JP2004249986A - 調整可能なクラッチ付きの動力分割機 - Google Patents

Abstract

【課題】 動力分割機を、所要構造空間が狭く、製造費が安価であるように改良する。
【解決手段】 駆動軸２を介して入力する駆動トルクを、少なくとも２つの従動軸３，４に分割するための自動車、特に切換可能な全輪駆動装置付き自動車における調整可能なクラッチ装置を備えた動力分割機１である。一方の従動軸４は、クラッチ装置５を介して駆動軸２に結合できる。電動機９の回転運動をクラッチ装置５に対する並進的作動運動に変換するために、電動機９およびこの電動機９とクラッチ装置５との間に配置された駆動変換装置１０を介して、クラッチ装置５が作動される。その電動機９は非同期電動機として形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車、特に切換可能な全輪駆動装置付き自動車における調整可能なクラッチ付きの動力分割機に関する。

全輪駆動装置あるいは接続可能な全輪駆動装置付きシステムに対する拘束可能な動力分割機は、既に知られている。その場合、１つあるいは複数の駆動輪を接続するための拘束機能あるいは継手機能は、多板ディスクブレーキとして形成されたクラッチ装置で実施される。そのクラッチ装置の作動は、電動機によって行われる。その電動機は例えば、平歯車段として形成された伝達段を介して、セグメント歯車に作用する。そのセグメント歯車は、駆動変換装置のスピンドルに結合されている。

そのような動力分割機において、スピンドル上に配置されたスピンドルナットは、回転不能に固定され、スピンドルの回転運動時に、スピンドルねじのピッチに応じて軸方向に変位される。電動機の回転方向に関係して、スピンドルナットの軸方向運動によって、クラッチ装置が係合されたり解除されたりする。

その電動機はブラシ付きの直流電動機として形成されている。その直流電動機は、クラッチ装置の長い係合時間中に、電動機をしゃ断して負荷を軽減するために、電磁ブレーキと組み合わされている。これは、電動機がさらに給電されることなく、クラッチが電磁ブレーキを介して所望の状態に維持される、ということを意味する。これによって、従来通常利用されたブラシ付き直流電動機の場合に、回転運動なしの長い停止運転中ないしは電動機の狭い回転角範囲における運転中に、ブラシのいわゆる焼きつきが防止される。

しかし、補助的な電磁ブレーキは、動力分割機の所要構造空間を増大し、動力分割機の製造費が不利に高められる、という欠点がある。

本発明の課題は、所要構造空間が小さく、製造費が安価であるような動力分割機を提供することにある。

この課題は、本発明に基づいて、駆動軸を介して入力する駆動トルクを、少なくとも２つの従動軸に分割するための自動車、特に切換可能な全輪駆動装置付き自動車における調整可能なクラッチ装置を備えた動力分割機であって、一方の従動軸がクラッチ装置を介して駆動軸に結合でき、電動機の回転運動をクラッチ装置に対する並進的作動運動に変換するために、電動機およびこの電動機とクラッチ装置との間に配置された駆動変換装置を介して、クラッチ装置が作動されるように構成された動力分割機において、電動機が非同期電動機として形成されていることを特徴とする動力分割機によって解決される。

本発明に基づく動力分割機は、非同期電動機として、有利に形成されている。この非同期電動機によって、電動機の狭い回転角範囲内における長い停止運転過程を、実際に公知の直流電動機の場合に生ずるような損傷なしに、実現することができる。従って、補助的な電磁ブレーキが省かれ、これによって、動力分割機の所要構造空間が簡単な様式で減少され、動力分割機の製造費の減少が達成される。

さらに、非同期電動機として形成された電動機は、直流電動機としての公知の実施態様に比べて、同じ寸法の場合に非同期電動機の方が大きな駆動トルクを発生させるので、相対的に小形にすることができる。

これによって、上述した補助電磁ブレーキの省略と組み合わせて、電動機の回転質量が減少され、これによって、動力分割機の調整特性が２０％ほど高められる。

本発明の他の利点および有利な実施態様は、特許請求の範囲および以下の図を参照して原理的に説明した実施例から明らかとなる。

図１には、自動車の縦形動力分割機として形成された動力分割機１が縦断面図で示されている。駆動軸２を介して入力する駆動トルクは、動力分割機１によって、２つの従動軸に伝えられる。それらの２つの従動軸は、ここではそれらの接続フランジ３，４だけで示されている。それらの接続フランジ３，４にはそれぞれ、従動軸がフランジ結合されている。それらの接続フランジ３，４は、以下における動力分割機１の機能説明において従動軸と同等とみなされ、従って、両接続フランジの符号は、図示されていない両従動軸に対しても利用される。

第１従動軸３は駆動軸２に直結され、従って、駆動トルクは駆動軸２から直接、第１従動軸３に伝えられる。クラッチ装置５がそれを介してトルクが伝えられる状態にあるとき、第２従動軸４は、クラッチ装置５と、駆動軸２上に支持された第１歯車６と、遊び歯車（アイドラー）７と、第２歯車８とを介して、駆動軸２に結合される。

クラッチ装置５は電動機９を介して作動される。そのクラッチ装置５と電動機９との間に、駆動変換装置１０が配置されている。電動機９の回転運動は、クラッチ装置５を操作するために、駆動変換装置１０によって並進的作動運動に変換される。

駆動変換装置１０は、ここでは平歯車段として形成された伝動段１１を有している。その伝動段１１は、他の実施態様においては、遊星歯車装置として実現することもでき、あるいは他の適当な形状にすることもできる。

駆動変換装置１０は、平歯車段１１における他の歯車１３にかみ合うセグメント歯車１２を備えている。その上に、セグメント歯車１２はここではリベット１４によって、スピンドル・スピンドルナット装置のスピンドルナット１５に結合されている。従って、セグメント歯車１２の回転運動は、直接、スピンドルナット１５に伝達される。

なお、セグメント歯車とスピンドルナットとの相対回転不能な結合を、リベット継手に代わって、例えばボルト、圧着、溶接などのような他の適当な継手方式によって行なうかは、勿論、当該技術者の判断に任される。

スピンドルナット１５は、スピンドル・スピンドルナット装置のスピンドル１６上に、回転可能に且つ駆動軸２の軸方向に移動可能に、支持されている。その場合、スピンドル１６は動力分割機１内に、相対回転不能に且つ軸方向に移動不能に固定して配置されている。

スピンドル・スピンドルナット装置およびスピンドルねじのピッチは、クラッチ装置５の係合過程中にスピンドルナット１５が駆動軸２と同じ回転方向を有するように構成されている。これによって、スピンドルナット１５とクラッチ装置５との間の摩擦力に基づいて生ずる牽引トルクが、クラッチ装置５の係合過程を助長する。

上述した牽引トルクは、クラッチ装置５および駆動変換装置１０の以下に述べる構造的形状により生ずる。

即ち、クラッチ装置５は圧力板１７を備えている。この圧力板１７は駆動軸２に相対回転不能に結合され、従って、動力分割機１の運転中に駆動軸２と同じ回転数で回転する。クラッチ装置５の係合過程の際、駆動変換装置１０のスピンドルナット１５は、圧力板１７の方向に、即ち、駆動軸２の軸方向に動かされる。これによって、圧力板１７とスピンドルナット１５との間の摩擦力は、スピンドルナット１５の変位距離の増大と共に高められ、上述した牽引トルクが、スピンドルナット１５の回転運動を支援する。

クラッチ装置５の係合過程中、スピンドルナット１５が駆動軸２と同じ回転方向を有することによって、その牽引トルクはクラッチ装置５の係合過程を支援する。従って、クラッチ装置５の係合過程中、電動機９で与えるべき駆動トルクは、実際に公知の形態に比べて減少される。

クラッチ装置５の係合過程の際、圧力板１７は、スピンドルナット１５の軸方向変位距離の増大と共に、多板ディスククラッチとして形成されたクラッチ装置の多板ディスクセット１９に向かって移動される。その多板ディスクセット１９は、内側ディスク２０と外側ディスク２１とから成っている。その内側ディスク２０は内側ディスクホルダ２２に、相対回転不能に且つ駆動軸２の軸方向に移動可能に結合されている。外側ディスク２１は外側ディスクホルダ２３に、相対回転不能に且つ駆動軸２の軸方向に移動可能に結合されている。外側ディスクホルダ２３はまた、第１歯車６に固く結合されている。

内側ディスクホルダ２２は駆動軸２に相対回転不能に且つ軸方向に移動不能に結合されている。その場合、圧力板１７は、皿ばねとして形成されたばね装置２４を介して、クラッチ装置５の係合方向と逆向きに押され、内側ディスクホルダ２２に対して弾力的に支持されている。これによって、スピンドルナット１５がクラッチ装置５から遠ざけられるクラッチ装置５の解除過程中、圧力板１７はばね装置２４によって駆動変換装置１０の方向に押され、これによって、クラッチ装置５の伝達容量は、クラッチ装置５の解除度に関係して減少され、ないしは完全に無くされる。そのばねは主として、特に停電時に、多板ディスクセットを完全に解除するために用いられる。多板ディスクセットはそれ自体で、電動機を逆転するために十分な蓄積ばね（弾性）エネルギを有している。

電動機９の上述した動作によって調整されたクラッチ装置５の伝達容量に応じて、駆動軸２を介して動力分割機１に導入された駆動トルクの一部が、歯車６と遊び歯車７と第２歯車８とを介して、第２従動軸４に伝達される。

遊び歯車７はここでは、非同期機として形成された電動機９のハウジング２５上に回転可能に支持されている。中空に形成された遊び歯車７内への電動機９の配置は、動力分割機１の極めてコンパクトで場所を取らない構造を提供する。これによって、電動機が動力分割機のハウジングの外に配置された構造に比べて、自動車における所要構造場所がかなり小さくなる。

さらに、動力分割機１に一体化された電動機９は、追加的に動力分割機１のハウジングによって周囲から保護されるので、かなり小さな環境的負荷しか受けない。

電動機９の回転磁界型電動機（Ket：ケット）としての形成は、回転磁界型電動機が同じ寸法の場合に直流電動機よりも大きな出力を発生するので、直流電動機としての形成に比べて電動機を小形にすることができる。これは特に、駆動変換装置１０の上述した構成と組み合わせる、つまり、クラッチ装置５の係合過程の際、スピンドルナット１５が駆動軸２と同じ回転方向を有するように組み合わせることで、有利なことに、電動機９ないし回転磁界型電動機が、公知の動力分割機の直流電動機よりも非常に小さく寸法づけられるようになる。

さらに、電動機９の回転磁界型電動機としての形成は、電動機９がほとんど摩耗なしに運転され、熱影響をほとんど受けないので、電動機９が長い寿命を有するという利点を生ずる。回転磁界型電動機９は直流電動機よりも精密な微調整性および小さな慣性質量モーメントを有し、これによって、動力分割機１の調整特性が非常に改善される。

さらに、図示された回転磁界型電動機９の実施例と異なって、電動機９を変速機油で冷却することもできる。これは非同期電動機によって実現できる。というのは、非同期電動機の回転子２６は変速機油内でも、あるいは他の媒体特に冷却材の中でも運転できるからである。この方式は、ブラシ付き直流電動機の場合には、その電動機が動力分割機の内部室および変速機油の侵入に対して完全に密封されねばならないので、採用できない。

また、回転磁界型電動機を採用することによって、クラッチ装置を長い時間にわたって係合状態に保持するために、クラッチ装置に対する操作トルクを発生する電磁ブレーキを利用することが省かれる点で有利である。その理由は、回転磁界型電動機の場合にはブラシ付き直流電動機と異なって、給電中に回転運動がなくても、ブラシの焼きつきが生じないことにある。直流電動機におけるブラシのいわゆる焼きつきは、直流電動機が与えるべき保持トルクに基づいて、長時間にわたって給電され、直流電動機が回転を実行されないか、小さな角度範囲内でしか動かされないことによって、引き起こされる。

本発明に基づく動力分割機の上述した実施例と異なった図示されていない有利な実施例において、それ自体が回転磁界型電動機に対して過負荷となるクラッチ装置の長い係合過程が、相応した要件によって望まれるとき、クラッチ装置をその係合状態に保持するための電磁ブレーキを、動力分割機に一体的に組み込むことも勿論できる。

駆動変換装置と電動機とクラッチ装置とを備えた本発明に基づく動力分割機の部分断面図。

符号の説明

１ 動力分割機
２ 駆動軸
３ 第１従動軸、接続フランジ
４ 第２従動軸、接続フランジ
５ クラッチ装置
６ 第１歯車
７ 遊び歯車
８ 第２歯車
９ 電動機
１０ 駆動変換装置
１１ 平歯車段、伝達段
１２ セグメント歯車
１３ 他の歯車
１４ リベット
１５ スピンドルナット
１６ スピンドル
１７ 圧力板
１８ スラスト軸受
１９ 多板ディスクセット
２０ 内側ディスク
２１ 外側ディスク
２２ 内側ディスクホルダ
２３ 外側ディスクホルダ
２４ ばね装置
２５ 電動機のハウジング
２６ 電動機の回転子

Claims (6)

1. 駆動軸（２）を介して入力する駆動トルクを、少なくとも２つの従動軸（３，４）に分割するための自動車、特に切換可能な全輪駆動装置付き自動車における調整可能なクラッチ装置を備えた動力分割機（１）であって、
   一方の従動軸（４）がクラッチ装置（５）を介して駆動軸（２）に結合でき、クラッチ装置（５）が、電動機（９）の回転運動をクラッチ装置（５）に対する並進的作動運動に変換するために、電動機（９）およびこの電動機（９）とクラッチ装置（５）との間に配置された駆動変換装置（１０）を介して作動されるように構成された動力分割機（１）において、
   電動機（９）が非同期電動機として形成されていることを特徴とする動力分割機。
2. 電動機（９）が歯車（７）に一体的に組み込まれ、この歯車（７）を介して、駆動軸（２）の駆動トルクの少なくとも一部が、１つの従動軸（４）に伝えられる、ことを特徴とする請求項１記載の動力分割機。
3. 電動機（９）のハウジング（２５）が歯車（７）の軸受として形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２記載の動力分割機。
4. 駆動変換装置（１０）が、スピンドル（１６）とこのスピンドル（１６）上に配置されたスピンドルナット（１５）とを有している、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の動力分割機。
5. スピンドル（１６）が回転不能に固定され、スピンドルナット（１５）が電動機（９）によって回転でき、クラッチ装置（５）の係合過程時に、スピンドルナット（１５）が駆動軸（２）と同じ回転方向を有している、ことを特徴とする請求項４記載の動力分割機。
6. スピンドルナット（１５）が回転不能に固定され、スピンドル（１６）が電動機（９）によって回転でき、クラッチ装置（５）の係合過程時に、スピンドル（１６）が駆動軸（２）と同じ回転方向を有している、ことを特徴とする請求項４記載の動力分割機。

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