(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力伝達機構であって、
燃料電池電源と、
電力貯蔵配給手段と、
前記燃料電池電源から前記電力貯蔵配給手段へのパワー並びに該電力貯蔵配給手段からのパワーを制御する電子制御ユニットと、
トランスミッション出力シャフトと、
動力伝導出力シャフトと、
前記電子制御ユニットから電気エネルギーを受け取ったり、該電子制御ユニットに電気エネルギーを配給したりするため、該電子制御ユニットと連通する、第１の電力伝達装置と、
前記電子制御ユニットから電気エネルギーを受け取ったり、該電子制御ユニットに電気エネルギーを配給したりするため、該電子制御ユニットと連通する、第２の電力伝達装置と、
前記第１の電力伝達装置と接続された第１の部材、前記動力伝導出力シャフトと連続的に接続された第２の部材、及び、前記トランスミッション出力シャフトと連続的に接続される第３の部材を備える、第１の遊星ギアセットと、
前記第２の電力伝達装置と接続された第１の部材、前記トランスミッション出力シャフトと連続的に接続された第２の部材、及び、第３の部材を備える、第２の遊星ギアセットと、
前記第２の遊星ギアセットの前記第３の部材と接続可能である、第１の選択的に係合可能なトルク伝達機構であって、逆作動レンジ及び第１の作動前進レンジの両方の間に該第３の部材の回転を遅延させる、前記第１のトルク伝達機構と、
第２の前進作動レンジの間に、前記第２の遊星ギアセットの前記第３の部材と、前記トランスミッション出力シャフトとを作動的に相互接続する、第２の選択的に係合可能なトルク伝達機構と、
を含む、動力伝達機構。
【請求項２】
動力伝達機構であって、
燃料電池電源と、
バッテリーアッセンブリと、
前記燃料電池電源から前記バッテリーアッセンブリへのパワー並びに該バッテリーアッセンブリからのパワーを制御する電子制御ユニットと、
トランスミッション出力シャフトと、
動力伝導出力シャフトと、
前記電子制御ユニットから電気エネルギーを受け取ったり、該電子制御ユニットに電気エネルギーを配給したりするため、該電子制御ユニットと連通する、第１の電気モーター／発電機と、
前記電子制御ユニットから電気エネルギーを受け取ったり、該電子制御ユニットに電気エネルギーを配給したりするため、該電子制御ユニットと連通する、第２の電気モーター／発電機と、
前記第１の電気モーター／発電機と接続された遊星キャリア部材を有する遊星キャリアアセンブリ部材と、前記動力伝導出力シャフトと連続的に接続されたリングギア部材と、前記トランスミッション出力シャフトと連続的に接続された太陽ギア部材と、を備える第１の遊星ギアセットと、
前記第２の電気モーター／発電機と連続的に接続された太陽ギア部材と、
前記トランスミッション出力シャフトと連続的に接続された遊星キャリア部材を有する遊星キャリアアセンブリ部材と、リングギア部材と、を備える、第２の遊星ギアセットと、
前記第２の遊星ギアセットの前記リングギア部材と接続可能である、選択的に係合可能な流体作動式ブレーキ機構であって、逆作動レンジ及び第１の作動前進レンジの両方の間に、該リングギア部材の回転を遅延させる、前記流体作動式ブレーキ機構と、
第２の前進作動レンジの間に、前記第２の遊星ギアセットの前記リングギア部材と前記トランスミッション出力シャフトとの間を作動的に接続することが可能である、選択的に係合可能な流体作動式クラッチ機構と、
を含む、動力伝達機構。
【請求項３】
前記動力伝導出力シャフトは、前記燃料電池電源に冷却流れを提供するため冷却ファンアッセンブリと連続的に駆動接続されている、請求項２に記載の動力伝達機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両動力伝達機構に係り、より詳しくは、燃料電池電源及び電子機械式多レンジトランスミッションを有すると共に、該トランスミッションは２つのモーター／発電機型式の機構、２つの遊星ギアセット及び２つのトルク伝達機構を用いている、車両伝達機構に関する。
【０００２】
【従来技術】
車両動力伝達機構は、多数の型式の車両のための牽引駆動力を提供するため用いられている。現在の車両のほとんどでは、内燃エンジン又は他の機械式電源を用いる動力伝達機構は、多速パワートランスミッション又は可変速度パワートランスミッションのいずれかと組み合わされる。可変速度パワートランスミッションは、液圧装置、モーター／発電機装置、又は、連続可変ベルト式トランスミッションのいずれかを用いている。
【０００３】
これらのトランスミッションの各々は、動力伝達機構のための入力パワーのほとんどを供給するため機械式電源を備えている。より最近では、電子駆動機構が提案されてきており、該機構では、複数の貯蔵バッテリー又は電子エネルギー貯蔵装置が、実質的に単一レンジの作動を提供するべくギア機構と直列に作動する電子モーターにパワーを供給するため用いられている。より最近になって、電子モーターに電力を供給するための電源として燃料電池を利用することができると考えられた。再び、これらの動力伝達機構は、駆動電子モーター及びトランスミッションの出力との間に直列式配列機構を組み込んでいる。
【０００４】
本発明は、電源として燃料電池を用いる動力伝達機構を、該燃料電池の作動及び動力伝達性能の更なる向上をもたらすように改善することを探し求めた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、トランスミッション出力シャフトとの駆動接続を確立するため遊星ギアセットのパワーを介して相互接続された一対のモーター／発電機に、燃料電池がパワーを供給するところの、改善された動力伝達機構を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様では、モーター／発電機ユニットの一方が、動力伝導ユニットに駆動力を提供し、燃料電池電源を冷却するための複数のファン部材を作動させる。
【０００７】
本発明の別の態様では、動力伝導ユニットは、例えば、車両用の操舵及びブレーキ等、液圧作動式装置のための駆動機構も提供している。
本発明の更に別の態様では、２つの遊星ギアセットが、一緒に相互接続され、トランスミッション出力シャフトとも接続されている。
【０００８】
本発明の更に別の態様では、一対のトルク伝達機構が、遊星ギアセットの一方の作動条件を制御するため用いられる。
本発明の更なる態様では、エネルギー貯蔵及び回復アッセンブリが、最大の車両性能が要求されるときに追加のパワーを提供するため用いられる。
【０００９】
本発明のなお更なる態様では、電子制御ユニットが、燃料電池、２つのモーター／発電機及びバッテリーの間の電気的接続及び電気的連通を提供するため用いられる。
【００１０】
本発明のなお更なる態様では、電子制御ユニットは、動力伝達機構の電気的部分の作動状態を制御するためプログラム可能なデジタルコンピュータを用いる。本発明のなお更に別の態様では、遊星ギアセットの各々は、太陽ギア部材、リングギア部材及び遊星キャリアアセンブリ部材を備えており、第１の遊星ギアセットの太陽ギア部材は、第２の遊星ギアセットの遊星キャリアアセンブリ部材と連続的に相互接続され、トランスミッション出力シャフトとも連続的に相互接続される。
【００１１】
本発明の更に別の態様では、第１の遊星ギアセットのリングギア部材は、動力伝導ユニットと連続的に接続される。
本発明のなお更に別の態様では、第１の遊星ギアセットの遊星キャリアアセンブリ部材は、一つのモーター／発電機と接続され、第２の遊星ギアセットの太陽ギア部材は、第２のモーター／発電機ユニットと接続されている。
【００１２】
本発明の更になお別の態様では、第２の遊星ギアセットのリングギア部材が、トルク伝達機構の一方を介して第２の遊星ギアセット内部の反応部材を提供するため静止ハウジングと選択的に接続可能であり、第２のトルク伝達機構を介して第２の遊星ギアセットで１：１駆動比率を確立するためトランスミッション出力シャフトと選択的に接続可能である。
【００１３】
本発明のなお更なる態様では、モーター／発電機は、トランスミッション及び動力伝導ユニットの作動レンジを通して均等にパワーを分配する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、特に図１を参照すると、一対の操舵車輪１２と、一対の駆動車輪１４と、を有する車両１０が示されている。駆動車輪１４は、動力伝達機構１６によりパワー駆動されており、該動力伝達機構は、多レンジパワートランスミッション１８、燃料電池２０及びエネルギー貯蔵及び再生装置即ちバッテリーアッセンブリ２２を組み込んでいる。トランスミッション１８は、従来の最終駆動機構２６を介して駆動車輪１４と作動的に接続されているトランスミッション出力シャフト２４を駆動する。パワートランスミッション１６は、シャフト２８Ａ及び２８Ｂを備える、動力伝導ユニット２８にもパワーを供給する。
【００１５】
図２に示されているように、パワートランスミッション１８は、第１の電力伝達機械即ちモーター／発電機（Ｍ／Ｇ）ユニット３０と、第２の電力伝達機械即ちモーター／発電機（Ｍ／Ｇ）ユニット３２と、第１の遊星ギアセット３４と、第２の遊星ギアセット３６と、第１の静止型トルク伝達機構即ちブレーキ３８と、第２の回転式トルク伝達機構４０即ちクラッチと、を備えている。モーター／発電機３０及び３２は、従来の電子制御ユニット（ＥＣＵ）４２と電気的に連通しており、該ユニットは、燃料電池２０及びバッテリーアッセンブリ２２とも電気的に連通している。電子制御ユニットは、コマンドを発すると共に、燃料電池２０からモーター／発電機ユニット３０及び３２に電力を差し向け、バッテリーアッセンブリ２２とも電力のやり取りをする、従来のプログラム可能なデジタルコンピュータを組み込んでいる、従来の電子制御装置である。
【００１６】
遊星ギアセット３４は、太陽ギア部材４４と、リングギア部材４６と、遊星キャリアアセンブリ部材４８と、を備えている。遊星キャリアアセンブリ部材４８は、遊星キャリア部材５２に回転可能に取り付けられ、且つ、太陽ギア部材４４及びリングギア部材４６の両方と噛み合う、複数のピニオンギア部材５０を備えている。遊星キャリア部材５２は、モーター／発電機ユニット３０と共に回転するため、該ユニットに連続的に接続されている。リングギア部材４６は、トランスミッション制御ポンプ５４及び動力伝導ユニット２８と共に回転するように連続的に接続されている。太陽ギア部材４４は、トランスミッション出力シャフト２４に駆動可能に連続的に接続されている。
【００１７】
遊星ギアセット３６は、太陽ギア部材５６、リングギア部材５８及び遊星キャリアアセンブリ部材６０を備えている。遊星キャリアアセンブリ部材６０は、遊星キャリア部材６４に回転可能に取り付けられ、且つ、太陽ギア部材５６及びリングギア部材５８の両方と噛み合い関係に配置されている、複数のピニオンギア部材６２を備えている。遊星キャリアアセンブリ部材６０の遊星キャリア部材６４は、太陽ギア部材４４及び出力シャフト２４と連続的に接続されている。
【００１８】
太陽ギア部材５６は、モーター／発電機ユニット３２と連続的に接続されている。リングギア部材５８は、トルク伝達機構３８及びトルク伝達機構４０と作動的に接続されている。トルク伝達機構３８は、係合したとき、リングギア部材５８をトランスミッション１８の静止ハウジング６６に接続する、従来の流体作動式の摩擦ブレーキである。トルク伝達機構４０は、一般にクラッチと称された回転式トルク伝達機構であり、これは、係合時にリングギア部材５８を出力シャフト２４に駆動可能に接続する、従来の流体作動式摩擦装置である。
【００１９】
動力伝導ユニット２８は、液圧システム６８及び複数の冷却ファン７０に、夫々のシャフト２８Ａ及び２８Ｂを介して機械的な駆動を各々供給する。液圧システム６８は、車両ブレーキ及び車両操舵の作動のため液圧流体を供給する液圧ポンプを備える。冷却ファン７０は、燃料電池内部で適切な作動温度を維持するため燃料電池２０のための空気流れを供給する。ファン７０は、動力伝導ユニット２８を通して最も大きなパワー引き出し部分である。
【００２０】
図示の実施形態では、モーター／発電機ユニット３０は、動力伝導ユニット２８を通してパワーを供給し、出力シャフト２４にもパワーを供給する。モーター／発電機３２は、その出力パワーの全てを、出力シャフト２４を通して車両を駆動するため供給する。
【００２１】
トランスミッション１８は、逆作動範囲、第１の前進作動範囲及び第２の前進作動範囲を有する。トルク伝達機構３８は、逆作動範囲及び第１の前進作動範囲の両方の間で係合される。トルク伝達機構４０は、第２の前進作動範囲の間で係合される。このため、当業者は、第１の作動範囲の間のユニット速度の出力速度が、トランスミッションの出力シャフト２４の出力速度よりも大きく、第２の作動範囲の間のトランスミッション出力シャフト２４の出力速度に等しいということを認めるであろう。
【００２２】
図３に示されるように、モーター／発電機ユニット３２の出力速度は、ライン７２に沿って、静止トルク伝達機構即ちブレーキ３８が係合解除され、回転式トルク伝達機構即ちクラッチ４０が係合されるところのポイント７４まで移行する。このため、モーター／発電機ユニット３２の出力速度は、ライン７６に沿ってポイント７８まで急激に減少する。このポイント７８では、モーター／発電機ユニット３２の出力速度は、ライン８０により表されたトランスミッションの出力速度に等しくなる。
【００２３】
モーター／発電機ユニット３２の速度を、２つの方法により減速段階の間で制御することができる。出力モーター／発電機ユニット３２は、発電機として作動することができ、そこから引き出された出力電力は、図示しない抵抗を介してバッテリー２２へと分配される。モーター／発電機ユニット３２の出力速度は、接近する摩擦装置、即ち、モーター／発電機ユニット３２の速度を減少させるのに必要なエネルギーを吸収する、トルク伝達機構４０によっても制御することができる。代替例として、これらの条件の両方を、モーター／発電機ユニット３２の減速を確立するため同時に用いることができる。
【００２４】
図３に示されるように、モーター／発電機ユニット３２の速度は、第１の作動範囲の間には出力シャフト２４の速度より大きくなり、第２の作動範囲の間には出力シャフト２４の速度に等しくなる。モーター／発電機ユニット３０の出力速度は、図３のライン８２として示されている。動力伝導ユニット２８の速度は、図３のライン８４として示されている。
【００２５】
動力伝導ユニット２８の速度は、モーター／発電機３０の速度に近接して追従することが明記されるべきである。動力伝導ユニット２８の速度は、遊星ギアセット３４が遊星キャリアアセンブリ部材４８及びリングギア部材４６の間のオーバードライブ接続を提供するという事実に起因して、常に、モーター／発電機ユニット３０の速度より大きい。モーター／発電機ユニット３０の出力パワーは、車輪１４に駆動パワーを供給するためモーター／発電機ユニット３２の出力パワーに追加される太陽ギア部材４４に向けられることも理解されるべきである。
【００２６】
図３には、モーター／発電機ユニット３０の出力速度が、車両が作動しているときはいつでもゼロに等しくはならないことが表されている。ニュートラル条件であるゼロの車両速度では、ニュートラル又はアイドル状態の間に燃料電池２０に冷却流れを確実に与えるべく冷却ファン７０が作動されるように、動力伝導ユニット２８を作動状態に維持するため、図３に示されるように、モーター／発電機ユニット３０が約５００ｒｐｍで回転される。
【００２７】
図３に示された曲線又は直線は、約２０トン（４４，０００ポンド）の車両総重量を持つ車両の作動に対してシュミレーションされている。車輪１４の回転半径は、約４８．３ｃｍ（約１９インチ）である。太陽ギア部材４４及び５６は３１個の歯を持ち、リングギア部材４６及び５８は８９個の歯を持つ。バッテリーアッセンブリ２２は、７０馬力の電気エネルギーを生成することができる。燃料電池２０は、３１５馬力の電気エネルギーを生成することができる。動力伝導ユニット２８は、３，６００ｒｐｍの速度で最大１２５馬力を吸収する。トランスミッションポンプ５４は、制御流体及び冷却流体をトランスミッション１８に供給するため、最大約６馬力を引き出す。モーター／発電機ユニット３０は、５，７００ｒｐｍの速度で１７５馬力の連続馬力評価を有するが、作動中には、この速度で回転しない。モーター／発電機ユニット３２は、約９８３Ｎ・ｍ（約７２５フット・ポンド）の失速トルク、及び、５，７００ｒｐｍの最大速度を有する。
【００２８】
毎時約１０１．４ｋｍ（約６３マイル）の最大速度で車両が作動している間、トランスミッション出力シャフト２４は、約３，０００ｒｐｍで回転する。始動状態では、即ち、車両速度ゼロでは、出力シャフト２４は、約３８００Ｎ・ｍ（約２８００フット・ポンド）のトルクを伝達することができる。
【００２９】
以上により、上述した動力伝達機構１６は、例えば内燃エンジン等、外部原動力を使用することなく、上記した作動条件を有する車両のために駆動パワーを供給する。また、動力伝達機構１６は、２つの遊星ギアセット及び２つのトルク伝達機構を用いて２つのレンジの前進作動速度を供給する。
【００３０】
明らかに、多くの変形及び変更が、上記開示内容の観点から可能である。しかし、本発明の請求の範囲内で評価されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の動力伝達機構を組み込んだ車両のブロック図である。
【図２】図２は、図１の車両で用いられる動力伝達機構の概略ブロック線図を表している。
【図３】図３は、車両速度に対する、動力伝達機構内部の様々な構成要素の回転速度のグラフ表現である。
【符号の説明】
１０    車両
１２    操舵車輪
１４    駆動車輪
１６    動力伝達機構
１８    多レンジパワートランスミッション
２０    燃料電池
２２    バッテリーアッセンブリ
２４    トランスミッション出力シャフト
２６    最終駆動機構
２８    動力伝導ユニット
２８Ａ、２８Ｂ    シャフト
３０    第１のモーター／発電機（Ｍ／Ｇ）ユニット
３２    第２のモーター／発電機（Ｍ／Ｇ）ユニット
３４    第１の遊星ギアセット
３６    第２の遊星ギアセット
３８    第１の静止型トルク伝達機構（ブレーキ）
４０    第２の回転式トルク伝達機構（クラッチ）
４２    電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４４    太陽ギア部材
４６    リングギア部材
４８    遊星キャリアアセンブリ部材
５０    ピニオンギア部材
５２    遊星キャリア部材
５４    トランスミッション制御ポンプ
５６    太陽ギア部材
５８    リングギア部材
６０    遊星キャリアアセンブリ部材
６２    ピニオンギア部材
６４    遊星キャリア部材
６６    静止ハウジング
６８    液圧システム
７０    冷却ファン
７２    ライン
７４    クラッチ４０が係合されるところのポイント
７６    ライン
７８    モーター／発電機ユニット３２の出力速度がトランスミッションの出力速度に等しくなるポイント
８０    トランスミッションの出力速度のライン
８２    モーター／発電機ユニット３０の出力速度のライン
８４    動力伝導ユニット２８の速度ライン
【図１】
0003837118.tif 000002
【図２】
0003837118.tif 000003
【図３】
0003837118.tif 000004