から係合解除状態にシフトされ、接続機構／ロック機構のうちの１つのみが、係合解除状態から係合状態にシフトさせられる。一例として、第１のギア段から第２のギア段にシフトするとき、係合状態から係合解除状態に変えられるのは第２のロック機構１３８のみであり、係合解除状態から係合状態に変えられるのは第１の接続機構１４６のみである。同様に、２ステップギアシフトも、接続機構およびロック機構の１つのシフトのみを含む。

【0062】

したがって、トランスミッション構成体の利点は、ギアシフト中に有効化／無効化を必要とする接続機構／ロック機構の数がより少ないので、シフト可能性が改善されることである。詳細には、１ステップギアシフト中と２ステップギアシフト中との両方において、１つのシフトのみが発生する。

【0063】

更に、ハイブリッド機械２００は、図２において、第１の遊星ギアセット１０２のリングギア１０２Ｒと、第２の遊星ギアセット１０４の遊星キャリア１０４Ｐとに動作可能に接続されている。これにより、下記の例示的な表２において提示されるように、出力シャフト１１２への３つの異なるギア比が、ハイブリッド機械２００に対して実現可能となる。ギアＦ１～Ｆ４に対して、第１のロック機構１４２が係合され、第１の遊星ギアセット１０２の太陽ギア１０２Ｓが静止状態に保持される。したがって、ハイブリッド機械２００は、ギアＦ１～Ｆ４用の出力シャフト１１２に対して固定のギア比となる。ギアＦ４～Ｆ６の場合、第２の接続機構１４４が係合され、ハイブリッド機械２００が入力シャフト１３６に、および原動機に直接接続される。したがって、ハイブリッド機械２００は、ギアＦ４～Ｆ６に対して、出力シャフト１１２に対して原動機と同じギア比となる。これにより、ハイブリッド機械２００の回転速度を過大にするリスクが減る。

【0064】

【表2】

【0065】

上述のように、トランスミッション構成体９００は、前進ギア段を担う。したがって、更に後退ギア段を実現するために、入力シャフト１３６と第３の遊星ギアセット１０６との間に動作可能に接続された第４の遊星ギアセット１０８を説明するために図３が参照される。第４の遊星ギアセット１０８は、太陽ギア１０８Ｓと遊星キャリア１０８Ｐとリングギア１０８Ｒとを備える。遊星キャリア１０８Ｐは、他の遊星キャリア１０２Ｐ、１０４Ｐ、および１０６Ｐに対するものと同様に多くの遊星ギアを支持する（図示されていない）。本例において、好ましくは、ダブル遊星ギアのセットが使用され、第４の遊星ギアセット１０８に対する正の静止ギア比を結果的にもたらす。トランスミッション構成体９００は、第３のロック機構１４０の形態をとる更なるシフト要素１４０、および、第４の接続機構１４８の形態をとる追加のシフト要素１４８もまた備える。

【0066】

図３において確認されるように、第４の遊星ギアセット１０８の太陽ギア１０８Ｓは、入力シャフト１３６に動作可能に接続されている。遊星キャリア１０８Ｐは、第４の接続機構１４８により入力シャフト１３６に選択的に接続可能である。第４の遊星ギアセット１０８の遊星キャリア１０８Ｐは、更に、第３の遊星ギアセット１０６の太陽ギア１０６Ｓに動作可能に接続されている。最後に、第４の遊星ギアセット１０８のリングギア１０８Ｒは、第３のロック機構１４０によりトランスミッションハウジング１６０に選択的に接続可能である。したがって、第３のロック機構１４０は、係合されたとき、最初に、リングギア１０８Ｒの回転速度を下げ、その後、リングギア１０８Ｒをトランスミッションハウジング１６０にロックする。

【0067】

図３におけるハイブリッドシステム１００は、下記の表３および表４において提示されているようにギア段を担うように適応されている。表３および表４において提示されている比およびステップは、非限定的な例とみなされるべきである。

【0068】

【表3】

【0069】

【表4】

【0070】

表３および表４において確認されるように、図３に示されるトランスミッション構成体９００は、６つの前進ギア段Ｆ１～Ｆ６および６つの後退ギア段Ｒ１～Ｒ６を担う。表３に示される非限定的な例によると、前進ギアＦ１～Ｆ６に対する比およびステップは、上記の表１に示されるものと同様である。これは、第３のロック機構１４０が係合解除状態に配置されること、および、第４の接続機構１４８が前進ギア段の各々に対して係合状態に配置されることに起因しており、第４の遊星ギアセット１０８上で１：１のギア比を結果的にもたらす。

【0071】

更に、第３のロック機構１４０が係合状態に配置され、第４の接続機構１４８が後退ギア段Ｒ１～Ｒ６の各々に対して係合解除状態に配置される。したがって、第４の遊星ギアセット１０８は、後退ギア段Ｒ１～Ｒ６を実現するように構成されている。非限定的な例として、第４の遊星ギアセット１０８に対する静止ギア比は、＋２に選択され、第４の遊星ギアセット１０８上で１：－１のギア比を結果的にもたらす。したがって、後退ギア段Ｒ１～Ｒ６に対する比の絶対値は、前進ギア段Ｆ１～Ｆ６に対するものと同じである。

【0072】

１ステップギアシフトおよび２ステップギアシフトに関して、図２並びに表１の説明に関連して行われる議論と同じ議論が、図３並びに表３および表４において示される実施形態にも当てはまる。更に、図２の説明に関連した上述のハイブリッド機械２００の説明は、図３に示される実施形態にも当てはまる。

【0073】

本発明は、上述の実施形態および図面に示される実施形態に限定されず、むしろ、多くの変形および変更が添付の請求項の範囲内において行われる可能性があることを当業者が認識することが理解される。例えば、本発明は主にホイールローダーに関連して説明されているが、本発明は、あらゆる種類の車両に対して等しく適用可能であると理解されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】