(57)【要約】本車両牽引用のハイブリッド牽引装置には内燃機関（２，１０２）、少なくとも１台の第１電気機械（５，１０５）および少なくとも１台の第２電気機械（８，１０８）、前記内燃機関および少なくとも１台の前記電気機械（５，１０５）に機械的に接続されるのに適切な第１伝動手段（３，１０３，１０４，１０４b）、少なくとも１台の前記電機機械（８，１０８）、ならびに車輪に機械的に接続されるのに適切な第２伝動手段（６，１０６）が含まれるとともに、さらに本装置には、前記第１伝動手段（３，１０３，１０４，１０４b）ならびに前記第２伝動手段（６，１０６）を通じて内燃機関（２，１０２）によってのみ車輪に伝達される機械的動力を可能にするのに適切な接続あるいは保持手段（１５，２１，１１１）が含まれる。これにより内燃機関（２，１０２）のみを利用する車両の駆動が可能となる【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２，１０２）、少なくとも１台の第１電気機械（５，１０５）ならびに少なくとも１台の第２電気機械（８、１０８）、前記内燃機関と前記電気機械（５，１０５）の少なくとも１台への機械的接続に適当な第１伝動手段（３，１０３，１０４，１０４ｂ）、少なくとも１台の前記電気機械（８，１０８）ならびに車輪への機械的接続に適当な第２伝動手段（６，１０６）が含まれる車両牽引用ハイブリッド牽引装置において、さらに、前記第１伝動手段（３，１０３，１０４，１０４ｂ）および前記第２伝動手段（６，１０６）を通じて機械的動力の内燃機関（２，１０２）によってのみ車輪への伝達を可能にするために適当な接続または拘束手段（１５，２１，１１１）が含まれることを特徴とする車両牽引用ハイブリッド牽引装置
【請求項２】
前記接続または拘束手段に前記第１伝動手段（３）と前記第２伝動手段（６）間の機械的接続の確立または中断に適当な摩擦クラッチ手段（１５）が含まれる請求項１に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項３】
前記接続または拘束手段に前記第１伝動手段（３）と前記第２伝動手段（６）間の機械的接続の確立または中断に適当なクラッチ装置（２１）が含まれる請求項１に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項４】
前記第１伝動手段に内燃機関（２，１０２）に接続可能である駆動軸棒（３）が含まれる請求項１〜３までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項５】
前記第２伝動手段にこれに関して自由に回転できるように前記駆動軸棒（３）上に差し込まれる被駆動軸棒（６）が含まれる請求項１〜４までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項６】
前記駆動軸棒（３）上に第１電気機械（５）に取り付く回転子（４）がある請求項４または請求項５に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項７】
前記被駆動軸棒（６）上に第２電気機械（８）に取り付く回転子（７）がある請求項５または請求項６に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項８】
前記被駆動軸棒上に、車輪に機械的に接続される追加ギア輪（１４）が上に取り付けられる補助軸棒（１３）上に取り付けられる、それぞれ第２組ギア輪の対応する１組のギア輪（１１，１２）との噛合に適当であるかまたはそれぞれ対応するギア輪（１１）との噛合に適当である第１ギア輪（９）または第１組ギア輪（９，１０）がある請求項５〜７までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項９】
前記摩擦クラッチ手段（１５）がプログラム可能な自動制御作動手段（１６）を利用して駆動可能である請求項２または請求項４〜８までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項１０】
前記摩擦クラッチ手段がペダル手段（１７）を利用して駆動可能である請求項２または請求項４〜８までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項１１】
前記連結装置（２１）に、前記内燃機関（２）に面する前記駆動軸棒（３）および前記被駆動軸棒（６）のそれぞれ端部に設置される第１クラッチ要素（２３）および第２クラッチ要素（２４）、前記駆動軸棒（３）および被駆動軸棒（６）に面する前記内燃機関の出口軸棒(２a)の端部に設置される追加クラッチ要素（２５）が含まれ、前記クラッチ要素（２３，２４，２５）を選択して一体に接続可能である請求項３および請求項５〜８までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項１２】
前記クラッチ装置（２１）に、前記クラッチ要素（２３，２４，２５）との一体接続に適当な滑動可能なスリーブ手段（２２）が含まれる請求項１１に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項１３】
第１滑動位置にある前記滑動可能スリーブ手段（２２）により前記第１要素（２３）と前記第２クラッチ要素（２４）が一体に接続される請求項１２に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項１４】
第２滑動位置における前記滑動スリーブ（２２）により前記第１クラッチ要素（２３）および前記追加クラッチ要素（２５）が一体に接続される請求項１３に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項１５】
第３滑動位置における前記滑動スリーブ手段（２２）により、前記第１クラッチ要素（２３）、前記第２クラッチ要素（２４）および前記追加クラッチ要素（２５）が一体に接続される請求項１３または請求項１４に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項１６】
前記第１滑動位置、前記第２滑動位置および前記第３滑動位置が連続している請求項１５に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項１７】
前記滑動可能なスリーブ手段（２２）の内面上に、前記第１クラッチ要素（２３）と第２クラッチ要素（２４）または前記第１クラッチ要素（２３）と前記追加クラッチ要素（２５）の連結ならびに一体接続に適当な第１連結要素（２６）が設置される請求項１２〜１６までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項１８】
前記第１連結要素（２６）が前記第１クラッチ要素（２３）および前記追加クラッチ要素（２５）と連結される場合に、前記滑動スリーブ（２２）の前記内面に、前記第２クラッチ要素（２４）との連結に適当な第２連結要素（２７）が設置される請求項１７に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項１９】
前記接続および拘束手段に前記第１電気機械（１０５）の回転子（１０５a）の回転を機械的に停止させる制動手段（１１１）が含まれる請求項１に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項２０】
前記第１伝動手段に、前記内燃機関（１０２）に機械的に接続可能である駆動軸棒（３）、複数の遊星ギア（１０４c）の持ち運びに適当な遊星装置（１０４）の衛星保持手段（１０４a）、および前記遊星装置（１０４）の太陽ギア（１０４b）が含まれ、前記太陽ギア（１０４b）が、前記第１電気機械（１０５）の回転子（１０５a）の軸棒（１１０）に接続され、前記太陽ギア（１０４b）が前記遊星ギア（１０４c）との噛合に適当である請求項１９に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項２１】
前記第２伝動手段に前記第２電気機械（１０８）の回転子（１０７）ならびに車輪に機械的に接続されるギア（１０９）に接続され、前記王冠（１０６）が前記遊星ギア（１０４c）との噛合に適当である前記遊星装置（１０４）の王冠（１０６）が含まれる請求項２０に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項２２】
前記第２電気機械（１０８）が前記第１電気機械（１０５）と外側に同軸である請求項２０または請求項２１に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項２３】
前記第２電気機械の固定子（１０８a）が前記第１電気機械（１０７）の固定子（１０５b）と外側に同軸であると同時に、前記第２電気機械（１０８）の前記回転子（１０７）が前記第２電気機械（１０７）の固定子（１０８a）と外側に同軸である請求項２１に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項２４】
前記第１電気機械（１０５）と前記第２電気機械（１０８）が２台の該電気機械に共通のケーシングに包まれる請求項１９〜２３までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項２５】
前記第１電気機械（５，１０５）と前記第２電気機械（８，１０８）が、電気エネルギーの蓄積手段（２０，１１４）に順番に接続される電力の変換調整手段（１９，１１３）に接続される請求項１〜２４までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項２６】
前記変換調整手段（１１３）が第１電気機械（１０５）の回転子（１０５a）の電気的な固定に適当である請求項１９〜２４までのいずれか１つに付加される請求項２５によるハイブリッド牽引装置
【請求項２７】
前記変換調整手段（１９，１１３）を通じた前記蓄積手段（２０，１１４）によると同時に非作動条件にある前記内燃機関（２，１０２）を利用して提供される、原動機として作動する前記第１電気機械（５，１０５）と第２電気機械（８，１０８）の少なくとも１台の利用によって、純粋電気牽引形態の前記車両の駆動に適当であることを特徴とする請求項１〜２６までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項２８】
前記電気機械（５，１０５）が非作動条件にあると同時に前記第２電気機械（８，１０８）が原動機として運転される請求項２７によるハイブリッド牽引装置
【請求項２９】
前記第１電気機械（５，１０５）と前記第２電気機械（８，１０８）が原動機として運転される請求項２７に記載のハイブリッド牽引装置
【請求項３０】
前記第１電気機械（５）と前記第２電気機械（８）が非作動条件の場合に前記内燃機関（２）を利用した純粋機械牽引形態の前記車両の駆動に適当である請求項１〜１８までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項３１】
前記第１電気機械（１０５）と前記第２電気機械（１０８）が非作動条件にある場合に前記内燃機関（１０２）を利用する純粋機械牽引形態の前記車両の駆動に適当であり、前記第１電気機械（１０５）の回転子（１０５a）が前記制動手段（１１１）によって固定維持されることを特徴とする請求項１９〜２６までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項３２】
前記第２電気機械（８）が、前記内燃機関（２）によって回転され、発電機として運転される前記第１電気機械（５）によって提供される原動機として運転される直列ハイブリッド牽引形態の前記車両の駆動に適当であることを特徴とする請求項１〜１８までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項３３】
前記第２電気機械（１０８）が前記内燃機関（１０２）によって回転される、発電機として運転される前記第１電気機械（１０５）によって提供される原動機として運転される直列ハイブリッド牽引形態の前記車両の駆動に適当であることを特徴とする請求項１９〜２６までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項３４】
前記内燃機関（１０２）に並列される、機械的動力を車輪に伝達するための変換調整手段（１１３）を利用して、前記蓄積手段（１１４）によって提供される前記第２電気機械（１０８）が原動機として運転される並列ハイブリッド牽引形態前記車両の駆動に適当であり、前記第１電気機械（１０５）の回転子が前記制動手段によって固定維持されることを特徴とする請求項１９〜２６までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項３５】
前記第１電気機械（５）が前記内燃機関（２）に並列される機械的動力の車輪への伝達用に前記変換調整手段（１９）を利用して、前記蓄積手段（２０）によって供給される原動機として運転される並列ハイブリッド牽引形態の前記車両の駆動に適当であることを特徴とする請求項１〜１８までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項３６】
前記第１電気機械（５，１０５）と前記第２電気機械（８，１０８）が、前記内燃機関（２，１０２）と並列される機械的動力の車輪への伝達用の前記変換調整手段（１９，１１３）を利用して、前記蓄積手段（２０，１１４）によって提供される原動機として運転される並列ハイブリッド牽引形態の前記車両の駆動に適当であることを特徴とする請求項１〜２６までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項３７】
前記制動手段（１１１）が前記車両の出発段階の前記ギア（１０９）に伝達可能である静的トルクの調整および最大化のために利用可能であることを特徴とする請求項１９〜２６までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【請求項３８】
前記第１電気機械（１０５）が前記内燃機関（１０２）に並列される機械的動力の車輪への伝達用の前記内燃機関（１０２）によって回転される、発電機として運転される前記第２電気機械（１０８）によって供給される原動機として運転される並列ハイブリッド牽引形態の前記車両の駆動に適当であることを特徴とする請求項１９〜２６までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱電気タイプのハイブリッド牽引装置、すなわち、牽引に利用される出力が少なくとも１台の熱機関によって、および/または少なくとも1台の電気機械によって供給される牽引装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術では、２タイプのハイブリッド牽引装置、すなわち、直列ハイブリッド装置と並列ハイブリッド牽引装置が知られている。
【０００３】
直列ハイブリッド牽引装置では、内燃機関は電気エネルギーを発生させる電気発電機に供給されると同時に貯蔵バッテリーに部分的に貯蔵される機械的エネルギーを生み出すとともに、部分的に、車両に牽引力を提供する電動原動機を提供する。これらの装置では、車両牽引に必要なエネルギーがこのように熱機関によって生み出されるが、その牽引は電動原動機に利用によってもたらされる。
【０００４】
電動原動機の存在は、減速および制動の段階で、前記原動機の発電機としての運転によって、貯蔵バッテリーに貯蔵される電気エネルギーへの変換によって車両の運動エネルギーの一部の回復を可能にするもので、このバッテリーは車両の電気設備と電気牽引原動機の両方の供給用に利用可能である。
【０００５】
並列ハイブリッド牽引装置では、車両の牽引は、共に機械的エネルギーを車輪に伝達する燃焼機関によってまた電動原動機によっても同時に確保される。貯蔵バッテリーを再充電すると、おそらく電動原動機も提供する燃焼機関と連結される電気発電機もまた提供可能である。
【０００６】
一方で車輪の牽引用の電動原動機の存在により内燃機関の最適条件すなわち、最大効率条件での走行が可能となり、他方で、損失の増加がもたらされる場合には、出力の車輪への伝達を通じた追加の機械的損失がいずれの車両にも存在する限り、通常、機械的損失よりも数倍大きいハイブリッド牽引装置に存在する電気機械の電気的損失が付け加わる。この理由は、内燃機関の利用だけで車両を駆動させることによって電気機械を牽引装置から除外することはハイブリッド装置のいずれのタイプの場合にも不可能であって、たとえ、車両がその最大効率運転条件の内燃機関によってのみ駆動可能である条件、すなわち、普通、非都会または高速道路走行時に発生するほぼ一定速度の運動条件が生じる場合でも、不可能だからである
【０００７】
ハイブリッド牽引装置、特に並列ハイブリッド牽引装置のもう一つの欠点は、全体の大きさがかなり大きく、この点によりこれらは小さな寸法の車両の採用には不適当となる。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、内燃機関牽引部品だけすなわち、電気的性質の損失を排除して装置の効率を改善するよう電気部品を除いた内燃機関を利用してでも、与条件で車両の駆動を可能にするハイブリッド内部熱電気牽引装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、さらに、比較的小さな大きさの車両上でも取り付けが可能であるように小型でかつ面倒の少ないハイブリッド牽引装置を提供することにある。
【００１０】
本発明によると、内燃機関、少なくとも１台の第１電気機械と少なくとも１台の第２電気機械、前記内燃機関と少なくとも１台の前記電気機械への機械的接続に適切な第１伝動手段、少なくとも１台の前記電気機械と車輪への機械的接続に適切な第２伝動手段が含まれ、さらに前記第１伝動手段と前記第２伝動手段を通じて内燃機関によってのみ車輪への機械的動力の伝達を可能にする適切な接続または拘束手段が含まれることを特徴とする車両用のハイブリッド牽引装置が提供される。
【００１１】
本発明によると、一定またはほぼ一定の移動速度の条件が生じるかまたは、内燃機関の運転設定の単純調整によって変動しうる運動速度が生じる場合に、電気牽引を除いた内燃機関の利用だけでも車両の駆動が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照すると、１は内燃機関２（図示されず）が含まれる本発明による装置を示し、その出側軸棒が機械的に駆動軸棒３に接続され、その軸棒上に、第１電気機械５の第１回転子４が取り付けられる。中空被駆動軸棒６はこれに関して自由に回転できるように軸棒３に挿入される。被駆動軸棒６上には、運動を牽引車輪に伝達する追加ギア輪１〜４が順番に取り付けられる補助軸棒１３上に取り付けられる、第２対のギア輪のそれぞれギア輪１１と噛合するかあるいはギア輪１１および１２とそれぞれ噛合する、第２電気機械８の第２回転子７および第１ギア輪９または第１対ギア輪９および１０が取り付けられる。
【００１３】
第１軸棒３と中空軸棒６は、プログラム可能な自動制御作動器または摩擦クラッチ１５の噛合または解放用のスリーブ１８制御ペダル１７の利用によって駆動可能である摩擦クラッチ１５を利用して一体化可能である。
【００１４】
第１電気機械５と第２電気機械８は、図１に模式的にのみ示される電力変換調整手段１９および電気エネルギー蓄積手段２０に電気的に接続される。
【００１５】
本発明による装置は下に詳細に公開される車両運動条件に応じて様々な形態により極めて柔軟性のある運転を可能にする。
【００１６】
純粋電気牽引による前後運動形態：この形態では、摩擦クラッチ１５が駆動軸棒３と被駆動軸棒６が機械的に一体に接続されないように作動器１６によってまたはペダル１７によって解放が維持される。変換手段１９を通じて蓄積手段２０によって供給される第２電気機械８は、ギア輪９および１１またはギア輪１０および１２を通じてさらにギア輪１４を通じて、車両車輪運動の最終伝動装置を順番に駆動させる補助軸棒１３を駆動させる被駆動軸棒６を駆動させることによって、機械的動力を車輪に伝達する。２対のギア輪９，１１および１０，１２は、被駆動軸棒６と補助軸棒１３との間の２種の伝達比、すなわち、ギア輪１０および１２が噛合する時の低速度用減速比ならびに、ギア輪９および１１が噛合する時の高速用高減速比を可能にする既知の装置によって選択可能である２種の速度の速度変更ギアを構成する。この運転形態では、車両の牽引に必要なすべての出力は蓄積手段２０から取り出されると同時に、内燃機関はスイッチが切られる。車両の減速中あるいは制動段階中は、第２電気機械８は一部の運動エネルギーを蓄積手段２０に送られる電気エネルギーに変換する発電機として運転可能である。
【００１７】
車両性能は第２電気機械８、変換調整手段１９、および蓄積手段２０にのみ依存する。車両速度は第２電気機械８の速度を変化させることにより、原動機として作動させて連続して変動可能である。車両の航続距離は蓄積手段の電気エネルギーの能力次第である。装置のエネルギー損失は電気タイプが支配的である。
【００１８】
車両の逆方向移動は特定のギア比を必要とせず、変換制御手段１９を利用した第２電気機械８の回転方向の単純な逆転によって得られる。
【００１９】
直列ハイブリッド牽引の運動形態：この形態においても、摩擦クラッチ１５は、機関軸棒３と駆動軸棒６が機械的に一体に接続されるように作動器１６によってあるいはペダル１７によって解放状態が継続される。
【００２０】
内燃機関２は機関軸棒３によって蓄積手段２０に蓄積される電力を発生させる発電機として作動する第１電気機械５を駆動させる。車輪に対する牽引は、純粋電気牽引運転を参照して既に公開された通りの原動機として作動する第２電気機械８によって確保される。
【００２１】
獲得可能な性能は、速度変更ギアで選択される比に加えて第２電気機械８、変換制御手段１９ならびに蓄積手段２０にのみ依存すると同時に、蓄積手段に第１電気機械５によって作られる電気エネルギーが連続して提供される限り、蓄積手段２０の参照電圧が公称条件により近い場合には平均して前述の事例よりも高い。
【００２２】
航続距離は電気エネルギーの入手度合い、内燃機関のキロメートル当たりの燃料消費、および車両に貯蔵される燃料量に依存する。
【００２３】
車輪へのすべての出力は第２電気機械８によって提供される。
【００２４】
支配的な燃料損失は電気機械５および８、変換調整手段１９および蓄積手段２０による電気タイプのものである。
【００２５】
純粋機械牽引の前進形態：条件が許す場合であって、平均して高速である、例えば非都会または高速道路走行時で、過度に変動しない速度で走行される区間の出発時点において、平均して、熱機関が一定の車両速度および一定の分当たりの回転数rpmに達した後、摩擦クラッチ１５は作動器１６またはペダル１７を利用して噛合されて、機関軸棒３と被駆動軸棒６を一体化させる。こうして、内燃機関は被駆動軸棒６を直接に作動させると同時に、速度変更を通じて車輪への最終の伝動装置に伝達する補助軸棒１３を作動させる。
【００２６】
この運転形態では、出力は純粋な機械経路を経由して熱機関から牽引輪へ移動させ、電気機械５と８が作動解除されるので、牽引輪への出力伝動装置に連結されるすべての電気損失が排除される。
【００２７】
電気機械５と８のいずれかあるいは両方とも、これを再充電するかおよび/あるいは車両の補助電気設備を提供する電気エネルギーを蓄積手段２０に供給する内燃機関によって供給される発電機として、あるいは減速あるいは制動の際に車両の牽引輪によって牽引される発電機として、運転可能である。
【００２８】
車両の速度変動は状況に応じて選定可能な様々な形態による原動機推進装置全体によって許容される限度内で行われる。例えば、速度変動は専ら熱機関の許容程度で作動させることによって行われる結果、熱機関のトルクと分当たり回転数rpmを変動させることができる。
【００２９】
平行ハイブリッド牽引タイプの運動形態：ピッチをあげる場合あるいは斜面を登るときのように相当な上昇出力が必要とされる場合で車両の速度を急速に上昇させなくてはならない場合に、熱機関の許容範囲で変動させた上で、電気機械５および８の利用によって片方あるいは両方を原動機として運転させることにより、これらによる発生出力を熱機関による配分出力と合算する車両速度および車両への出力伝達の調節が可能である。
【００３０】
さらに、電気機械５と８の発電機としての運転によって車両を減速させる制動トルクが発生し、同時に、蓄積手段２０の再充電用電気エネルギーも発生する。大幅な減速が必要とされる場合には、摩擦クラッチ１５は熱機関が過度に減速しないように解放されなくてはならない。
【００３１】
前進運動における減速および制動中のエネルギー回復形態：減速および制動形態に応じて別々の構成が可能である。
-牽引装置によって車輪に伝達される制動トルクが中間より低い場合には、中間より低速あるいは中間から中間より高速で摩擦クラッチが解放可能であると同時に、発電機として作動する第２電気機械８が制動トルクを発生可能であって電気機械８によって発生する電気エネルギーは蓄積手段２０に貯蔵される。
-前述の制動トルクが中間より高い場合には、そのトルクは内燃機関のエンジンブレーキならびに発電機として運転される電気機械５と８によって発生する制動トルクの活用によって生成可能であり、摩擦クラッチ１５は従って噛合されなくてはならない。発電機として運転される電気機械５と８によって作られる電気エネルギーは蓄積手段２０に貯蔵される。
-最後に、高速時に前述の制動トルクを高くしなくてはならない場合は、摩擦クラッチの解放と同時に、機関軸棒３を通じて第１電気機械５を利用し燃焼機関を加速する一方で、第２電気機械８は発電機として運転されるのが有利である。必要な制動出力はこうして第１電気機械５によって加速される内燃機関のエンジンブレーキによって、また第２電気機械８によって配分される電力と原動機として運転される第１電気機械５によって吸収される出力との間の差によってもたらされ、この差は蓄積手段２０に貯蔵される。
【００３２】
燃焼機関の発車：熱機関の発車には、熱機関が、一般にガソリン機関の場合にように中位から低位までのあるいは特に寒冷気候条件におけるディーゼル機関の場合におけるような高い値の発車トルクを必要とするかどうかには関係なく２つの形態が可能である。
【００３３】
必要とされるトルクが中位から低位までの値の場合には、その瞬間において第２電気機械８に依存する車両の運動状態を変更せずに摩擦クラッチ１５の解放を維持して、機関軸棒３を利用して熱機関を回転させる第１電気機械５の原動機としての作動化により、機関は車両の運動条件に関係なく発車可能である。
【００３４】
必要トルク値が大きい場合には、機関は機関が伝動軸棒３を利用する電気機械および被駆動軸棒６の両方によって回転されるように、電気機械５と８の原動機としての駆動ならびに摩擦クラッチ１５の噛合の両方によって発車される。この事例では、電気機械５と８は同じ速度で回転するとともに速度変更は中立位置に置かれることが明らかであろう。
【００３５】
車両の発車：本発明による装置は４つの車両発車形態を可能にする。
【００３６】
第１発車形態では、第１電気機械５と第２電気機械８は作動化されない。また、発車は摩擦クラッチ１５を利用して内燃機関２の車輪への接続によって行われる。牽引はこのように純粋に機械的であると同時に、利用可能な静的トルクは内燃機関２が供給可能なだけのものである。第２発車形態では、摩擦クラッチ１５が解放されて、内燃機関２と車輪間の機械的接続はなくなり第１電気機械５は作動解除されると同時に、第２電気機械８が蓄積手段２０によって提供される原動機として運転される。牽引はこのように純粋に電気的であるとともに利用可能な静的トルクは、第２電気機械８が蓄積手段２０によって配分される最大電流に応じて供給可能な分だけのものである。この形態では、従って、利用可能な静的トルクは蓄積手段２０の特性によって限定されると同時に普通はむしろ小さい。この形態は従って、静的トルクの限界値が必要とされる時に利用可能である。
【００３７】
第３発車形態では、装置は直列ハイブリッド構成である。摩擦クラッチ１５は解放され、内燃機関２は発電機として運転される第１電気機械５を作動させる。第１電気機械５は原動機として運転されると同時に第２電気機械８を提供するとともに車輪を駆動させる。この形態は、静的トルクは第２電気機械８によってもたらされるものであると同時に専ら第２電気機械８の特徴に依存する。
【００３８】
第４発車形態では、装置はハイブリッド牽引構成、すなわち、摩擦クラッチ１５の噛合によって車輪に接続される内燃機関２について、また、蓄積手段２０によって提供される原動機として運転される電気機械５と８についてのいずれかまたは両方について、並列状態にある。従って、車輪に利用可能である静的トルクは機関２によって提供される静的トルクと電気機械５と８のいずれかまたは両方によって提供される静的トルクの合計である。この第４発車形態は特に大きな静的トルクが必要とされる場合、例えば、車両が全力負荷のもとにあるかまたは斜面での発車が行われなくてはならない場合に必要とされる。
【００３９】
変動速度変更伝達比：伝達比を変動させるには、摩擦クラッチ１５が解放される場合に速度変更ギアは図示されていない作動器によって中立位置に置かれると同時に、被駆動軸棒６はその速度を噛合される速度変更ギアの新たな伝達比によって必要とされる速度と同期をとる第２電気機械８によって加速あるいは減速される。最後に、作動器は新たな伝達比をなすために必要とされるギア輪９，１１または１０，１２の対を噛合させる。
【００４０】
図２には、摩擦クラッチ１５ではなく位置スリーブ連結装置２１によって駆動軸棒３と被駆動軸棒６の連結と連結解除が得られるという点を通じて図１に示される実施例とは異なる本発明による牽引装置の第２実施例が図示される。
【００４１】
内面機関２に面するそれぞれの端部における被駆動軸棒３と駆動軸棒６には、既知のタイプの第１クラッチ要素２３および第２クラッチ要素２４、例えば、前歯付き連結要素が設置され、同様にして、内燃機関の出力軸棒２aには、クラッチ要素２３と２４と同様に追加クラッチ要素２５が機関軸棒３と被駆動軸棒６に面する端部に設置される。クラッチ要素２３，２４および２５は、３ヶ所の位置をとることのできる滑動可能なスリーブ２２によって選択して一体連結可能である。滑動可能スリーブ２２には、その内面上に、クラッチ要素２３，２４および２５との連結に相応しい第１連結要素２６および第２連結要素２７が設置され、２つの連結要素２６と２７は前面歯付きの連結要素の形状をとりうる。第１連結要素２６は、第１クラッチ要素２３および第２クラッチ要素あるいは第１クラッチ要素２３と追加クラッチ要素２５との連結に適切であって、これらを一体に接続する一方、第２連結要素２７は、第１連結要素が第１クラッチ要素２３および追加クラッチ要素２５と連結される場合の第２クラッチ要素２４との連結に適切である。第１位置では、図２の右に移動されるスリーブ２２の場合、該スリーブ２２の第１連結要素２６はこうして一体に接続される第１クラッチ要素２３および第２クラッチ要素２４と連結されて駆動軸棒３と被駆動軸棒６の間の接続を行う一方で、内燃機関が駆動軸棒３から接続解除される。この条件では、車両は原動機として運転される電気機械５と８のいずれかあるいは両方によって純粋電気牽引によって駆動されると同時に、出力が速度変更ギアの補助軸棒１３に伝達される。制動段階中は、両電気機械は車両の制動が可能であり出力を発生させる。
【００４２】
第２位置では、中央位置まで移動される滑動可能なスリーブ２２について、第１連結要素２６がこうして一体に接続される第１クラッチ要素２３および追加クラッチ要素２５と連結されて、内燃機関の軸棒２aと駆動軸棒３との間の接続を行う一方で、被駆動軸棒６は内燃機関によって駆動軸棒３から解放される。この条件では、直列ハイブリッドの運動形態が行われ、車両に対する牽引は蓄積手段２０からエネルギーを吸収する原動機として運転される第２電気機械８によってもたらされる一方で、内燃機関は発電機として作用して電気エネルギーを蓄積手段２０にもたらす第１電気機械５を駆動軸棒３により駆動させる。
【００４３】
第３位置では、左に完全に移動される滑動可能なスリーブ２２について、第１連結要素２６が第１クラッチ要素２３および追加クラッチ要素２５と連結される一方で、第２連結要素２７はすべてのクラッチ要素２３，２４と２５が一体に接続されるように第２クラッチ要素２４と連結されて、内燃機関の出力軸棒２aすなわち、駆動軸棒３と被駆動軸棒６の間の接続が行われる。この条件では、純粋機械的牽引の運動形態と並列ハイブリッド牽引の運動形態の両方が行われて、車両の牽引は内燃機関だけによってもたらされうる一方で、電気機械５と８は蓄積手段２０に貯蔵される電気エネルギーを生み出す発電機として運転可能であるか、あるいは電気機械５と８がエネルギーを内燃機関に平行な車輪に提供する原動機として利用されて個別にあるいは両方とも運転されるかあるいは作動解除の維持が可能である。
【００４４】
滑動スリーブ２２の第３位置の順番は、静止条件から出発する場合に最大出力の運動条件に到達するまでの車両の牽引構成のエネルギー上最も適切な順番に一致する。
【００４５】
図３では、内燃機関１０２（図示されず）が含まれる発明による牽引装置の追加実施例が示され、その駆動軸棒１０３に機械的に接続される出力軸棒は、第１電気機械１０５の回転子１０５aに接続される中央の太陽ギア１０４bと噛合し、複数の衛星ギア１０４cを持ち運びする遊星装置１０４の衛星保持器１０４aを駆動させる。衛星ギア１０４cと噛合する遊星装置１０４の外部王冠１０６は第２電気機械１０８の回転子１０７と運動の車輪への最終伝動装置を駆動させるギア１０９に接続される。
【００４６】
第２電気機械１０８は、第１電気機械の固定子１０５bの上で外側に同軸である固定子１０８aおよび固定子１０８a外側にこれと同軸の回転子１０７と第１電気機械１０５上の外側に同軸である。２台の電気機械１０５と１０８は同一ケーシング１１２で包まれる。電気機械１０５と１０８は電力変換制御手段１１３により電気エネルギーの蓄積手段１１４に接続される。
【００４７】
２つの共軸かつ同軸の電気機械１０５と１０７を伴うこの構成により伝動装置の全体半径寸法が縮小でき軸と軸棒のずれをもたらす偏心または中間ギアもない。さらにこの構成により軸方向に直線に並ぶ電気機械の既知の構成に関して牽引装置の軸方向の寸法がかなり短縮可能となる。
【００４８】
さらに、第２電気機械１０８の回転子１０７が固定子１０８aの外側にあるという点により同一の横方向寸法のわりに、第２電気機械１０８によって配分可能なトルクが最大限発揮できるだけでなく、それゆえ放射方向の全体寸法の観点からも極めてコンパクトな方案が得られる。
【００４９】
最後に、２台の電気機械１０５と１０８が２台の機械に共通な同一ケーシングに包まれかつ支持されるという点により極めてコンパクトでかつ面倒のない２台の電気機械１０５と１０８の構造が得られるだけでなく、内部応力および反力トルクの相互補完も可能となりえる。
【００５０】
内燃機関１０２によって生成される機械的動力は遊星装置１０４の２部分に分割されて出力分割器として作用し、その第１部分は発電機として機能する第１電気機械１０５によって電力に変換されるとともに第２電気機械１０８によって機械的動力に再変換され、その第２部分は遊星装置の王冠１０６上で第２電気機械１０８によって生成される機械的動力に付加されるとともにその後、車輪への最終的伝動装置に伝達される。
【００５１】
出力の分割とそれに続く再組合せの過程において、内燃機関からくる当初出力のトルクと速度の係数が負の値にも拡がる範囲の間で連続して変動可能であるよう、すなわち車両の運動方向が逆転される可能性を伴う内燃機関と牽引車両間の伝達比が生み出されるように変更される。
【００５２】
機関軸棒１０３は内燃機関１０２を遊星装置１０４の衛星保持器１０４aの本体に接続し、これによってこうしてそのトルクと角速度が伝達される。
【００５３】
遊星装置の太陽ギア１０４bは第１電気機械１０５の回転子１０５aに接続されるが、外側王冠１０６は第２電気機械１０８の回転子１０７および最終的な車輪への伝動装置を駆動させるギア１０９と一体である。遊星装置の３要素間の速度分布は既知のウィリスの法則に支配される。
2009502647.tif 000003
但し、それぞれΩsは太陽ギア１０４bおよび第１電気機械１０５の回転子１０５aの速度、Ωmは衛星保持器の速度、Ωcは王冠１０６および第２電気機械１０８の回転子１０７およびギア１０９の速度、Z1,Z3は太陽ギア１０４bおよび王冠１０６の歯の数である。
【００５４】
第１電気機械１０５が電力である場合、その回転子１０５aは抵抗トルクCsを太陽ギア１０４bに伝達し、前記トルクは外側王冠１０６上のトルクCrおよび遊星装置１０４の衛星保持器１０４a上のトルクCmを発生させ、これらのトルクが均衡関係によって相互に連結される。
2009502647.tif 000004
【００５５】
同時に、発電機として運転される第１電気装置１０５によって生成される電力は、原動機として運転される第２電気機械１０８への供給に利用され、その回転子１０７により外側王冠１０６に伝達されるトルクC2が発生する。
【００５６】
こうして、トルクCuは外側王冠１０６上に作用しこれがトルクCrおよびトルクC2の合計となる。
【００５７】
トルクCuは下流への伝達、特に車両の牽引輪を動かすのに十分な値のものである場合、王冠１０６は衛星保持器１０４aの速度に一致する方向への回転を起動させると同時に、太陽ギア１０４bの速度は衛星保持器１０４aの速度が一定に維持される場合には減速され、王冠１０６、太陽ギア１０４bおよび衛星保持器１０４aの３種の速度が、前述の既知のウィリスの法則によってのみ連結される。
【００５８】
王冠１０６そしてつまりは牽引輪の速度を上昇させるには（衛星保持具１０４aの速度が変動しないで維持される場合に、第１電気機械１０５の回転子１０５aを減速させる電気制御調整手段１１３により制御する太陽ギア１０４bの減速、これはまた太陽輪１０４bの停止点までもの減速が必要である一方で、前述の均衡関係のおかげで第１電気機械１０５とのトルクのやりとりが継続される。これらの条件では、電気機械１０５は電力を消散させる電気的に遮断された回転子の条件で運転される。
【００５９】
第１電気機械１０５が運動方向を逆転させる、すなわち、原動機として起動されて運転される一方で、トルクの符号が不変に維持される場合には、遊星装置１０４は分割器の機能から出力付加器のものに変化し、衛星保持器１０４aを通じて入ってくる出力は、王冠１０６の回転速度が、第１電気機械１０５の回転子１０５aの回転速度の上昇とともに、また、既知のウィリスの法則に応じて増加するということにとなって、太陽ギア１０４bを通じて入ってくる出力に付加されると同時に、王冠に伝達される出力もまた、内燃機関によって駆動軸棒１０３に伝達される出力と原動機として運転される第１電気機械１０５によって生成される機械的動力の合算値となろう。
【００６０】
この場合には、王冠１０６上の機械的動力は、牽引車輪に向けられる機械的動力の第１部分と第１電気機械１０５への供給に必要な電力を生み出す発電機としてこれを運転させる第２電気機械１０８の牽引に必要な第２部分との間で分割可能である。これまでの前提は、駆動軸棒１０３の速度は一定である一方、遊星装置の王冠１０６に接続されるギア１０９の速度はゼロ値から徐々に増加して太陽ギア１０４bを捕捉するまで変化するとともに、第１電気機械１０５の運動方向が逆転される場合にはさらに上昇し、発電機としての運転から原動機としての運転まで変化する一方で、第２電気機械１０８は原動機としての運転から発電機としての運転に順番に変化するという点にある。
【００６１】
遊星装置によりこうして第１電気機械１０５および第２電気機械１０８の速度調整装置に作用することによって行われる牽引輪の速度の連続的変動を伴う伝達が行われる。牽引輪の速度は内燃機関１０２によって生み出される速度と出力、すなわち駆動軸棒１０３の速度と遊星装置１０４の衛星保持器１０４aに伝達される出力の調節によってさらに変動可能である。
【００６２】
第１電気機械１０５の回転子１０５aの軸棒１１０上には、その回転を防止する軸棒１１０の固定を可能にする制動装置１１１が設置される。
【００６３】
車両運動条件がブレーキ１１１を利用するほぼ一定の速度を必要とするような場合、駆動軸棒１０３に供給されると同時に遊星装置１０４に伝達される機械的動力の牽引輪への伝達の確保ができることによって電気機械１０５と１０８が排除される。
【００６４】
第１電気機械１０５の回転子１０５aの場合、また従ってブレーキ１１１の作用によって遮断される太陽ギア１０４bの場合のこの運転条件は、太陽ギア１０４bの固定が第１電気機械１０５の非制動の回転子１０５aによって維持される条件とは異なる。実際、後者の場合には、第１電気機械１０５における電力の消散がある一方、回転子１０５aがブレーキ１１１の介在を通じて固定される場合には、第１電気機械１０５の電力の消散はないので、電気損失の排除がもたらされると同時に、牽引輪への出力伝達効率が引き続き上昇する。
【００６５】
ブレーキ１１１は、電力連鎖の特徴であるすべての電気損失およびトルク電気機械すなわち、電気的に固定された回転子付き第１電気機械１０５の状況の特徴的な欠点の絶滅化をもたらす出力分割器から通常の列車に至る遊星装置の機能変更の制御装置である。
【００６６】
実際には、太陽ギア１０４bの速度は巡航速度までの車両速度の上昇の間にはゼロに近づくのでブレーキ１１１の介在は制御され、これにより太陽ギア１０４bの捕捉まで発電機として運転される第１電気機械１０５によって引き出される制動トルクに平行な太陽ギア１０４b上の抵抗トルクが引き出される。この点においては、ブレーキ１１１は太陽ギア１０４b上のトルクの保持機能を果たさなくてはならなく、そのトルクは内燃機関によって配分されるものおよび王冠上で引き起こされるものに比例して変化すると同時に牽引輪に最終伝達に向けられる。
【００６７】
この運動構成の場合、また固定伝達比の適切な選択に応じた車両の対地速度変動は、従来の伝動装置が設置される車両の場合と全く同じように、同一伝達比に関連する範囲内で内燃機関に対する速度調整を通じてのみ行われる。最大出力条件から最大トルク条件まで３０％に及ぶ駆動トルクの大幅な上昇をもたらす近代的な機関の特徴により、提供される駆動軸棒の広範な速度変動幅、つまり一定の伝達比の場合でも得られる広範な車両速度変動幅を越えるほぼ一定の出力、が可能となる。従って、ハイブリッド運転形態の一時的な排除を可能にするブレーキ１１１により制動される第１電気機械１０５の回転子１０５aを伴う運転構成は車両速度の申し分ない調整に不利ではないどころか、制御装置１１３による回転子１０５aの電気的固定の維持と関連した電気損失はゼロにできる。
【００６８】
制動手段１１１による第１電気機械１０５の回転子１０５aの制動もまた車両の発車時の静的トルクの上昇と調整を可能にするために採用される。
【００６９】
実際には、車両が静止している場合の発車が必要とされる場合、制動手段１１１の介在不在で利用可能な静的トルクCusの値は、発電機として運転される第１電気機械１０５の回転子１０５aにより太陽ギア１０４b上に取り出される抵抗トルクCsによって、また原動機として運転される第２電気機械１０８の回転子１０７により王冠１０６に伝達されるトルクC2によって、公式
2009502647.tif 000005
により決定される。
【００７０】
制動手段１１１の作動化により制動手段１１１によって取り出される追加抵抗トルクCfは、燃焼機関により配分可能なトルクの最大値にまで到達する抵抗トルクCs+Cf値iまで、おそらくは機関の慣性トルクも含め、第１電気機械１０５によって取り出される抵抗トルクCsに追加される。こうして、王冠１０６上に得られる静的トルクCusは
2009502647.tif 000006
に等しくなろう。
【００７１】
このように、特に、高負荷条件でも車両発車の確保に十分であると同時に最大値
2009502647.tif 000007
に到達しうる静的トルクが利用可能である。
【００７２】
ここで、Cmは内燃機関１０２によって取り出し可能な静的トルクの最大値を示す。
【００７３】
実際の実施例では、材料、寸法、および構造詳細は説明されたものと異なって良いが、これによって本発明の範囲外に相当せずに技術的に等価でありえる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
本発明は次に付録の図面を参照して公開される。
【００７５】
【図１】本発明によるハイブリッド牽引装置の第１実施例の長さ方向断面図
【図２】本発明によるハイブリッド牽引装置の第２実施例の長さ方向断面図
【図３】本発明によるハイブリッド牽引装置の第３実施例の長さ方向断面図
【図１】
2009502647.tif 000008
【図２】
2009502647.tif 000009
【図３】
2009502647.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月6日(2007.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２）、少なくとも１台の第１電気機械（５）と少なくとも１台の第２電気機械（８）、前記内燃機関（２）と前記電気機械（５）のうちの少なくとも１台に機械的に接続される第１伝動手段（３）、前記電気機械（８）のうちの少なくとも１台ならびに車輪の機械的接続に適当な第２伝動手段（６）、前記第１伝動手段（３）と前記第２伝動手段（６）を通じた内燃機関（２）だけによる機械的動力の車輪への伝達を可能にするのに適当な接続または拘束手段（１５，２１）が含まれる車両牽引用ハイブリッド牽引装置において、前記第１伝動手段に前記内燃機関（２，１０２）に接続可能な駆動軸棒（３）が含まれると同時に、前記第２伝動手段（６）に中空被駆動軸棒（６）が含まれ、前記駆動軸棒（３）がその軸に関して自由な回転が可能なように前記中空被駆動軸棒（６）を貫通して挿入され、第１電気機械（５）の回転子（４）が前記駆動軸棒（３）に取り付けられると同時に、第２電気機械（８）の回転子（７）が前記被駆動軸棒（６）に取り付けられることを特徴とする車両牽引用ハイブリッド牽引装置。
【請求項２】
前記接続または拘束手段に前記第１伝動手段（３）と前記第２伝動手段（６）間で機械的接続の確立または中断に適当な摩擦クラッチ手段（１５）が含まれる請求項１に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項３】
前記接合または拘束手段に前記第１伝動手段（３）と前記第２伝動手段（６）間に機械的接続の確立または中断に適当なクラッチ装置（２１）が含まれる請求項１に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項４】
前記被駆動軸棒に、
車輪に機械的に接続される追加ギア輪（１４）が取付けられる補助軸棒（１３）に取付けられる、それぞれ対応するギア輪（１１）あるいはそれぞれ第２組のギア輪の対応する組のギア輪（１１，１２）の噛合に適当な第１ギア輪（９）または第１組のギア輪（９，１０）が取付けられる請求項１〜３のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項５】
前記摩擦クラッチ手段（１５）がプログラム組込み自動制御作動手段（１６）を利用して駆動可能である請求項２または請求項４に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項６】
前記摩擦クラッチ手段（１５）がペダル手段（１７）を利用して駆動可能である請求項２または請求項４に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項７】
前記クラッチ装置（２１）に、前記内燃機関（２）に面する前記駆動軸棒（３）および前記被駆動軸棒（６）の各端部に設置される第１クラッチ要素（２３）と第２クラッチ要素（２４）が含まれ、追加クラッチ要素（２５）が前記駆動軸棒（３）と被駆動軸棒（６）に面する前記内燃機関の出力軸棒（２a）の端部に設置され、前記クラッチ要素（２３，２４，２５）が選択して一体に接続可能である請求項３または請求項４に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項８】
前記クラッチ装置（２１）に、前記クラッチ要素（２３，２４，２５）の一体接続に適当な滑動可能なスリーブ手段（２２）が含まれる請求項７に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項９】
第１滑動位置の前記滑動可能スリーブ手段（２２）が前記第１クラッチ要素（２３）と前記第２クラッチ要素（２４）を一体に接続する請求項８に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項１０】
第２滑動位置の前記滑動可能スリーブ手段（２２）が前記第１クラッチ要素（２３）と前記追加クラッチ要素（２５）を一体に接続する請求項９に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項１１】
第３滑動位置の前記滑動可能スリーブ手段（２２）が前記第１クラッチ要素（２３）、前記追加クラッチ要素（２４）ならびに前記追加クラッチ要素（２５）を一体に接続する請求項９または請求項１０に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項１２】
前記第１滑動位置、前記第２滑動位置および前記第３滑動位置が連続的である請求項１０に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項１３】
前記滑動可能スリーブ手段（２２）の内面上に、前記第１クラッチ要素（２３）と前記第２クラッチ要素（２４）、あるいは前記第１クラッチ要素（２３）と前記追加クラッチ要素（２５）との結合ならびに一体接続に適当な第１結合要素（２６）、が設置される請求項８〜１２のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項１４】
前記滑動可能スリーブ手段（２２）の内面上に、前記第１結合要素（２６）が前記第１クラッチ要素（２３）および前記追加クラッチ要素（２５）と結合される場合の前記第２クラッチ要素（２４）との結合に適当な第２結合要素（２７）が設置される請求項１３に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項１５】
内燃機関（１０２）、少なくとも１台の第１電気機械（１０５）と少なくとも１台の第２電気機械（１０８）、前記内燃機関（１０２）および前記電気機械（１０５）の少なくとも１台への機械的接続に適切な第１伝動手段（１０３，１０４，１０４b）、前記電気機械（１０８）の少なくとも１台および車輪への機械的接続に適切な第２伝動手段（１０６）、前記第１伝動手段（１０３，１０４、１０４b）と前記第２伝動手段（１０６）を通じた内燃機関（１０２）によってのみ機械的動力の車輪への伝達を可能にするのに適切な接続または拘束手段（１１１）が含まれる装置において、前記第１伝動手段に、前記内燃機関（１０２）への機械的接続可能な駆動軸棒（１０３）、複数の遊星ギア（１０４c）の運びに適当な遊星装置（１０４）の衛星保持手段（１０４a）ならびに前記遊星装置（１０４）の太陽ギア（１０４b）が含まれ、前記太陽ギア(１０４ｂ）が、前記第１電気機械（１０５）の回転子（１０５a）の軸棒（１１０）に接続され、前記太陽ギア（１０４b）が前記遊星ギア（１０４c）との噛合に適切であり、前記第２伝動手段に、前記電気機械（１０８）の回転子（１０７）ならびに車輪に機械的に接続されるギア（１０９）に接続される前記遊星装置（１０４）の王冠（１０６）が含まれ、前記王冠（１０６）が前記遊星ギア（１０４c）との噛合に適切であり、前記第２電気機械（１０８）が第１電気機械（１０５）と外側に同軸であることを特徴とする車両牽引用ハイブリッド牽引装置。
【請求項１６】
前記第１電気機械（１０５）の回転子（１０５a）の回転の機械的停止に適切な前記接続または拘束手段に制動手段（１１１）が含まれる請求項１５に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項１７】
前記第２電気機械の固定子（１０８a）が前記第１電気機械の固定子（１０５b）と外側に同軸であると同時に、前記第２電気機械（１０８）の前記回転子（１０７）が前記第２電気機械の前記固定子（１０８a）と外側に同軸である請求項１５または請求項１６に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項１８】
前記第１電気機械（１０５）と前記第２電気機械（１０８）が２台の該電気機械に共通のケーシングに包まれる請求項１５〜１７のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項１９】
前記第１電気機械（５，１０５）および前記第２電気機械（８，１０８）が、電気エネルギーの蓄積手段（２０，１１４）に順番に接続される電力変換調整手段（１９，１１３）に接続される請求項１〜１８のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項２０】
前記変換調整手段（１１３）が第１電気機械（１０５）の回転子（１０５a）の電気的固定に適切である請求項１５〜１８のいずれか１つに付加された請求項１９によるハイブリッド牽引装置。
【請求項２１】
前記変換調整手段（１９，１１３）を通じた前記蓄積手段（２０，１１４）によって給電される少なくとも１台の前記第１電気機械（５，１０５）と原動機として運転される第２電気機械（８，１０８）を利用すると同時に、前記内燃機関（２，１０２）が非活動条件にある純粋電気牽引形態の前記車両の駆動に適切であることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項２２】
前記第１電気機械（５，１０５）が非活動条件にあると同時に、前記第２電気機械（８，１０８）が原動機として運転される請求項２１に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項２３】
前記第１電気機械（５、１０５）および前記第２電気機械（８，１０８）が原動機として運転される請求項２１に記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項２４】
前記第１電気機械（５）および前記第２電気機械（８）が非活動状態にある前記内燃機関（２）を利用した純粋機械牽引形態の前記車両の駆動に適切であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項２５】
前記第１電気機械（１０５）と前記第２電気機械（１０８）が非活動状態にある前記内燃機関（１０２）を利用する純粋機械牽引形態の前記車両の牽引に適切であり、前記第１電気機械（１０５）の回転子（１０５a）が前記制動手段（１１１）によって固定維持されることを特徴とする請求項１５〜２０までのいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項２６】
前記内燃機関（２）によって回転され、発電機として運転される前記第１電気機械（５）によって提供される原動機として運転される前記第２電気機械（８）が、連続ハイブリッド牽引形態の前記車両の駆動に適切であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項２７】
前記内燃機関（１０２）によって回転され、原動機として運転される第２電気機械（１０８）が発電機として運転される前記第１電気機械（１０５）によって供給される連続ハイブリッド牽引形態の前記車両の駆動に適切であることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項２８】
前記内燃機関（１０２）に平行して、機械的動力の車輪への伝達のために原動機として運転される前記第２電気機械（１０８）が前記変換調整手段（１１３）を利用した前記蓄積手段（１１４）によって提供される平行ハイブリッド牽引形態の前記車両の駆動に適切であり、前記第１電気機械（１０５）の回転子が前記制動手段によって固定維持可能であることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項２９】
前記内燃機関（２）と平行して、車輪への機械的動力の伝達のために原動機として運転される前記第１電気機械（５）が前記変換調整手段（１９）を利用した前記蓄積手段（２０）によって提供される平行ハイブリッド牽引形態の前記車両の駆動に適切であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項３０】
前記内燃機関（２，１０２）と平行して、機械的動力の車輪への伝達のために原動機として運転される前記第１電気機械（５，１０５）と前記第２電気機械（８，１０８）が前記変換調整手段（１９，１１３）を利用した前記蓄積手段（２０，１１４）によって供給される平行牽引形態の前記車両の駆動に適切であることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項３１】
前記車両の出発段階において前記ギア（１０９）に伝達可能である静的トルクの調整と最大化のために前記制動手段（１１１）が利用可能であることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【請求項３２】
前記内燃機関（１０２）と平行して機械的動力を車輪に伝達するために原動機として運転される前記第１電気機械（１０５）が前記内燃機関（１０２）によって回転される発電機として運転される前記第２電気機械（１０８）によって提供される平行ハイブリッド牽引形態の前記車両の駆動に適切であることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１つに記載のハイブリッド牽引装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】ハイブリッド牽引装置
【０００１】
本発明は熱電気タイプのハイブリッド牽引装置、すなわち、牽引に利用される出力が少なくとも１台の熱機関によって、および/または少なくとも1台の電気機械によって供給される牽引装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術では、２タイプのハイブリッド牽引装置、すなわち、直列ハイブリッド装置と並列ハイブリッド牽引装置が知られている。
【０００３】
直列ハイブリッド牽引装置では、内燃機関は電気エネルギーを発生させる電気発電機に供給されると同時に貯蔵バッテリーに部分的に貯蔵される機械的エネルギーを生み出すとともに、部分的に、車両に牽引力を提供する電動原動機を提供する。これらの装置では、車両牽引に必要なエネルギーがこのように熱機関によって生み出されるが、その牽引は電動原動機に利用によってもたらされる。
【０００４】
電動原動機の存在は、減速および制動の段階で、前記原動機の発電機としての運転によって、貯蔵バッテリーに貯蔵される電気エネルギーへの変換によって車両の運動エネルギーの１部の回復を可能にするもので、このバッテリーは車両の電気設備と電気牽引原動機の両方の供給用に利用可能である。
【０００５】
並列ハイブリッド牽引装置では、車両の牽引は、共に機械的エネルギーを車輪に伝達する燃焼機関によってまた電動原動機によっても同時に確保される。貯蔵バッテリーを再充電すると同時におそらく電動原動機も提供する燃焼機関と連結される電気発電機もまた提供可能である。
【０００６】
一方で車輪の牽引用の電動原動機の存在により内燃機関の最適条件すなわち、最大効率条件での走行が可能となり、他方で、損失の増加がもたらされる場合には、出力の車輪への伝達を通じた追加の機械的損失がいずれの車両にも存在する限り、通常、機械的損失よりも数倍大きいハイブリッド牽引装置に存在する電気機械の電気的損失が付け加わる。この理由は、内燃機関の利用だけで車両を駆動させることによって電気機械を牽引装置から除外することはハイブリッド装置のいずれのタイプの場合にも不可能であって、たとえ、車両がその最大効率運転条件の内燃機関によってのみ駆動可能である条件、すなわち、普通、非都会または高速道路走行時に発生するほぼ一定速度の運動条件が生じる場合でも、不可能だからである
【０００７】
ハイブリッド牽引装置、特に並列ハイブリッド牽引装置のもう一つの欠点は、全体の大きさがかなり大きく、この点によりこれらは小さな寸法の車両の採用には不適当となる。
【０００８】
米国特許 US2003/0106729A1には、内燃機関、前記内燃機関の機関動力出力軸棒、該機関動力出力軸棒に関して軸方向に設置される伝動動力入力軸棒、トルクが伝達されるように２本の軸棒を接続する目的で該機関動力出力軸棒の回転中心線および該伝動動力入力軸棒と同軸で設置される噛合可能なクラッチ、固定子と回転子のある該機関動力出力軸棒の回転中心線と同軸の第１電気機械が含まれ、第１電気機械の回転子がトルクの伝達が可能なように機関動力出力軸棒および回転中心線と同軸の固定子と回転子のある第２電気機械に接続され、第２電気機械の回転子がトルクが伝達されるように伝動動力入力軸棒に接続されるハイブリッド駆動装置が公開されている。
【０００８】
欧州特許 EP 1199204には、ディーゼル機関と少なくとも２台の電気機械が含まれ、前記ディーゼル機関と前記少なくとも２台の電気機械が前記ディーゼル機関により伝達されると同時に前記電気機械によって伝達/吸収される動力の再分割/再組立装置に機械的に接続され、前記電気機械が発電機としても原動機としても運転可能であって、該装置が牽引装置の対地速度の少なくとも１区間で前記電気機械によって伝達/吸収される動力の電気的部分がゼロであるように構成される車両用推進装置が公開されている。
【０００８】
独国特許 DE 19849156では、内燃機関からギアボックスに伝達される牽引力が少なくとも１つのクラッチ装置の開放によって中断される場合に、橋渡しが起こる原動機車両用ドライブトレインが公開されている。これが行われるために、電気機械付き装置が利用され、これによって、前記機械が駆動側、特にギアボックスの出力軸棒に接続される。牽引力が少なくとも１つのクラッチによって中断される場合に牽引力が伝達される。
【０００８】
欧州特許 EP 1317050では、内燃機関と前記機関によって発生されると同時に、前記電気機械によって発生/取り出しされる動力の分割/再組立用装置に機械的に接続される少なくとも２台の電気機械が含まれて、前記電気機械が発電機としても原動機としても両方機能する車両用のハイブリッドパワートレインが公開されている。
【０００８】
米国特許 US 5931757には、機関からの動力の受け取り用の入力部材と伝動装置からの動力を伝搬する出力部材が利用される２形態複合分割機電伝動装置が公開されている。第１および第２原動機/発電機は、貯蔵手段、第１原動機/発電機ならびに第２原動機/発電機の中での電力の相互交換用の制御装置を通じたエネルギー貯蔵装置に操作して接続される。伝動装置は同軸で直線に並ぶ３つの遊星ギア部分集合を採用している。各遊星ギア配置は第１および第２ギア部材を利用するとともに、各第１および第２ギア部材は、台車上で回転するように取り付けられる複数の遊星ギアを網目状に噛合する。第１および第２原動機/発電機は、第１および第２原動機/発電機によって囲まれる３つの遊星ギア部分集合と同様に相互に同軸で直線に並ぶ。第１または第２遊星ギア部分集合の少なくとも１つのギア部材が第１原動機/発電機に接続される。第１または第２遊星ギア配置の部分集合のもう１つのギア部材は第２原動機/発電機に接続される。台車は出力部材に操作して接続される。第１または第２遊星ギア部分集合のギア部材の１つが第３遊星ギア部分集合のギア部材の１つに連続して接続される。第１または第２遊星ギア部分集合の残りのギア部材は操作して入力部材に接続されるとともに、第３遊星ギア部分集合のギア部材が選択されてアースされる。
【特許文献１】米国特許 US2003/0106729A1
【特許文献２】欧州特許 EP 1199204
【特許文献３】独国特許 DE 19849156
【特許文献４】欧州特許 EP 1317050
【特許文献５】米国特許 US 5931757
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、内燃機関牽引部品だけすなわち、電気的性質の損失を排除して装置の効率を改善するよう電気部品を除いた内燃機関を利用してでも、与条件で車両の駆動を可能にするハイブリッド内部熱電気牽引装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、さらに、比較的小さな大きさの車両上でも取付けが可能であるように小型でかつ面倒の少ないハイブリッド牽引装置を提供することにある。
【００１０】
本発明によると、内燃機関、少なくとも１台の第１電気機械と少なくとも１台の第２電気機械、前記内燃機関と少なくとも１台の前記電気機械への機械的接続に適切な第１伝動手段、少なくとも１台の前記電気機械と車輪への機械的接続に適切な第２伝動手段が含まれ、さらに前記内燃機関に接続可能な軸棒から成り立つ第１伝動手段と、被駆動軸棒、前記被駆動軸棒に挿入され自由に回転が可能な軸棒、軸棒に取り付けられた第１電気機械の回転子、そして前記軸棒に取り付けられた第２電気機械の回転子から成り立つ第２伝動手段を通じて、内燃機関によってのみ車輪への機械的動力の伝達を可能にする適切な接続または拘束手段が含まれることを特徴とする車両用のハイブリッド牽引装置が提供される。
【００１１】
本発明によると、一定またはほぼ一定の移動速度の条件が生じるかまたは、内燃機関の運転設定の単純調整によって変動しうる運動速度が生じる場合に、電気牽引を除いた内燃機関の利用だけでも車両の駆動が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１を参照すると、１は内燃機関２（図示されず）が含まれる本発明による装置を示し、その出側軸棒が機械的に駆動軸棒３に接続され、その軸棒上に、第１電気機械５の第１回転子４が取り付けられる。中空被駆動軸棒６はこれに関して自由に回転できるように軸棒３に挿入される。被駆動軸棒６上には、運動を牽引車輪に伝達する追加ギア輪１〜４が順番に取り付けられる補助軸棒１３上に取り付けられる、第２対のギア輪のそれぞれギア輪１１と噛合するかあるいはギア輪１１および１２とそれぞれ噛合する、第２電気機械８の第２回転子７および第１ギア輪９または第１対ギア輪９および１０が取り付けられる。
【００１４】
第１軸棒３と中空軸棒６は、プログラム可能な自動制御作動器または摩擦クラッチ１５の噛合または解放用のスリーブ１８制御ペダル１７の利用によって駆動可能である摩擦クラッチ１５を利用して一体化可能である。
【００１５】
第１電気機械５と第２電気機械８は、図１に模式的にのみ示される電力変換調整手段１９および電気エネルギー蓄積手段２０に電気的に接続される。
【００１６】
本発明による装置は下に詳細に公開される車両運動条件に応じて様々な形態により極めて柔軟性のある運転を可能にする。
【００１７】
純粋電気牽引による前後運動形態：この形態では、摩擦クラッチ１５が駆動軸棒３と被駆動軸棒６が機械的に一体に接続されないように作動器１６によってまたはペダル１７によって解放が維持される。変換手段１９を通じて蓄積手段２０によって供給される第２電気機械８は、ギア輪９および１１またはギア輪１０および１２を通じてさらにギア輪１４を通じて、車両車輪運動の最終伝動装置を順番に駆動させる補助軸棒１３を駆動させる被駆動軸棒６を駆動させることによって、機械的動力を車輪に伝達する。２対のギア輪９，１１および１０，１２は、被駆動軸棒６と補助軸棒１３との間の２種の伝達比、すなわち、ギア輪１０および１２が噛合する時の低速度用減速比ならびに、ギア輪９および１１が噛合する時の高速用高減速比を可能にする既知の装置によって選択可能である２種の速度の速度変更ギアを構成する。この運転形態では、車両の牽引に必要なすべての出力は蓄積手段２０から取り出されると同時に、内燃機関はスイッチが切られる。車両の減速中あるいは制動段階中は、第２電気機械８は一部の運動エネルギーを蓄積手段２０に送られる電気エネルギーに変換する発電機として運転可能である。
【００１８】
車両性能は第２電気機械８、変換調整手段１９、および蓄積手段２０にのみ依存する。車両速度は第２電気機械８の速度を変化させることにより、原動機として作動させて連続して変動可能である。車両の航続距離は蓄積手段の電気エネルギーの能力次第である。装置のエネルギー損失は電気タイプが支配的である。
【００１９】
車両の逆方向移動は特定のギア比を必要とせず、変換制御手段１９を利用した第２電気機械８の回転方向の単純な逆転によって得られる。
【００２０】
直列ハイブリッド牽引の運動形態：この形態においても、摩擦クラッチ１５は、機関軸棒３と駆動軸棒６が機械的に一体に接続されるように作動器１６によってあるいはペダル１７によって解放状態が継続される。
【００２１】
内燃機関２は機関軸棒３によって蓄積手段２０に蓄積される電力を発生させる発電機として作動する第１電気機械５を駆動させる。車輪に対する牽引は、純粋電気牽引運転を参照して既に公開された通りの原動機として作動する第２電気機械８によって確保される。
【００２２】
獲得可能な性能は、速度変更ギアで選択される比に加えて第２電気機械８、変換制御手段１９ならびに蓄積手段２０にのみ依存すると同時に、蓄積手段に第１電気機械５によって作られる電気エネルギーが連続して提供される限り、蓄積手段２０の参照電圧が公称条件により近い場合には平均して前述の事例よりも高い。
【００２３】
航続距離は電気エネルギーの入手度合い、内燃機関のキロメートル当たりの燃料消費、および車両に貯蔵される燃料量に依存する。
【００２４】
車輪へのすべての出力は第２電気機械８によって提供される。
【００２５】
支配的な燃料損失は電気機械５および８、変換調整手段１９および蓄積手段２０による電気タイプのものである。
【００２６】
純粋機械牽引の前進形態：条件が許す場合であって、平均して高速である、例えば非都会または高速道路走行時で、過度に変動しない速度で走行される区間の出発時点において、平均して、熱機関が一定の車両速度および一定の分当たりの回転数rpmに達した後、摩擦クラッチ１５は作動器１６またはペダル１７を利用して噛合されて、機関軸棒３と被駆動軸棒６を一体化させる。こうして、内燃機関は被駆動軸棒６を直接に作動させると同時に、速度変更を通じて車輪への最終の伝動装置に伝達する補助軸棒１３を作動させる。
【００２７】
この運転形態では、出力は純粋な機械経路を経由して熱機関から牽引輪へ移動させ、電気機械５と８が作動解除されるので、牽引輪への出力伝動装置に連結されるすべての電気損失が排除される。
【００２８】
電気機械５と８のいずれかあるいは両方とも、これを再充電するかおよび/あるいは車両の補助電気設備を提供する電気エネルギーを蓄積手段２０に供給する内燃機関によって供給される発電機として、あるいは減速あるいは制動の際に車両の牽引輪によって牽引される発電機として、運転可能である。
【００２９】
車両の速度変動は状況に応じて選定可能な様々な形態による原動機推進装置全体によって許容される限度内で行われる。例えば、速度変動は専ら熱機関の許容程度で作動させることによって行われる結果、熱機関のトルクと分当たり回転数rpmを変動させることができる。
【００３０】
平行ハイブリッド牽引タイプの運動形態：ピッチをあげる場合あるいは斜面を登るときのように相当な上昇出力が必要とされる場合で車両の速度を急速に上昇させなくてはならない場合に、熱機関の許容範囲で変動させた上で、電気機械５および８の利用によって片方あるいは両方を原動機として運転させることにより、これらによる発生出力を熱機関による配分出力と合算する車両速度および車両への出力伝達の調節が可能である。
【００３１】
さらに、電気機械５と８の発電機としての運転によって車両を減速させる制動トルクが発生し、同時に、蓄積手段２０の再充電用電気エネルギーも発生する。大幅な減速が必要とされる場合には、摩擦クラッチ１５は熱機関が過度に減速しないように解放されなくてはならない。
【００３２】
前進運動における減速および制動中のエネルギー回復形態：減速および制動形態に応じて別々の構成が可能である。
-牽引装置によって車輪に伝達される制動トルクが中間より低い場合には、中間より低速あるいは中間から中間より高速で摩擦クラッチが解放可能であると同時に、発電機として作動する第２電気機械８が制動トルクを発生可能であって電気機械８によって発生する電気エネルギーは蓄積手段２０に貯蔵される。
-前述の制動トルクが中間より高い場合には、そのトルクは内燃機関のエンジンブレーキならびに発電機として運転される電気機械５と８によって発生する制動トルクの活用によって生成可能であり、摩擦クラッチ１５は従って噛合されなくてはならない。発電機として運転される電気機械５と８によって作られる電気エネルギーは蓄積手段２０に貯蔵される。
-最後に、高速時に前述の制動トルクを高くしなくてはならない場合は、摩擦クラッチの解放と同時に、機関軸棒３を通じて第１電気機械５を利用し燃焼機関を加速する一方で、第２電気機械８は発電機として運転されるのが有利である。必要な制動出力はこうして第１電気機械５によって加速される内燃機関のエンジンブレーキによって、また第２電気機械８によって配分される電力と原動機として運転される第１電気機械５によって吸収される出力との間の差によってもたらされ、この差は蓄積手段２０に貯蔵される。
【００３３】
燃焼機関の発車：熱機関の発車には、熱機関が、一般にガソリン機関の場合にように中位から低位までのあるいは特に寒冷気候条件におけるディーゼル機関の場合におけるような高い値の発車トルクを必要とするかどうかには関係なく２つの形態が可能である。
【００３４】
必要とされるトルクが中位から低位までの値の場合には、その瞬間において第２電気機械８に依存する車両の運動状態を変更せずに摩擦クラッチ１５の解放を維持して、機関軸棒３を利用して熱機関を回転させる第１電気機械５の原動機としての作動化により、機関は車両の運動条件に関係なく発車可能である。
【００３５】
必要トルク値が大きい場合には、機関は機関が伝動軸棒３を利用する電気機械および被駆動軸棒６の両方によって回転されるように、電気機械５と８の原動機としての駆動ならびに摩擦クラッチ１５の噛合の両方によって発車される。この事例では、電気機械５と８は同じ速度で回転するとともに速度変更は中立位置に置かれることが明らかであろう。
【００３６】
車両の発車：本発明による装置は４つの車両発車形態を可能にする。
【００３７】
第１発車形態では、第１電気機械５と第２電気機械８は作動化されない。また、発車は摩擦クラッチ１５を利用して内燃機関２の車輪への接続によって行われる。牽引はこのように純粋に機械的であると同時に、利用可能な静的トルクは内燃機関２が供給可能なだけのものである。第２発車形態では、摩擦クラッチ１５が解放されて、内燃機関２と車輪間の機械的接続はなくなり第１電気機械５は作動解除されると同時に、第２電気機械８が蓄積手段２０によって提供される原動機として運転される。牽引はこのように純粋に電気的であるとともに利用可能な静的トルクは、第２電気機械８が蓄積手段２０によって配分される最大電流に応じて供給可能な分だけのものである。この形態では、従って、利用可能な静的トルクは蓄積手段２０の特性によって限定されると同時に普通はむしろ小さい。この形態は従って、静的トルクの限界値が必要とされる時に利用可能である。
【００３８】
第３発車形態では、装置は直列ハイブリッド構成である。摩擦クラッチ１５は解放され、内燃機関２は発電機として運転される第１電気機械５を作動させる。第１電気機械５は原動機として運転されると同時に第２電気機械８を提供するとともに車輪を駆動させる。この形態は、静的トルクは第２電気機械８によってもたらされるものであると同時に専ら第２電気機械８の特徴に依存する。
【００３９】
第４発車形態では、装置はハイブリッド牽引構成、すなわち、摩擦クラッチ１５の噛合によって車輪に接続される内燃機関２について、また、蓄積手段２０によって提供される原動機として運転される電気機械５と８についてのいずれかまたは両方について、並列状態にある。従って、車輪に利用可能である静的トルクは機関２によって提供される静的トルクと電気機械５と８のいずれかまたは両方によって提供される静的トルクの合計である。この第４発車形態は特に大きな静的トルクが必要とされる場合、例えば、車両が全力負荷のもとにあるかまたは斜面での発車が行われなくてはならない場合に必要とされる。
【００４０】
変動速度変更伝達比：伝達比を変動させるには、摩擦クラッチ１５が解放される場合に速度変更ギアは図示されていない作動器によって中立位置に置かれると同時に、被駆動軸棒６はその速度を噛合される速度変更ギアの新たな伝達比によって必要とされる速度と同期をとる第２電気機械８によって加速あるいは減速される。最後に、作動器は新たな伝達比をなすために必要とされるギア輪９，１１または１０，１２の対を噛合させる。
【００４１】
図２には、摩擦クラッチ１５ではなく位置スリーブ連結装置２１によって駆動軸棒３と被駆動軸棒６の連結と連結解除が得られるという点を通じて図１に示される実施例とは異なる本発明による牽引装置の第２実施例が図示される。
【００４２】
内面機関２に面するそれぞれの端部における被駆動軸棒３と駆動軸棒６には、既知のタイプの第１クラッチ要素２３および第２クラッチ要素２４、例えば、前歯付き連結要素が設置され、同様にして、内燃機関の出力軸棒２aには、クラッチ要素２３と２４と同様に追加クラッチ要素２５が機関軸棒３と被駆動軸棒６に面する端部に設置される。クラッチ要素２３，２４および２５は、３ヶ所の位置をとることのできる滑動可能なスリーブ２２によって選択して一体連結可能である。滑動可能スリーブ２２には、その内面上に、クラッチ要素２３，２４および２５との連結に相応しい第１連結要素２６および第２連結要素２７が設置され、２つの連結要素２６と２７は前面歯付きの連結要素の形状をとりうる。第１連結要素２６は、第１クラッチ要素２３および第２クラッチ要素あるいは第１クラッチ要素２３と追加クラッチ要素２５との連結に適切であって、これらを一体に接続する一方、第２連結要素２７は、第１連結要素が第１クラッチ要素２３および追加クラッチ要素２５と連結される場合の第２クラッチ要素２４との連結に適切である。第１位置では、図２の右に移動されるスリーブ２２の場合、該スリーブ２２の第１連結要素２６はこうして一体に接続される第１クラッチ要素２３および第２クラッチ要素２４と連結されて駆動軸棒３と被駆動軸棒６の間の接続を行う一方で、内燃機関が駆動軸棒３から接続解除される。この条件では、車両は原動機として運転される電気機械５と８のいずれかあるいは両方によって純粋電気牽引によって駆動されると同時に、出力が速度変更ギアの補助軸棒１３に伝達される。制動段階中は、両電気機械は車両の制動が可能であり出力を発生させる。
【００４３】
第２位置では、中央位置まで移動される滑動可能なスリーブ２２について、第１連結要素２６がこうして一体に接続される第１クラッチ要素２３および追加クラッチ要素２５と連結されて、内燃機関の軸棒２aと駆動軸棒３との間の接続を行う一方で、被駆動軸棒６は内燃機関によって駆動軸棒３から解放される。この条件では、直列ハイブリッドの運動形態が行われ、車両に対する牽引は蓄積手段２０からエネルギーを吸収する原動機として運転される第２電気機械８によってもたらされる一方で、内燃機関は発電機として作用して電気エネルギーを蓄積手段２０にもたらす第１電気機械５を駆動軸棒３により駆動させる。
【００４４】
第３位置では、左に完全に移動される滑動可能なスリーブ２２について、第１連結要素２６が第１クラッチ要素２３および追加クラッチ要素２５と連結される一方で、第２連結要素２７はすべてのクラッチ要素２３，２４と２５が一体に接続されるように第２クラッチ要素２４と連結されて、内燃機関の出力軸棒２aすなわち、駆動軸棒３と被駆動軸棒６の間の接続が行われる。この条件では、純粋機械的牽引の運動形態と並列ハイブリッド牽引の運動形態の両方が行われて、車両の牽引は内燃機関だけによってもたらされうる一方で、電気機械５と８は蓄積手段２０に貯蔵される電気エネルギーを生み出す発電機として運転可能であるか、あるいは電気機械５と８がエネルギーを内燃機関に平行な車輪に提供する原動機として利用されて個別にあるいは両方とも運転されるかあるいは作動解除の維持が可能である。
【００４５】
滑動スリーブ２２の第３位置の順番は、静止条件から出発する場合に最大出力の運動条件に到達するまでの車両の牽引構成のエネルギー上最も適切な順番に一致する。
【００４６】
図３では、内燃機関１０２（図示されず）が含まれる発明による牽引装置の追加実施例が示され、その駆動軸棒１０３に機械的に接続される出力軸棒は、第１電気機械１０５の回転子１０５aに接続される中央の太陽ギア１０４bと噛合し、複数の衛星ギア１０４cを持ち運びする遊星装置１０４の衛星保持器１０４aを駆動させる。衛星ギア１０４cと噛合する遊星装置１０４の外部王冠１０６は第２電気機械１０８の回転子１０７と運動の車輪への最終伝動装置を駆動させるギア１０９に接続される。
【００４７】
第２電気機械１０８は、第１電気機械の固定子１０５bの上で外側に同軸である固定子１０８aおよび固定子１０８a外側にこれと同軸の回転子１０７と第１電気機械１０５上の外側に同軸である。２台の電気機械１０５と１０８は同一ケーシング１１２で包まれる。電気機械１０５と１０８は電力変換制御手段１１３により電気エネルギーの蓄積手段１１４に接続される。
【００４８】
２つの共軸かつ同軸の電気機械１０５と１０７を伴うこの構成により伝動装置の全体半径寸法が縮小でき軸と軸棒のずれをもたらす偏心または中間ギアもない。さらにこの構成により軸方向に直線に並ぶ電気機械の既知の構成に関して牽引装置の軸方向の寸法がかなり短縮可能となる。
【００４９】
さらに、第２電気機械１０８の回転子１０７が固定子１０８aの外側にあるという点により同一の横方向寸法のわりに、第２電気機械１０８によって配分可能なトルクが最大限発揮できるだけでなく、それゆえ放射方向の全体寸法の観点からも極めてコンパクトな方案が得られる。
【００５０】
最後に、２台の電気機械１０５と１０８が２台の機械に共通な同一ケーシングに包まれかつ支持されるという点により極めてコンパクトでかつ面倒のない２台の電気機械１０５と１０８の構造が得られるだけでなく、内部応力および反力トルクの相互補完も可能となりえる。
【００５１】
内燃機関１０２によって生成される機械的動力は遊星装置１０４の２部分に分割されて出力分割器として作用し、その第１部分は発電機として機能する第１電気機械１０５によって電力に変換されるとともに第２電気機械１０８によって機械的動力に再変換され、その第２部分は遊星装置の王冠１０６上で第２電気機械１０８によって生成される機械的動力に付加されるとともにその後、車輪への最終的伝動装置に伝達される。
【００５２】
出力の分割とそれに続く再組合せの過程において、内燃機関からくる当初出力のトルクと速度の係数が負の値にも拡がる範囲の間で連続して変動可能であるよう、すなわち車両の運動方向が逆転される可能性を伴う内燃機関と牽引車両間の伝達比が生み出されるように変更される。
【００５３】
機関軸棒１０３は内燃機関１０２を遊星装置１０４の衛星保持器１０４aの本体に接続し、これによってこうしてそのトルクと角速度が伝達される。
【００５４】
遊星装置の太陽ギア１０４bは第１電気機械１０５の回転子１０５aに接続されるが、外側王冠１０６は第２電気機械１０８の回転子１０７および最終的な車輪への伝動装置を駆動させるギア１０９と一体である。遊星装置の３要素間の速度分布は既知のウィリスの法則に支配される。
2009502647.tif 000011
但し、それぞれΩsは太陽ギア１０４bおよび第１電気機械１０５の回転子１０５aの速度、Ωmは衛星保持器の速度、Ωcは王冠１０６および第２電気機械１０８の回転子１０７およびギア１０９の速度、Z1,Z3は太陽ギア１０４bおよび王冠１０６の歯の数である。
【００５５】
第１電気機械１０５が電力である場合、その回転子１０５aは抵抗トルクCsを太陽ギア１０４bに伝達し、前記トルクは外側王冠１０６上のトルクCrおよび遊星装置１０４の衛星保持器１０４a上のトルクCmを発生させ、これらのトルクが均衡関係によって相互に連結される。
2009502647.tif 000012
【００５６】
同時に、発電機として運転される第１電気装置１０５によって生成される電力は、原動機として運転される第２電気機械１０８への供給に利用され、その回転子１０７により外側王冠１０６に伝達されるトルクC2が発生する。
【００５７】
こうして、トルクCuは外側王冠１０６上に作用しこれがトルクCrおよびトルクC2の合計となる。
【００５８】
トルクCuは下流への伝達、特に車両の牽引輪を動かすのに十分な値のものである場合、王冠１０６は衛星保持器１０４aの速度に一致する方向への回転を起動させると同時に、太陽ギア１０４bの速度は衛星保持器１０４aの速度が一定に維持される場合には減速され、王冠１０６、太陽ギア１０４bおよび衛星保持器１０４aの３種の速度が、前述の既知のウィリスの法則によってのみ連結される。
【００５９】
王冠１０６そしてつまりは牽引輪の速度を上昇させるには（衛星保持具１０４aの速度が変動しないで維持される場合に、第１電気機械１０５の回転子１０５aを減速させる電気制御調整手段１１３により制御する太陽ギア１０４bの減速、これはまた太陽輪１０４bの停止点までもの減速が必要である一方で、前述の均衡関係のおかげで第１電気機械１０５とのトルクのやりとりが継続される。これらの条件では、電気機械１０５は電力を消散させる電気的に遮断された回転子の条件で運転される。
【００６０】
第１電気機械１０５が運動方向を逆転させる、すなわち、原動機として起動されて運転される一方で、トルクの符号が不変に維持される場合には、遊星装置１０４は分割器の機能から出力付加器のものに変化し、衛星保持器１０４aを通じて入ってくる出力は、王冠１０６の回転速度が、第１電気機械１０５の回転子１０５aの回転速度の上昇とともに、また、既知のウィリスの法則に応じて増加するということにとなって、太陽ギア１０４bを通じて入ってくる出力に付加されると同時に、王冠に伝達される出力もまた、内燃機関によって駆動軸棒１０３に伝達される出力と原動機として運転される第１電気機械１０５によって生成される機械的動力の合算値となろう。
【００６１】
この場合には、王冠１０６上の機械的動力は、牽引車輪に向けられる機械的動力の第１部分と第１電気機械１０５への供給に必要な電力を生み出す発電機としてこれを運転させる第２電気機械１０８の牽引に必要な第２部分との間で分割可能である。これまでの前提は、駆動軸棒１０３の速度は一定である一方、遊星装置の王冠１０６に接続されるギア１０９の速度はゼロ値から徐々に増加して太陽ギア１０４bを捕捉するまで変化するとともに、第１電気機械１０５の運動方向が逆転される場合にはさらに上昇し、発電機としての運転から原動機としての運転まで変化する一方で、第２電気機械１０８は原動機としての運転から発電機としての運転に順番に変化するという点にある。
【００６２】
遊星装置によりこうして第１電気機械１０５および第２電気機械１０８の速度調整装置に作用することによって行われる牽引輪の速度の連続的変動を伴う伝達が行われる。牽引輪の速度は内燃機関１０２によって生み出される速度と出力、すなわち駆動軸棒１０３の速度と遊星装置１０４の衛星保持器１０４aに伝達される出力の調節によってさらに変動可能である。
【００６３】
第１電気機械１０５の回転子１０５aの軸棒１１０上には、その回転を防止する軸棒１１０の固定を可能にする制動装置１１１が設置される。
【００６４】
車両運動条件がブレーキ１１１を利用するほぼ一定の速度を必要とするような場合、駆動軸棒１０３に供給されると同時に遊星装置１０４に伝達される機械的動力の牽引輪への伝達の確保ができることによって電気機械１０５と１０８が排除される。
【００６５】
第１電気機械１０５の回転子１０５aの場合、また従ってブレーキ１１１の作用によって遮断される太陽ギア１０４bの場合のこの運転条件は、太陽ギア１０４bの固定が第１電気機械１０５の非制動の回転子１０５aによって維持される条件とは異なる。実際、後者の場合には、第１電気機械１０５における電力の消散がある一方、回転子１０５aがブレーキ１１１の介在を通じて固定される場合には、第１電気機械１０５の電力の消散はないので、電気損失の排除がもたらされると同時に、牽引輪への出力伝達効率が引き続き上昇する。
【００６６】
ブレーキ１１１は、電力連鎖の特徴であるすべての電気損失およびトルク電気機械すなわち、電気的に固定された回転子付き第１電気機械１０５の状況の特徴的な欠点の絶滅化をもたらす出力分割器から通常の列車に至る遊星装置の機能変更の制御装置である。
【００６７】
実際には、太陽ギア１０４bの速度は巡航速度までの車両速度の上昇の間にはゼロに近づくのでブレーキ１１１の介在は制御され、これにより太陽ギア１０４bの捕捉まで発電機として運転される第１電気機械１０５によって引き出される制動トルクに平行な太陽ギア１０４b上の抵抗トルクが引き出される。この点においては、ブレーキ１１１は太陽ギア１０４b上のトルクの保持機能を果たさなくてはならなく、そのトルクは内燃機関によって配分されるものおよび王冠上で引き起こされるものに比例して変化すると同時に牽引輪に最終伝達に向けられる。
【００６８】
この運動構成の場合、また固定伝達比の適切な選択に応じた車両の対地速度変動は、従来の伝動装置が設置される車両の場合と全く同じように、同一伝達比に関連する範囲内で内燃機関に対する速度調整を通じてのみ行われる。最大出力条件から最大トルク条件まで３０％に及ぶ駆動トルクの大幅な上昇をもたらす近代的な機関の特徴により、提供される駆動軸棒の広範な速度変動幅、つまり一定の伝達比の場合でも得られる広範な車両速度変動幅を越えるほぼ一定の出力、が可能となる。従って、ハイブリッド運転形態の一時的な排除を可能にするブレーキ１１１により制動される第１電気機械１０５の回転子１０５aを伴う運転構成は車両速度の申し分ない調整に不利ではないどころか、制御装置１１３による回転子１０５aの電気的固定の維持と関連した電気損失はゼロにできる。
【００６９】
制動手段１１１による第１電気機械１０５の回転子１０５aの制動もまた車両の発車時の静的トルクの上昇と調整を可能にするために採用される。
【００７０】
実際には、車両が静止している場合の発車が必要とされる場合、制動手段１１１の介在不在で利用可能な静的トルクCusの値は、発電機として運転される第１電気機械１０５の回転子１０５aにより太陽ギア１０４b上に取り出される抵抗トルクCsによって、また原動機として運転される第２電気機械１０８の回転子１０７により王冠１０６に伝達されるトルクC2によって、公式
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により決定される。
【００７１】
制動手段１１１の作動化により制動手段１１１によって取り出される追加抵抗トルクCfは、燃焼機関により配分可能なトルクの最大値にまで到達する抵抗トルクCs+Cf値iまで、おそらくは機関の慣性トルクも含め、第１電気機械１０５によって取り出される抵抗トルクCsに追加される。こうして、王冠１０６上に得られる静的トルクCusは
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に等しくなろう。
【００７２】
このように、特に、高負荷条件でも車両発車の確保に十分であると同時に最大値、
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に到達しうる静的トルクが利用可能である。
【００７３】
ここで、Cmは内燃機関１０２によって取り出し可能な静的トルクの最大値を示す。
【００７４】
実際の実施例では、材料、寸法、および構造詳細は説明されたものと異なって良いが、これによって本発明の範囲外に相当せずに技術的に等価でありえる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明は次に付録の図面を参照して公開される。
【００１３】
【図１】本発明によるハイブリッド牽引装置の第１実施例の長さ方向断面図
【図２】本発明によるハイブリッド牽引装置の第２実施例の長さ方向断面図
【図３】本発明によるハイブリッド牽引装置の第３実施例の長さ方向断面図
【国際調査報告】
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