JP2013249952A - 角度の遊びを制御するシステムを備えた電気機械用の２つの歯車を有する伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバーランニングクラッチ内の遊びが、製造上の公差及び／又は変形のために、遊びが確保されない場合でも、伝動装置は正確に動作することができるようにする。
【解決手段】伝動装置は、第１被駆動歯車２２のハブ２８を第１連結装置３２のハブ３４と回転のために接続し、それによってこれらのハブ２８、３４が２つの移動端部位置の間においてそれぞれのシャフト１４の軸の周りに互いに対して回転することができる接続手段３６と、これらのハブ２８、３４にこれらの移動端部位置の１つの方へハブ２８、３４を付勢する傾向がある付勢トルクを適用するためにハブ２８、３４の間に介在された弾性手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機械、特に、必ずではないが、電気自動車用の電気機械に連結することを意図した２つの歯車を有する伝動装置（two-gear transmission）に関する。「電気自動車」という用語は、（純粋電気自動車の場合には）けん引動力の唯一の供給源である又は（ハイブリッド車の場合には）内燃機関に関連付けられる１つ若しくはそれ以上の電気機械を原動力として使用するそれらの車両すべてに言及するものとして、以下の明細書及び特許請求の範囲において使用される。

２つ以上の歯車、特に２つの歯車を有する電気自動車用の伝動装置を使用することが知られており、その伝動装置は、１つの歯車を有する伝動装置に比べて、電気機械が、広範囲の車両速度において最適毎分回転数で、すなわち電気機械の最大効率に対応する毎分回転数で動作することができるという利点を有する。そのような利点は、電気機械が車両を駆動するために必要である動力を発生させるモータとして動作するけん引動作モードと、電気機械が車両が減速しているときに車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機として動作する再生動作モードとの両方において達せられる。

独立請求項１の前提部による電気機械用の２つの歯車を有する伝動装置は、欧州特許出願公開第２３０５５０１Ａ号から知られている。この既知の解決法によれば、伝動装置は、一次シャフトと、二次シャフトと、一次シャフトによって保持される第１駆動歯車と二次シャフトによって保持されると共に第１駆動歯車と永久的に噛み合う第１被駆動歯車とを有する第１歯車、すなわち低速ギアの歯車セットと、一次シャフトによって保持される第２駆動歯車と二次シャフトによって保持されると共に第２駆動歯車と永久的に噛み合う第２被駆動歯車とを有する第２歯車、すなわち高速ギアの歯車セットとを備えている。第１被駆動歯車（あるいは、それに代えて第１駆動歯車）は、それぞれのシャフトと回転のために剛結合（rigid connect）されたハブと、ハブに対して回転することができるようにハブの周りに取り付けられた環状歯車とを有し、一次シャフトから二次シャフトへの方向にのみ第１歯車の歯車セットを通じてトルクを伝達することができるように環状歯車とハブとの間にオーバーランニングクラッチが介在されている。前記伝動装置はさらに、二次シャフトから一次シャフトへの方向に第１歯車の歯車セットを通じてまたトルクを伝達することができるように、オーバーランニングクラッチが関連付けられた歯車を二次シャフトと直接的に回転のために接続するように配置された第１連結装置と、第２駆動歯車又は第２被駆動歯車をそれぞれのシャフトと回転のために接続するように配置された第２連結装置とを有する。第１連結装置は、ハブと滑りスリーブとを有し、ハブは、二次シャフトと回転のために剛結合され、滑りスリーブは、第１係合歯を備え、該第１係合歯は、オーバーランニングクラッチが関連付けられた歯車の第２係合歯と噛み合うように配置されている。第１連結装置の滑りスリーブは、それぞれのハブと回転のために接続され、第１係合歯と第２係合歯とが互いから解放される解放位置と、第１係合歯と第２係合歯とが互いに噛み合い、それによってオーバーランニングクラッチが関連付けられた歯車の環状歯車を二次シャフトと回転のために接続する係合位置との間で、ハブに対して軸方向にスライド可能である。この既知の伝動装置、更に具体的に言えば、オーバーランニングクラッチの正確な動作を確保するために、オーバーランニングクラッチ内において第１連結装置の滑りスリーブの係合歯とオーバーランニングクラッチが関連付けられた歯車の環状歯車の係合歯との間の遊び（play）を適切に設定する必要がある。更に具体的に言えば、オーバーランニングクラッチ内の遊びは、前述した係合歯間の遊びよりも少なくする必要がある。従って、製造上の公差及び／又は変形のために、それらの遊びが確保されない場合、伝動装置は正確に動作することができないことが起こり得る。

従って、本発明の目的は、従来技術の前述した欠点によって影響されない前記に示したタイプの電気機械用の２つの歯車を有する伝動装置を提供することである。

この目的及び他の目的は、添付される独立請求項１の特徴部に記載の特徴を有する電気機械用の２つの歯車を有する伝動装置によって本発明に従って完全に実現される。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の主題であり、従属請求項の内容は、本明細書の不可欠な一体化部分であるとみなされる。

本発明の特徴及び利点は、添付図面を参照しながら非制限的な実施例を用いて単に付与される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の好ましい実施形態に係る電気機械用の２つの歯車を有する伝動装置の断面図である。 図１に示す前記伝動装置の第１被駆動歯車及び第１連結装置によって形成される組立体の斜視図である。 図２に示す前記組立体の断面図である。

先ず図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態に係る電気機械用の２つの歯車を有する伝動装置は、ケーシング又はハウジング１０と、ケーシング１０によって回転のために支持された一次シャフト１２と、ケーシング１０によって回転のために支持されると共に一次シャフト１２に平行に配置された二次シャフト１４とを有する。

一次シャフト１２は、第１歯車（すなわち低速ギア）用の第１駆動歯車１６と、第２歯車（すなわち高速ギア）用の第２駆動歯車１８とを保持する。図示された実施形態では、第１駆動歯車１６は、それぞれのシャフト（一次シャフト１２）と回転のために固定され、すなわち剛結合され、更に具体的に言えば、一次シャフト１２と単一部品で作られ、第２駆動歯車１８は、例えば１つ若しくは複数のニードル軸受２０を用いて支持されるアイドル（idle）歯車である、すなわち一次シャフト１２に対して自由に回転する。

二次シャフト１４は、第１歯車用の第１被駆動歯車２２と、第２歯車用の第２被駆動歯車２４とを保持する。第１被駆動歯車２２は、第１駆動歯車１６と永久的に噛み合うアイドル環状歯車２６と、二次シャフト１４と回転のために剛結合されたハブ２８（好ましくは、ハブ２８は、二次シャフト１４とは別体部品として作られ、スプライン連結によって二次シャフトに連結される）と、第１被駆動歯車２２の環状歯車２６とハブ２８との間に介在されると共に、一次シャフト１２が二次シャフト１４にトルクを伝達するとき（けん引段階）、二次シャフト１４（従ってハブ２８）の回転速度が、第１歯車の伝達率によって割られた一次シャフト１２の回転速度に等しい若しくはそれ以下になるまで、第１被駆動歯車のこれらの２つの構成部品を互いに回転のために連結するように配置されたオーバーランニングクラッチ（自在輪としても知られる）３０とを有する。第１被駆動歯車２２は、すなわちより良くは関連環状歯車２６は、第１歯車の歯車セットの他方の歯車１６に反して、それぞれのシャフト（二次シャフト１４）と回転のために剛結合されていないが、ある動作状態（オーバーランニングクラッチ３０がハブ２８と共に回転することから環状歯車２６との接続を断つ状態）ではシャフト１４に対して自由に回転することを意味する「アイドル」歯車として以前は規定されていた。図示された実施形態では、第２被駆動歯車２４は、固定歯車として作られ、すなわち二次シャフト１４と回転のために剛結合され、第２駆動歯車１８と永久的に噛み合う。

前記伝動装置はさらに、第１被駆動歯車２２の環状歯車２６を二次シャフト１４と回転のために連結するように配置された第１連結装置３２を有する。第１連結装置３２は、通常係合される連結装置として、この場合、休止（rest）状態において第１被駆動歯車２２の環状歯車２６を二次シャフト１４と回転のために接続した状態にする通常係合される連結装置として、あるいは、通常解放される連結装置として、この場合、休止状態において第１被駆動歯車２２の環状歯車２６を二次シャフト１４に対して自由に回転する状態にする通常解放される連結装置として作ることができる。第１連結装置３２は、二次シャフト１４に対して自由に回転するように二次シャフト１４に取り付けられると共に複数の接続ピン３６を用いて第１被駆動歯車２２のハブ２８と回転のために接続されたハブ３４と、ハブと回転のために剛結合されるがハブに対して軸方向に自由に移動するようにスプライン形状を用いてハブ３４に接続された滑りスリーブ３８とを有する。第１被駆動歯車２２の方へ向かう端部において、滑りスリーブ３８のスプライン形状は、第１被駆動歯車２２の環状歯車２６によって形成された第２係合歯４２と噛み合うように配置された第１係合歯４０を形成する。滑りスリーブ３８は、係合歯４０と４２とが解放される解放位置と、係合歯４０と４２とが互いに噛み合い、それによって第１被駆動歯車２２の環状歯車２６が二次シャフト１４と回転のために接続される係合位置との間で移動可能である。

前記伝動装置はさらに、第２駆動歯車１８に関連付けられた第２連結装置４４を有し、第２連結装置４４は、図示された実施形態では摩擦クラッチとして作られている。図示された実施形態では、第２連結装置４４は、通常係合されたタイプから構成されている。従って、第２連結装置４４は、休止状態において第２駆動歯車１８を一次シャフト１２と回転のために接続した状態にし、（例えば機械的、液圧的あるいは電気的に）作動されるときに一次シャフト１２と共に回転することから第２駆動歯車１８との接続を断つ。しかしながら、第２連結装置４４はまた、通常解放されたタイプから構成されてもよい。図示された実施形態では、第２連結装置４４は、乾式多板摩擦クラッチであるが、当然、第２連結装置はまた、別のタイプの摩擦クラッチであってもよく、例えば湿式単板又は多板摩擦クラッチであってもよい。

ここで特に図２及び図３を参照すると、第１被駆動歯車２２のハブ２８と第１連結装置３２のハブ３４との間に、ハブ２８と３４とが二次シャフト１４の軸の周りにある一定の角度まで互いに対して回転することができるある一定の角度の遊びが設けられている。これに関連して、本発明に係る伝動装置は、伝動装置のこれらの２つの構成部品間の角度の遊びを制御するための角度遊び制御システムを備えている。更に具体的に言えば、接続ピン３６は、第１被駆動歯車２２のハブ２８に固定され、各接続ピンは、２つのハブ２８と３４とが互いに対して回転することができるように第１連結装置３２のハブ３４に設けられたそれぞれの溝穴部４６の遊びと係合する。これに関連して、接続ピン３６は、二次シャフト１４の軸に中心を有する同一円周に沿うそれぞれの軸に配置され、各溝穴部４６の軸は、前記円周の一部と一致する曲線軸である。さらに、接続ピン３６と溝穴部４６とは共に、互いから角度的に均等に離れて配置され、溝穴部４６の角度ピッチは、接続ピン３６の角度ピッチの整数倍である（図示される実施例では２に等しい）。このようにして、ハブ２８とハブ３４とは、溝穴部４６の反対側の端部に隣接する接続ピン３６によって規定された２つの移動端部位置の間において互いに対して回転することができる。ハブ２８とハブ３４との間に弾性手段がまた設けられ、弾性手段は、これらの２つの構成部品にこれらの移動端部位置の１つの方へそれらを付勢する傾向がある付勢トルクを適用するように配置されている。このようにして、ハブ３４がハブ２８にトルクを伝達しないとき、これらの弾性手段は、前述した移動端部位置に、従って明確に規定された相対位置に２つのハブを保持する。図示された実施形態によれば、これらの弾性手段は、一端において接続ピン３６の一端に、従ってハブ２８に接続されると共に他端においてハブ３４に接続されるスプリング４８を有する。図示された実施形態では、スプリング４８は、円筒形コイルばねとして作られるが、例えば渦巻ばねとして作られてもよい。

前述した２つの歯車を有する伝動装置の動作をここで、特に電気自動車における伝動装置の使用に関連して説明する。

第２連結装置４４を解放した状態で、電気モータが回転し始めるとき、駆動トルクは、第１歯車の歯車セットを形成する第１駆動歯車１６と第１被駆動歯車２２とを介して一次シャフト１２から二次シャフト１４に伝達され、第１被駆動歯車２２の環状歯車２６は、オーバーランニングクラッチ３０を用いてハブ２８と、従って二次シャフト１４と回転のために接続されている。好ましくは、車両が前進し始めるとすぐに、第１連結装置３２は、第１被駆動歯車２２の環状歯車２６を二次シャフト１４と回転のために連結するために（通常解放された装置の場合には）係合される、あるいは（通常係合された装置の場合には）係合したままにされる。このようにして、トルクはまだ、好ましくは一次シャフト１２から二次シャフト１４にオーバーランニングクラッチ３０を通じて伝達されるが、オーバーランニングクラッチ３０内の遊びが滑りスリーブ３８の係合歯４０と環状歯車２６の係合歯４２との間の遊びよりも小さくなるように好適に選択されるので、滑りスリーブ３８は既に係合位置に位置し、従って、前記伝動装置は、第１歯車が係合した再生モードにおいてまた直ちに動作することができる。実際には、制動の場合（すなわち、より一般的には、減速の場合）又は下り坂運転の場合、トルクは、駆動歯車から、二次シャフト１４、第１連結装置３２のハブ３４及び滑りスリーブ３８、環状歯車２６、第１駆動歯車１６並びに一次シャフト１２の順に通って電気機械に伝達され、電気機械は従って、車両のバッテリを充電するための発電機として動作する。第１歯車が係合した状態で（すなわち、図示された実施形態において第２連結装置４４が解放した状態で）走行するとき、けん引モードと再生モードとの両方において、第２駆動歯車１８は、永久的に噛み合う第２被駆動歯車２４によって回転駆動されるので空転状態で回転する。

第１歯車から第２歯車にシフトすることを可能にするために、第１連結装置３２は、解放され、それによって滑りスリーブ３８の係合歯４０を環状歯車２６の係合歯４２から解放し、それによってトルクが一次シャフト１２から二次シャフト１４にオーバーランニングクラッチ３０を通じて伝達させられる。第２連結装置４４は次に、係合状態に戻され、それによって第２駆動歯車１８は一次シャフト１２と回転のために接続される。このようにして、第１歯車の伝達率によって決定される環状歯車２６の回転速度が、他方では第２歯車の伝達率に依存するハブ２８、すなわち二次シャフト１４の回転速度より低くなるとすぐに、オーバーランニングクラッチ３０は、「オーバーラン」し、自動的に解放状態にシフトする。従って、駆動トルクは、第２歯車の歯車セットの駆動歯車１８と被駆動歯車２４とを介して一次シャフト１２から二次シャフト１４に伝達される。第２駆動歯車１８が第２連結装置４４の係合時に一次シャフト１２と回転のために連結されるときに第２歯車の歯車セットに平行にクラッチ動作する第１歯車の歯車セットを通じてトルクを伝達するためのオーバーランニングクラッチ３０を使用することによって、トルク伝達において、すなわち所謂「パワーシフト」モードにおいて中断なしに第１歯車から第２歯車にシフトすることができる。第２歯車が係合した状態で、再生モードにおける動作は、互いに永久的に噛み合う第２歯車の歯車セットの駆動歯車１８と被駆動歯車２４とによって可能となる。

当然、本発明の原理を変更しないままで、実施形態及び構造の詳細は、添付される特許請求の範囲に限定されるように本発明の範囲を逸脱することなしに、非制限的な実施例のみを用いて説明され示されるものから広範に変更することができる。

例えば、第１歯車の歯車セットのアイドル歯車である駆動歯車を備えた伝動装置をまた考えることができ、この場合、関連遊び制御システムと共にオーバーランニングクラッチ及び第１連結装置が第１被駆動歯車に代えて第１駆動歯車に関連付けられる。さらに、第２歯車の歯車セットのアイドル歯車である被駆動歯車を備えた伝動装置をまた考えることができ、この場合、第２連結装置は、第２駆動歯車に代えて第２被駆動歯車に作用する。

Claims (4)

1. 一次シャフト（１２）と、
   二次シャフト（１４）と、
   第１歯車、すなわち低速ギアの歯車セットであって、前記一次シャフト（１２）によって保持される第１駆動歯車（１６）と、前記二次シャフト（１４）によって保持されると共に前記第１駆動歯車（１６）と永久的に噛み合う第１被駆動歯車（２２）とを有し、前記第１駆動歯車（１６）と第１被駆動歯車（２２）の１つが、それぞれのシャフト（１２、１４）と回転のために剛結合されたハブ（２８）と前記ハブ（２８）に対して回転することができるように前記ハブ（２８）の周りに取り付けられた環状歯車（２６）とを有する第１歯車の歯車セットと、
   第２歯車、すなわち高速ギアの歯車セットであって、前記一次シャフト（１２）によって保持される第２駆動歯車（１８）と前記二次シャフト（１４）によって保持されると共に前記第２駆動歯車（１８）と永久的に噛み合う第２被駆動歯車（２４）とを有する第２歯車の歯車セットと、
   前記一次シャフト（１２）から前記二次シャフト（１４）への方向にのみ前記第１歯車の歯車セットを通じてトルクを伝達することができるように前記第１駆動歯車（１６）又は前記第１被駆動歯車（２２）の前記環状歯車（２６）と前記ハブ（２８）との間に介在されるオーバーランニングクラッチ（３０）と、
   前記二次シャフト（１４）から前記一次シャフト（１２）への方向に前記第１歯車の歯車セットを通じてまたトルクを伝達することができるように前記第１駆動歯車（１６）又は第１被駆動歯車（２２）の環状歯車（２６）をそれぞれのシャフト（１２、１４）と直接的に回転のために接続するように配置された第１連結装置（３２）と、
   前記第２駆動歯車（１８）及び前記第２被駆動歯車（２４）の１つをそれぞれのシャフト（１２、１４）と回転のために接続するように配置された第２連結装置（４４）と、を有し、
   前記第１連結装置（３２）は、ハブ（３４）と、前記第１駆動歯車（１６）又は前記第１被駆動歯車（２２）の環状歯車（２６）の第２係合歯（４２）と噛み合うように配置された第１係合歯（４０）を備えた滑りスリーブ（３８）とを有し、前記滑りスリーブ（３８）が、それぞれのハブ（３４）と回転のために接続されると共に、前記第１係合歯及び第２係合歯（４０、４２）が互いから解放される解放位置と前記第１係合歯及び第２係合歯（４０、４２）が互いに噛み合う係合位置との間でハブ（３４）に対して軸方向にスライド可能である、
   電気機械用の２つの歯車を有する伝動装置であって、
   前記オーバーランニングクラッチ（３０）が関連付けられた前記歯車（２２）のハブ（２８）を前記第１連結装置（３２）の前記ハブ（３４）と回転のために接続し、それによって前記ハブ（２８、３４）が２つの移動端部位置の間においてそれぞれのシャフト（１４）の軸の周りに互いに対して回転することができる接続手段（３６）と、
   前記ハブ（２８、３４）に前記移動端部位置の１つの方へ前記ハブ（２８、３４）を付勢する傾向がある付勢トルクを適用するために前記ハブ（２８、３４）の間に介在された弾性手段（４８）と、
   をさらに有することを特徴とする電気機械用の２つの歯車を有する伝動装置。
2. 前記接続手段（３６）は、前記オーバーランニングクラッチ（３０）が関連付けられた前記歯車（２２）のハブ（２８）に固定されると共に前記第１連結装置（３２）のハブ（３４）に設けられたそれぞれの溝穴部（４６）の遊びと係合する複数のピン（３６）を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の伝動装置。
3. 前記弾性手段（４８）は、一端において前記ピン（３６）の１つに接続されると共に他端において前記第１連結装置（３２）のハブ（３４）に接続される少なくとも１つのスプリング（４８）を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の伝動装置。
4. 前記弾性手段（４８）は、円筒形コイルばねとして作られる単一スプリング（４８）を有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の伝動装置。

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