DE60300123T2

DE60300123T2 - Elektromagnetische Kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60300123T2
Application number: DE60300123T
Authority: DE
Inventors: Akihiro 4-1 Chuo 1-chome Iwazaki; Shin 4-1 Chuo 1-chome Aoki; Rikiya 4-1 Chuo 1-chome Kunii
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2023-02-08
Also published as: EP1348881A1; US6761662B2; DE60300123D1; JP3853686B2; EP1348881B1; US20030186773A1; JP2003287062A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Kupplungsvorrichtung, wie z. B. eine Bremse oder eine Kupplung, und eine Antriebskraftverteilungsvorrichtung für ein Fahrzeug, welche die elektromagnetische Kupplungsvorrichtung verwendet.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein Differenzial ist in einem Triebstrang eines Fahrzeugs angeordnet, um eine Drehmomentverteilung zwischen rechten und linken Rädern des Fahrzeugs derart zu erhalten, dass ein Drehmoment gleichmäßig zwischen den rechten und linken Rädern verteilt wird und das äußere Rad bei einer Kurvenfahrt schneller als das innere Rad dreht, um auf diese Weise zuverlässig eine ruhige Kurvenfahrt zu erhalten. Während die primäre Rolle des Differenzials darin besteht, wie oben erwähnt, eine ruhige Kurvenfahrt zu erhalten, gibt es einen Fall, bei dem eines der rechten und linken Räder hängen bleiben kann, um während einer Fahrt auf einer holprigen Straße an einer schlammigen Stelle durchzudrehen. In diesem Fall ist der Widerstand von der Straße zum Rad, welches hängen geblieben ist, um an der schlammigen Stelle durchzudrehen, klein, sodass das Drehmoment meist zu diesem durchdrehenden Rad übertragen wird und kaum zu dem anderen Rad. Folglich fehlt die Antriebskraft zum Antreiben der Räder, um ein Problem zu verursachen, dass das durchdrehende Rad nicht von der schlammigen Stelle entkommen kann. Dieses Problem ist eine Schwäche, welche einem üblichen Differenzial eigen ist.
Bekannt ist eine spezielle Art eines Differenzials, welches einen Differenzialbewegungsbegrenzungsmechanismus besitzt, welcher die obige innewohnende Schwäche eines üblichen Differenzials kompensieren kann. Diese Art von Differenzial wird als Sperrdifferenzial (LSD) bezeichnet. Ein Differenzial vom Planetengetriebetyp ist in der Technik allgemein bekannt. Beispielsweise ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 6-33997 ein solcher Differenzialgetriebeaufbau vom Planetengetriebetyp mit einem Sperrdifferenzialmechanismus, welcher aus einer elektromagnetischen Kupplung und einer Mehrscheibenkupplung besteht, offenbart. Bei diesem Differenzialgetriebeaufbau wird eine Anziehungskraft zwischen einem Solenoid und einem Anker, welche die elektromagnetische Kupplung ausbilden, auf die Mehrscheibenkupplung ausgeübt, um sie zu pressen und selektiv eine in der Mehrscheibenkupplung erzeugte Einrückkraft zu steuern/regeln.
Ein aus einer Mehrzahl von Stangen bestehendes Verbindungselement ist zwischen einer Druckplatte der Mehrscheibenkupplung und dem Anker angeordnet. D. h. ein Ende jeder Stange des Verbindungselements ist an der Druckplatte der Mehrscheibenkupplung festgelegt und das andere Ende kommt in Anlage an einen inneren Umfangsabschnitt des Ankers, wenn der Solenoid betätigt wird. Bei dem oben erwähnten herkömmlichen Differenzialgetriebeaufbau erstrecken sich die an der Druckplatte festgelegten mehrfachen Stangen in einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zu der Druckplatte. Folglich gibt es in dem Fall, dass einige dieser Stangen zur Druckplatte geneigt sind, das Problem, dass eine Druckkraft des Ankers, welcher von dem Solenoid angezogen wird, um die Druckplatte der Mehrscheibenkupplung zu drücken, nicht gleichmäßig zu der Druckplatte übertragen werden kann.
Bei dem in der obigen Publikation beschriebenen herkömmlichen Differenzialgetriebeaufbau steuert/regelt ferner die elektromagnetische Kupplung die Einrückkraft der Mehrscheibenkupplung derart, dass die mehrfachen Stangen als Druckelemente so angeordnet sind, dass sie dem inneren Umfangsabschnitt des Ankers entsprechen. Jedoch sind bei einer Mehrscheibenbremsstruktur mit einer Mehrzahl von Bremsplatten und einer Mehrzahl von Bremsscheiben diese Bremsplatten und Bremsscheiben im Allgemeinen so angeordnet, dass sie einem äußeren Umfangsabschnitt des Ankers vom Standpunkt der Struktur entsprechen. Folglich ist es schwierig, dass die herkömmliche Struktur, welche in der obigen Publikation so beschrieben ist, dass die Mehrscheibenkupplung operativ mit dem Anker an seinem inneren Umfangsabschnitt verbunden ist, ohne irgendwelche Änderungen bei der Mehrscheibenbremsstruktur verwendet wird.
Bei dem in der obigen Publikation beschriebenen Differenzialgetriebeaufbau ist der gegenüberliegende Abschnitt zwischen dem Anker und einem Kern mit einer Solenoidspule durch flache gegenüberliegende Flächen ausgebildet. Diese Struktur hat das Problem, dass eine hohe Genauigkeit notwendig ist, um einen Luftspalt zwischen dem Kern und dem Anker zu steuern/regeln, da die Relation zwischen dem Strom und der Anziehungskraft auf eine Veränderung in diesem Luftspalt empfindlich reagiert.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 11-260632 offenbart eine Technik, bei der die gegenüberliegenden Flächen eines Linearsolenoidkerns und eines Ankers bezüglich ihrer radialen Richtungen geneigt sind, um die gegenüberliegende Fläche zwischen dem Kern und dem Anker zu vergrößern, um auf diese Weise die Ansprechempfindlichkeit zu verbessern. Die japanische Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. Hei 6-26213 offenbart einen Elektromagneten, welcher derart aufgebaut ist, dass eine der gegenüberliegenden Flächen eines Kerns und eines Ankers mit einer V-Nut ausgebildet ist und die andere mit einem Keil ausgebildet ist, welcher in die V-Nut einzupassen ist. Bei jeder von diesen in den obigen Publikationen beschriebenen Techniken sind die gegenüberliegenden Flächen des Kerns und des Ankers bezüglich ihrer radialen Richtungen geneigt, um die gegenüberliegenden Flächen zwischen dem Kern und dem Anker zu vergrößern, um auf diese Weise die Ansprechempfindlichkeit zu verbessern. Jedoch wurde einer Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die Relation zwischen dem Strom und der Anziehungskraft gegenüber einer Veränderung des Luftspalts unempfindlich sein soll, keine Beachtung geschenkt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische Kupplungsvorrichtung bereitzustellen, welche die Relation zwischen dem Strom und der Anziehungskraft unempfindlich gegenüber einer Änderung im Luftspalt zwischen dem Kern und dem Anker machen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektromagnetische Kupplungsvorrichtung vorgesehen, welche zwischen einem festen Gehäuse und einem drehenden Element angeordnet und wenigstens teilweise in dem festen Gehäuse untergebracht ist. Diese elektromagnetische Bremse umfasst einen Mehrplattenbremsmechanismus mit einer Mehrzahl von Bremsplatten, welche an dem festen Gehäuse angebracht sind, und einer Mehrzahl von Bremsscheiben, welche an dem drehenden Element so angebracht sind, dass sie abwechselnd mit den Bremsplatten angeordnet sind; ein ringartiges Kernelement, welches in dem festen Gehäuse angebracht ist, wobei das Kernelement eine ringförmige Nut und einen ersten Außendurchmesser besitzt; eine ringförmige Erregerspule, welche in der ringförmigen Nut des Kernelements aufgenommen ist; und ein ringartiges Ankerelement, welches der ringförmigen Nut des Kernelements gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Ankerelement einen zweiten Außendurchmesser besitzt, welcher größer als der erste Außendurchmesser ist.
Die elektromagnetische Kupplungsvorrichtung umfasst ferner ein zylindrisches Druckelement, welches so vorgesehen ist, dass es die Außenumfangsfläche des Kernelements umgibt und in einer Richtung zum Pressen des Mehrplattenbremsmechanismus beweglich ist, während es durch das Kernelement geführt wird, wobei das Druckelement ein erstes Ende hat, welches an einem äußeren Umfangsabschnitt des Ankerelements angebracht ist, und ein zweites Ende hat, welches mit dem Mehrplattenbremsmechanismus im Eingriff ist. Der Begriff "elektromagnetische Kupplungsvorrichtung" kann eine elektromagnetische Bremse und eine elektromagnetische Kupplung umfassen.
Das ringartige Kernelement hat eine erste radial außen verjüngte Endfläche, welche radial außerhalb der ringförmigen Nut ausgebildet ist und in einem ersten Winkel bezüglich der Achse des Kernelements geneigt ist, und hat eine erste radial innen verjüngte Endfläche, welche radial innerhalb der ringförmigen Nut ausgebildet ist und in einem zweiten Winkel bezüglich der Achse des Kernelements geneigt ist. Das ringartige Ankerelement hat eine zweite radial außen verjüngte Endfläche komplementär zu der ersten radial außen verjüngten Endfläche, eine zweite radial innen verjüngte Endfläche komplementär zu der ersten radial innen verjüngten Endfläche, und eine Zwischenendfläche gegenüber der ringförmigen Erregerspule.
Wenn sich der Luftspalt zwischen dem ringartigen Kernelement und dem ringartigen Ankerelement in der elektromagnetischen Bremse mit dem Mehrplattenbremsmechanismus verändert, verändert sich die Anziehungskraft des ringartigen Kernelements, was zu einer Änderung der Druckkraft des zylindrischen Druckelements gegenüber dem Mehrplattenbremsmechanismus führt. Daher wird eine hohe Genauigkeit verlangt, um den Luftspalt zu steuern/regeln. Dieser Luftspalt verändert sich gemäß Herstellungsschwankungen oder einer altersbedingten Verschlechterung (Verschleiß) der mehrfachen Bremsplatten und der mehrfachen Bremsscheiben des Mehrplattenbremsmechanismus.
Beispielsweise besteht in dem Fall, dass der gegenüberliegende Abschnitt zwischen dem ringartigen Kernelement und dem ringartigen Ankerelement flach ist, um sich in rechten Winkeln zur Achse zu erstrecken, eine Möglichkeit, dass dann, wenn der Luftspalt, welcher ausgebildet wird, indem ein großer Strom durch die ringförmige Erregerspule geleitet wird, um die Anziehungskraft des Kernelements zu maximieren, allmählich durch die altersbedingte Verschlechte rung abnimmt, die Druckkraft des zylindrischen Druckelements allmählich stärker als eine ursprüngliche Druckkraft werden kann. Das liegt daran, dass der Verschleißbetrag der Bremsplatten und der Bremsscheiben des Mehrplattenbremsmechanismus infolge der altersbedingten Verschlechterung im Bewegungsbetrag (Hub) des zylindrischen Druckelements in Erscheinung tritt und dass der Hub des zylindrischen Druckelements und der Luftspalt in einer Eins-zu-Eins-Zuordnung sind, da der gegenüberliegende Abschnitt zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement flach ist, sodass er sich in rechten Winkeln zur Achse erstreckt.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung wird der gegenüberliegende Abschnitt zwischen dem ringartigen Kernelement und dem ringartigen Ankerelement durch die verjüngten Flächen gebildet, die jeweils einen vorbestimmten Verjüngungswinkel besitzen. Folglich nimmt selbst dann, wenn der Hub des zylindrischen Druckelements durch die altersbedingte Verschlechterung des Mehrplattenbremsmechanismus verändert wird, der Luftspalt um ein dem Verjüngungswinkel entsprechendes Maß ab, sodass die Relation zwischen dem Hub des zylindrischen Druckelements und dem Luftspalt eine Eins-zu-Eins oder kleinere Zuordnung (Entsprechung) wird. Folglich kann eine Veränderung des Luftspalts bei einer Veränderung des Hubs des zylindrischen Druckelements infolge von Verschleiß im Mehrplattenbremsmechanismus unterdrückt werden. Als Folge kann die Steuerung/Regelung der Anziehungskraft des ringartigen Kernelements oder die Steuerung/Regelung der Bremskraft in dem Mehrplattenbremsmechanismus genau durchgeführt werden ohne großen Einfluss durch die altersbedingte Verschlechterung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektromagnetische Kupplungsvorrichtung vorgesehen, in welcher der zweite Winkel größer als der erste Winkel eingestellt ist. An dem äußeren Umfangsabschnitt des ringartigen Ankerelements, wo das zylindrische Druckelement angebracht ist, wird die Anziehungskraft des ringartigen Kernelements auf das Ankerelement ausgeübt. Zu dieser Zeit kann der Luftspalt zwischen der radial außen verjüngten Endfläche des Ankerelements und der radial außen verjüngten Endfläche des Kernelements selbst dann sichergestellt werden, wenn die Anziehungskraft ein Maximum wird, da das zylindrische Druckelement mit dem Ankerelement an seinem Außenumfang verbunden ist. Jedoch besteht eine Möglichkeit, dass der Luftspalt zwischen der radial innen verjüngten Endfläche des Ankerelements und der radial innen verjüngten Endfläche des Kernelements Null werden kann infolge einer Schrägstellung, Ablenkung usw. des Ankerelements, was den Kontakt des Kernelements und des Ankerelements an ihren inneren Umfangsabschnitten bewirkt.
Gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der zweite Winkel größer als der erste Winkel eingestellt. Bei dieser Konfiguration kann der Luftspalt zwischen den radial innen verjüngten Endflächen des Kernelements und des Ankerelements vorläufig größer als der Luftspalt zwischen den radial außen verjüngten Endflächen des Kernelements und des Ankerelements eingestellt werden, um auf diese Weise den Kontaktspielraum zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement zu verbessern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektromagnetische Kupplungsvorrichtung vorgesehen, in welcher die zweite radial außen verjüngte Endfläche und die zweite radial innen verjüngte Endfläche des ringartigen Ankerelements einen konischen Vorsprung ausbilden. Mit anderen Worten sind die zweite radial außen verjüngte Endfläche und die zweite radial innen verjüngte Endfläche des ringartigen Ankerelements so ausgebildet, dass das Volumen des Ankerelements verringert wird. Folglich kann das Kippmoment des Ankerelements verringert werden, um den Kontaktspielraum zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement zu verbessern.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektromagnetische Kupplungsvorrichtung vorgesehen, welche zwischen einem festen Gehäuse und einem wenigstens teilweise in dem festen Gehäuse aufge nommenen drehenden Element angeordnet ist. Diese elektromagnetische Kupplungsvorrichtung umfasst einen Mehrplattenbremsmechanismus mit einer Mehrzahl von Bremsplatten, welche an dem festen Gehäuse angebracht sind, und einer Mehrzahl von Bremsscheiben, welche an dem drehenden Element so angebracht sind, dass sie abwechselnd mit den Bremsplatten angeordnet sind; ein erstes ringartiges Kernelement, welches in dem festen Gehäuse angebracht ist, wobei das erste ringartige Kernelement eine ringförmige Nut besitzt, einen ersten Außendurchmesser und eine erste geneigte Endfläche, welche in einem ersten Winkel bezüglich der Achse des ersten ringartigen Kernelements geneigt ist; und ein zweites ringartiges Kernelement, welches an dem ersten ringartigen Kernelement angebracht ist, wobei das zweite ringartige Kernelement eine zweite geneigte Endfläche besitzt, welche mit einem zweiten Winkel bezüglich der Achse des zweiten ringartigen Kernelements geneigt ist.
Die elektromagnetische Kupplungsvorrichtung umfasst ferner eine ringförmige Erregerspule, welche in der ringförmigen Nut des ersten ringartigen Kernelements untergebracht ist; ein ringartiges Ankerelement, welches der ersten und der zweiten geneigten Endfläche des ersten und des zweiten ringartigen Kernelements gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Ankerelement einen zweiten Außendurchmesser besitzt, welcher größer als der erste Außendurchmesser ist; und ein zylindrisches Druckelement, welches so vorgesehen ist, dass es die Außenumfangsfläche des ersten ringartigen Elements umgibt und in einer Richtung zum Pressen des Mehrplattenbremsmechanismus beweglich ist, während es von dem ersten ringartige Kernelement geführt wird, wobei das Druckelement ein erstes Ende besitzt, welches an einem äußeren Umfangsabschnitt des Ankerelements angebracht ist, und ein zweites Ende besitzt, welches mit dem Mehrplattenbremsmechanismus im Eingriff ist. Das ringartige Ankerelement besitzt eine radial außen liegende Endfläche, welche mit dem ersten Winkel bezüglich der Achse des Ankerelements geneigt ist, und eine radial innen liegende Endfläche, welche mit dem zweiten Winkel bezüglich der Achse des Ankerelements geneigt ist.
Gemäß dem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, einen ähnlichen Effekt derart zu erhalten, dass selbst dann, wenn der Hub des zylindrischen Druckelements sich infolge von Verschleiß des Mehrplattenbremsmechanismus verändert, eine Veränderung im Luftspalt zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement unterdrückt werden kann. Als Folge kann die Steuerung/Regelung der Anziehungskraft des Kernelements oder die Steuerung/Regelung der Bremskraft in dem Mehrplattenbremsmechanismus genau durchgeführt werden, ohne großen Einfluss durch die altersbedingte Verschlechterung.
Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise ihrer Realisierung wird offensichtlicher und die Erfindung selbst wird am besten durch ein Studium der folgenden Beschreibung und der angehängten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, welche einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Draufsicht, welche die Konfiguration eines Fahrzeugs mit Frontmotor und Frontantrieb zeigt, an welchem die Antriebskraftverteilungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
2 ist eine schematische Draufsicht, welche die Konfiguration eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb zeigt, an welchem die Antriebskraftverteilungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
3 ist eine Schnittansicht der in 2 gezeigten Antriebskraftverteilungsvorrichtung;
4 ist eine Aufrissansicht eines linksseitigen Gehäuses;
5 ist eine rechtsseitige Ansicht des in 4 gezeigten linksseitigen Gehäuses;
6A ist eine Aufrissansicht einer ringförmigen Druckplatte;
6B ist ein Querschnitt längs der Linie 6B-6B in 6A;
7A ist eine Aufrissansicht eines ringartigen Kernelements gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7B ist ein Querschnitt längs der Linie 7B-7B in 7A;
8 ist eine Schnittansicht eines ringartigen Ankerelements gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform;
9A ist eine Aufrissansicht eines zylindrischen Druckelements;
9B ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 9B-9B in 9A;
9C ist eine vergrößerte Ansicht eines in 9A gezeigten eingekreisten Abschnitts 125;
10 ist ein Teilausschnitt einer Schnittansicht eines Kernelements und eines Ankerelements gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist ein Teilausschnitt einer Schnittansicht eines Kernelements und eines Ankerelements gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist ein Teilausschnitt einer Schnittansicht eines Kernelements und eines Ankerelements gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ist ein Teilausschnitt einer Schnittansicht eines Kernelements und eines Ankerelements gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14A ist ein Teilausschnitt einer Schnittansicht des Kernelements und des Ankerelements gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform;
14B ist ein Teilausschnitt einer Schnittansicht eines Kernelements und eines Ankerelements gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine graphische Darstellung, welche die Relation zwischen dem Luftspalt und der Anziehungskraft zeigt, wenn die Form des gegenüberliegenden Abschnitts zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement verändert ist;
16 ist ein Teilausschnitt einer Schnittansicht, welche eine Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; und
17 ist eine Schnittansicht, welche die Relation zwischen den radial innen und außen liegenden Luftspalten in der in 16 gezeigten Modifikation zeigt, wenn die Achse des Ankerelements abgelenkt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische Draufsicht, welche die Konfiguration eines Fahrzeugs mit Frontmotor und Frontantrieb (FF) zeigt, bei welchem eine Antriebskraftverteilungsvorrichtung 6 mit der elektromagnetischen Bremse der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Eine Antriebskraft von einem Motor 2 wird durch ein Getriebe 4 zu der Antriebskraftverteilungsvorrichtung 6 übertragen. Die übertragene Antriebskraft wird durch die Antriebskraftverteilungsvorrichtung 6 zwischen einer linken Vorderachse 8 und einer rechten Vorderachse 10 verteilt. Die so verteilte Antriebskraft treibt ein an der linken Vorderachse 8 angebrachtes linkes Vorderrad 12 und ein an der rechten Vorderachse 10 angebrachtes rechtes Vorderrad 14 an.
2 ist eine schematische Draufsicht, welche die Konfiguration eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb zeigt, bei welchem eine Antriebskraftverteilungsvorrichtung 20 mit der elektromagnetischen Bremse der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Eine Antriebskraft von einem Motor 2 treibt ein linkes und ein rechtes Vorderrad 12 und 14 durch ein Getriebe 4 und die linke und die rechte Vorderachse 8 und 10 an. Die Antriebskraft wird auch durch eine Antriebswelle 18 zu der Antriebskraftverteilungsvorrichtung 20 übertragen. Die Antriebskraftverteilungsvorrichtung 20 besitzt im Wesentlichen dieselbe Konfiguration wie die der in 1 gezeigten Antriebskraftverteilungsvorrichtung 6. Die zu der Antriebskraftverteilungsvorrichtung 20 übertragene Antriebskraft wird zwischen einer linken Hinterachse 22 und einer rechten Hinterachse 24 mit einem vorgegebenen Verhältnis verteilt. Die so verteilte Antriebskraft treibt ein an der linken Hinterachse 22 angebrachtes linkes Hinterrad 26 und ein an der rechten Hinterachse 24 angebrachtes rechtes Hinterrad 28 an.
Wie nachfolgend detailliert beschrieben wird, enthält die Antriebskraftverteilungsvorrichtung 20 ein Paar elektromagnetische Bremsen. Durch eine Steuerung/Regelung der Bremskräfte der elektromagnetischen Bremsen kann die Antriebskraft von der Antriebswelle 18 willkürlich zwischen den Hinterrädern 26 und 28 verteilt werden. Ferner kann im Fall eines Leerlaufs der Hinterräder 26 und 28 die Antriebskraft von dem Motor 2 gänzlich den Vorderrädern 12 und 14 zugeführt werden. In diesem Fall arbeitet dieses Fahrzeug mit Vierradantrieb als ein FF-Fahrzeug.
Auf 3 Bezug nehmend ist dort eine Schnittansicht der Antriebskraftverteilungsvorrichtung 20 gezeigt. Die Bezugszahl 30 bezeichnet ein festes Gehäuse. Das feste Gehäuse 30 besteht aus einem zentralen Gehäuse 30a, einem linksseitigen Gehäuse 30b, einem rechtsseitigen Gehäuse 30c und einem Zwischengehäuse 30d. Das linksseitige Gehäuse 30b und das Zwischengehäuse 30d sind an dem zentralen Gehäuse 30a durch Schrauben 32 und 34 angebracht. Das rechtsseitige Gehäuse 30c ist an dem zentralen Gehäuse 30a durch Schrauben 36 angebracht. 4 ist eine Aufrissansicht des linksseitigen Gehäuses 30b und 5 ist eine rechtsseitige Ansicht der 4. Die linke Hinterachse 22 ist in dem Gehäuse 30 durch ein Paar Lager 38 und 40 drehbar gelagert. In ähnlicher Weise ist die rechte Hinterachse 24 in dem Gehäuse 30 durch ein Paar Lager 42 und 44 drehbar gelagert. Die linke Hinterachse 22 ist mit dem linken Hinterrad 26 verbunden und die rechte Hinterachse 24 ist mit dem rechten Hinterrad 28 verbunden.
Die Bezugszahl 46 bezeichnet einen Gegenflansch, welcher an der in 2 gezeigten Antriebswelle 18 durch Schrauben (nicht gezeigt) befestigt ist. Eine Eingangswelle 50 ist drehbar in dem Gehäuse 30 durch ein Paar Nadellager 52 und 54 gelagert. Die Eingangswelle 50 ist an ihrem vorderen Ende mit dem Gegenflansch 46 durch eine Keilwellenverbindung 48 verbunden. Die Eingangswelle 50 ist an ihrem hinteren Ende mit einem Kegelrad 56 ausgebildet. Ein Planetengetriebeaufbau 58A ist zwischen der Eingangswelle 50 und der linken Hinterachse 22 angeordnet und ein Planetengetriebeaufbau 58B ist zwischen der Eingangswelle 50 und der rechten Hinterachse 24 angeordnet. Der Planetengetriebeaufbau 58A besitzt im Wesentlichen dieselbe Struktur wie die des Planetengetriebeaufbaus 58B, sodass gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen bezeichnet werden und nur der Planetengetriebeaufbau 58A nunmehr hauptsächlich beschrieben wird.
Die Bezugszahl 60 bezeichnet ein Antriebshohlrad des Planetengetriebeaufbaus 58A. Das Antriebshohlrad 60 ist an seinem rechten Ende mit einem Kegelrad 62 ausgebildet. Das Kegelrad 62 des Antriebshohlrads 60 kämmt mit dem Kegelrad 56 der Eingangswelle 50. Der Planetengetriebeaufbau 58B besitzt ein Hohlrad 60', welches mit dem Hohlrad 60 des Planetengetriebeaufbaus 58A über eine Keilwellenverbindung 63 verbunden ist. Folglich wird das Hohlrad 60' des Planetengetriebeaufbaus 58B drehmäßig durch die Eingangswelle 50 durch das Hohlrad 60 des Planetengetriebeaufbaus 58A angetrieben. Der Planetengetriebeaufbau 58A umfasst ferner einen Planetenradträger 64, ein Sonnenrad 68 und eine Mehrzahl von Planetenrädern 72 (von denen eines gezeigt ist). Der Planetenradträger 64 ist an der linken Hinterachse 22 durch eine Keilwellenverbindung 66 festgelegt. Das Sonnenrad 68 ist drehbar an der linken Hinterachse 22 durch ein Lager 70 angebracht. Jedes Planetenrad 72 wird durch den Planetenradträger 64 getragen und kämmt sowohl mit dem Sonnenrad 68 als auch dem Hohlrad 60.
Die Bezugszahl 74 bezeichnet einen Mehrplattenbremsmechanismus vom nassen Typ. Der Mehrplattenbremsmechanismus vom nassen Typ 74 umfasst eine Mehrzahl von Bremsplatten 76, welche an dem Gehäuse 30 angebracht sind, und eine Mehrzahl von Bremsscheiben 78, welche an dem Sonnenrad 68 angebracht sind. Die Bremsplatten 76 und die Bremsscheiben 78 sind abwechselnd angeordnet. Jede Bremsplatte 76 ist an dem Gehäuse 30 so angebracht, dass sie axial beweglich und drehfest ist, und jede Bremsscheibe 78 ist an dem Sonnenrad 68 so angebracht, dass sie axial beweglich und drehfest ist. Ein Sprengring 80 ist an dem Gehäuse 30 angebracht, um ein Ende (das rechte Ende) des Mehrplattenbremsmechanismus 64 axial zu positionieren. Eine Feineinstellung dieser Positionierung erfolgt durch eine Steuerung/Regelung der Dicke einer Ausgleichsscheibe 82, welche axial benachbart dem Sprengring 80 angeordnet ist.
Eine ringförmige Druckplatte 84 ist an dem anderen Ende (dem linken Ende) des Mehrplattenbremsmechanismus 74 vorgesehen. Wie in 6A gezeigt, besitzt die ringförmige Druckplatte 84 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 86, welche voneinander in der Umfangsrichtung beabstandet sind. Diese Vorsprünge 86 werden in axiale Nuten eingesetzt, welche an der Innenwand des Gehäuses 30 ausgebildet sind, sodass die ringförmige Druckplatte 84 an dem Gehäuse 30 so angebracht ist, dass sie axial beweglich und drehfest ist. Wie am besten in 6B gezeigt, ist die ringförmige Druckplatte 84 an ihrem äußeren Umfangsabschnitt mit einer ringförmigen Nut 88 ausgebildet zum Einsetzen eines zylindrischen Druckelements, welches nachfolgend beschrieben wird. Die ringförmige Druckplatte 84 kann an dem Sonnenrad 68 angebracht werden.
Die Bezugszahl 90 bezeichnet ein ringartiges Kernelement, welches einen ersten Außendurchmesser und eine ringförmige Nut 96 besitzt, die einen rechteckigen Querschnitt besitzt. Wie in 7A gezeigt, besitzt das ringartige Kernelement 90 ein zentrales Loch 91 und ein Paar Befestigungsabschnitte 94. Jeder Befestigungsabschnitt 94 ist mit einem Loch 95 zum Einsetzen einer Schraube 92 (siehe 3) ausgebildet. Wie am besten in 7B gezeigt, ist eine Erregerspule 98 in der ringförmigen Nut 96 aufgenommen. Das Kernelement 90 ist in einen inneren Umfangsabschnitt 90a und einen äußeren Umfangsabschnitt 90b durch die ringförmige Nut 96 unterteilt. Die Schnittfläche des inneren Umfangsabschnitts 90a entspricht im Wesentlichen der des äußeren Umfangsabschnitts 90b in ihren der Erregerspule 98 entsprechenden Bereichen.
Das ringartige Kernelement 90 besitzt eine radial außen verjüngte Endfläche 97, welche radial außerhalb der ringförmigen Nut 96 ausgebildet ist, und eine radial innen verjüngte Endfläche 99, welche radial innerhalb der ringförmigen Nut 96 ausgebildet ist. Die verjüngte Endfläche 97 ist in einem ersten Winkel bezüglich der Achse des ringartigen Kernelements 90 geneigt und die verjüngte Endfläche 99 ist in einem zweiten Winkel bezüglich der Achse des ringartigen Kernelements 90 geneigt. In dieser bevorzugten Ausführungsform entspricht der Verjüngungswinkel (erster Winkel) der verjüngten Endfläche 97 im Wesentlichen dem Verjün gungswinkel (zweiter Winkel) der verjüngten Endfläche 99. Wie in 7A gezeigt, besitzt das Kernelement 90 vier Vorsprünge 102, eine Ausnehmung 104 zum Einsetzen eines Erregerspulenanschlusses 108 (siehe 3) und eine Ausnehmung 106 zum Einsetzen eines Suchspulenanschlusses (nicht gezeigt).
Wie in 3 gezeigt, ist eine Suchspule 100 in der ringförmigen Nut 96 benachbart der Erregerspule 98 angebracht. Die Suchspule 100 ist vorgesehen, um die Intensität eines magnetischen Flusses beim Passieren eines Stroms durch die Erregerspule 98 zu erfassen und um einen der Erregerspule 98 zugeführten Spulenstrom gemäß der erfassten Intensität des magnetischen Flusses zu steuern/regeln. Wie in 5 gezeigt, besitzt das linksseitige Gehäuse 30b ein zentrales Loch 39 und ein Paar Montageabschnitte 114. Jeder Montageabschnitt 114 ist mit einem Gewindeloch 115 ausgebildet. Das linksseitige Gehäuse 30b besitzt ferner einen ringförmigen Anlageabschnitt 116. Das Kernelement 90 wird an dem linksseitigen Gehäuse 30b angebracht, indem die Vorsprünge 102 des Kernelements 90 an dem ringförmigen Anlageabschnitt 116 des linksseitigen Gehäuses 30b in Anlage gebracht werden, die Befestigungsabschnitte 94 des Kernelements 90 an den Montageabschnitten 114 des linksseitigen Gehäuses 30b in Anlage gebracht werden und die Schrauben 92 durch die Löcher 95 der Befestigungsabschnitte 94 eingesetzt werden, um die Schrauben 92 in die Gewindelöcher 115 der Montageabschnitte 114 einzuschrauben.
Ein aus einem magnetischen Material ausgebildetes ringartigen Ankerelement 110 ist derart angeordnet, dass es der ringförmigen Nut 96 des Kernelements 90 gegenüberliegt. Wie in 8 gezeigt, besitzt das Ankerelement 110 einen zweiten Außendurchmesser, welcher größer als der erste Außendurchmesser des Kernelements 90 ist, ein zentrales Loch 111, und eine an dem äußeren Umfangsabschnitt ausgebildete ringförmige Montagenut 112. Das zentrale Loch 111 des Ankerelements 110 besitzt eine konische Form komplementär zu der verjüngten Endfläche 99 des ringartigen Kernelements 90. D. h. das zentrale Loch 111 ist in dem zweiten Winkel bezüglich der Achse des ringartigen Anker elements 110 verjüngt, um eine radial innen verjüngte Endfläche auszubilden. Das Ankerelement 110 besitzt eine radial außen verjüngte Endfläche 113 mit einer konischen Form komplementär zu der verjüngten Endfläche 97 des ringartigen Kernelements 90. D. h. die verjüngte Endfläche 113 ist in dem ersten Winkel bezüglich der Achse des ringartigen Ankerelements 110 geneigt.
Ein zylindrisches Druckelement 120 besitzt ein erstes Ende (linkes Ende), welches mit der ringförmigen Montagenut 112 des Ankerelements 110 durch Presssitz verbunden ist, und ein zweites Ende (rechtes Ende), welches in die ringförmige Nut 88 der ringförmigen Druckplatte 84 eingesetzt ist. Beim Einsetzen des zweiten Endes des zylindrischen Druckelements 120 in die ringförmige Nut 88 der ringförmigen Druckplatte 84 wird der äußere Umfang des zylindrischen Druckelements 120 bezüglich der ringförmigen Nut 88 angeordnet. D. h. das zweite Ende des zylindrischen Druckelements 120 wird in die ringförmige Nut 88 der ringförmigen Druckplatte 84 in dem Zustand eingesetzt, wo der innere Umfang des zylindrischen Druckelements 120 lose mit dem inneren Umfang der ringförmigen Nut 88 verbunden ist und der äußere Umfang des zylindrischen Druckelements 120 eng mit dem äußeren Umfang der ringförmigen Nut 88 verbunden ist.
Wie in den 9A und 9B gezeigt, besitzt das zylindrische Druckelement 120 ein Paar von Ausschnitten 122 zum Einsetzen des Paars von Befestigungsabschnitten 94 des Kernelements 90 und vier Ausschnitte 124 zum Einsetzen der vier Vorsprünge 102 des Kernelements 90. Die Innenumfangsfläche des zylindrischen Druckelements 120 ist mit sechs Vorsprüngen 126 ausgebildet, welche voneinander in der Umfangsrichtung beabstandet sind. Folglich ist das zylindrische Druckelement 120 in seiner Druckrichtung (axialen Richtung) in dem Zustand beweglich, wo die Vorsprünge 126 im Gleitkontakt mit der Außenumfangsfläche des Kernelements 90 sind.
Eine elektromagnetische Bremse 130A, welche den Mehrplattenbremsmecha nismus 74 umfasst, wird zusammengebaut, indem zuerst das erste Ende (linkes Ende) des zylindrischen Druckelements 120 in die ringförmige Montagenut 112 des Ankerelements 110 eingepresst wird, als Nächstes das ringartige Kernelement 90 mit dem zylindrischen Druckelement 120 abgedeckt wird, welches an dem Ankerelement 110 angebracht ist, als Nächstes das zweite Ende (rechtes Ende) des zylindrischen Druckelements 120 in die ringförmige Nut 88 der ringförmigen Druckplatte 84 eingesetzt wird, und zum Schluss das ringartige Kernelement 90 an dem Paar von Befestigungsabschnitten 94 an dem Gehäuses 30 befestigt wird.
Wie oben erwähnt, entspricht die Schnittfläche des inneren Umfangsabschnitts 90a des Kernelements 90 im Wesentlichen der des äußeren Umfangsabschnitts 90b des Kernelements 90. Zu diesem Zweck ist die Breite des inneren Umfangsabschnitts 90a größer als die des äußeren Umfangsabschnitts 90b eingestellt, im Querschnitt orthogonal zur Achsrichtung gesehen. Mit dieser Konfiguration kann das Ankerelement 110 durch eine gleichmäßige Kraft über den Radius desselben angezogen werden, wenn Strom durch die Erregerspule 98 fließt. Wenn Strom durch die Erregerspule 98 geleitet wird, wird ein vorbestimmter Luftspalt zwischen dem Kernelement 90 und dem Ankerelement 110 definiert, was einen Metallkontakt zwischen dem Kernelement 90 und dem Ankerelement 110 verhindert.
Wenn sich der Luftspalt zwischen dem Kernelement 90 und dem Ankerelement 110 verändert, verändert sich die Anziehungskraft des Kernelements 90, was zu einer Änderung der Druckkraft des zylindrischen Druckelements 120 auf den Mehrplattenbremsmechanismus 74 führt. Daher ist eine hohe Genauigkeit notwendig, um den Luftspalt zu steuern/regeln. Dieser Luftspalt ändert sich gemäß Herstellungsschwankungen oder einer altersbedingten Verschlechterung (Verschleiß) der Bremsplatten 76 und der Bremsscheiben 78 des Mehrplattenbremsmechanismus 74.
Beispielsweise besteht in dem Fall, dass der gegenüberliegende Abschnitt zwischen dem ringartigen Kernelement 90 und dem ringartigen Ankerelement 110 flach ist, um sich in rechten Winkeln zu der Achse zu erstrecken, eine Möglichkeit, dass dann, wenn der Luftspalt, welcher ausgebildet wird, indem ein großer Strom durch die Erregerspule 98 geleitet wird, um die Anziehungskraft des Kernelements 90 zu maximieren, allmählich durch die altersbedingte Verschlechterung verringert wird, die Druckkraft des zylindrischen Druckelements 120 allmählich stärker als eine ursprüngliche Druckkraft werden kann. Der Grund hierfür ist die Tatsache, dass sich das Verschleißausmaß der Bremsplatten 76 und der Bremsscheiben 78 des Mehrplattenbremsmechanismus 74 infolge der altersbedingten Verschlechterung im Bewegungsausmaß (Hub) des zylindrischen Druckelements 120 zeigt und dass der Hub des zylindrischen Druckelements 120 und der Luftspalt in einer Eins-zu-Eins Zuordnung sind.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird im Gegensatz dazu der gegenüberliegende Abschnitt zwischen dem ringartigen Kernelement 90 und dem ringartigen Ankerelement 110 durch die verjüngten Oberflächen gebildet, welche jeweils einen vorbestimmten Verjüngungswinkel besitzen. Folglich nimmt selbst dann, wenn der Hub des zylindrischen Druckelements 120 durch die altersbedingte Verschlechterung des Mehrplattenbremsmechanismus 74 verändert wird, der Luftspalt um ein Ausmaß entsprechend den Verjüngungswinkeln ab, sodass die Relation zwischen dem Hub des zylindrischen Druckelements 120 und dem Luftspalt eine Eins-zu-Eins oder niedrigere Zuordnung wird. Folglich kann eine Änderung im Luftspalt bei einer Änderung des Hubs des zylindrischen Druckelements 120 unterdrückt werden. Als Folge kann die Steuerung/Regelung der Anziehungskraft für das Ankerelement 110 oder die Steuerung/Regelung der Bremskraft in dem Mehrplattenbremsmechanismus 74 genau durchgeführt werden ohne großen Einfluss durch die altersbedingte Verschlechterung.
Während die Anziehungskraft pro Flächeneinheit bei der elektromagnetischen Bremse gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform um einen dem Verjün gungswinkel entsprechenden Betrag kleiner ist als die in dem Fall, wo der gegenüberliegende Abschnitt zwischen dem Kernelement 90 und dem Ankerelement 110 flach ist, kann dieser dem Verjüngungswinkel entsprechende verringerte Betrag aufgehoben werden durch die Konfiguration, dass der gegenüberliegende Bereich zwischen dem Kernelement 90 und dem Ankerelement 110 durch Ausbilden des Verjüngungswinkels vergrößert werden kann. Die axiale Anordnung des Ankerelements 110 wird in dem Zustand bestimmt, wo das Ankerelement 110 zu dem Kernelement 90 hingezogen wird, indem ein Strom durch die Erregerspule 98 geleitet wird, durch die Montageabschnitte 114 des linksseitigen Gehäuses 30b zur Befestigung des Kernelements 90 an dem linksseitigen Gehäuse 30b und durch die Position des Sprengrings 80, welcher an dem rechten Ende des Mehrplattenbremsmechanismus 74 vorgesehen ist und an dem linksseitigen Gehäuse 30b festgelegt ist. Die Feineinstellung dieser axialen Positionierung erfolgt, indem die Dicke der benachbart dem Sprengring 80 angeordneten Ausgleichsscheibe 82 gesteuert/geregelt wird, um auf diese Weise die Genauigkeit des Spalts zwischen dem Kernelement 90 und dem Ankerelement 110 zu steuern/regeln.
Während der linke Planetengetriebeaufbau 58A und die linke elektromagnetische Bremse 130A beschrieben wurden, haben der rechte Planetengetriebeaufbau 58B und die rechte elektromagnetische Bremse 130B im Wesentlichen dieselbe Struktur wie der linke Planetengetriebeaufbau 58A bzw. die linke elektromagnetische Bremse 130A, sodass die Beschreibung des rechten Planetengetriebeaufbau 58B und der rechten elektromagnetischen Bremse 130B hier weggelassen wird.
Gemäß der elektromagnetischen Bremse 130A in dieser bevorzugten Ausführungsform ist das zylindrische Druckelement 120 um die Außenumfangsfläche des ringartigen Kernelements 90 so angeordnet, dass das rechte Ende des Druckelements 120 auf die mehrfachen Bremsplatten 76 und die mehrfachen Bremsscheiben 78, welche den Mehrplattenbremsmechanismus 78 ausbilden, in ihren im Wesentlichen zentralen Abschnitten bezüglich des effektiven Radius jedes Elements Druck ausüben kann. Folglich kann eine gleichmäßige Druckkraft auf den Mehrplattenbremsmechanismus 74 ohne radiale Abweichung erhalten werden. Da ferner die Druckkraft des zylindrischen Druckelements 120 auf den Mehrplattenbremsmechanismus 74 axial gerade ausgeübt wird, während es von dem Kernelement 90 geführt wird, kann eine Verringerung der Steuer/Regelgenauigkeit des Bremseingriffs infolge einer Ablenkung des zylindrischen Druckelements 120 unterdrückt werden.
Eine Bremsplatte mit einem in der Technik bekannten Belag kann ohne irgendwelche Änderungen als jede Bremsplatte 76 des Mehrplattenbremsmechanismus 74 verwendet werden, um auf diese Weise zu verhindern, dass eine Reibverschweißung und Rubbeln zwischen Metallplatten, welche den Mehrplattenbremsmechanismus 76 ausbilden, während der Betätigung der elektromagnetischen Bremse 130A auftreten. Da ein Luftspalt zwischen der Erregerspule 98 und dem Ankerelement 110 definiert ist, wird kein Restmagnetismus in einem magnetischen Weg bei der Anziehung des Ankerelements 110 erzeugt, um auf diese Weise die Stabilität einer Steuerung/Regelung einer Anziehungskraft auf das Ankerelement 110 zu verbessern und die Notwendigkeit für irgendwelche Teile, um eine Anziehungskraft infolge eines Restmagnetismus aufzuheben, zu beseitigen. Ferner kann das Abfallverhalten beim Ausschalten eines elektrischen Signals zu der elektromagnetischen Bremse 130A und das Ansprechverhalten beim Anschalten eines elektrischen Signals zu der elektromagnetischen Bremse 130A verbessert werden. Da ferner die elektromagnetische Bremse 130A eine einfache Struktur besitzt, kann die Hysterese verringert werden.
Der Betrieb dieser bevorzugten Ausführungsform wird nun beschrieben. Wenn beide elektromagnetische Bremsen 130A und 130B in einem AUS-Zustand sind, in dem keine Ströme durch die Erregerspulen 98 der elektromagnetischen Bremsen 130A und 130B geleitet werden, sind beide Mehrplattenbremsmechanismen 74 in einem ausgerückten Zustand, sodass die Sonnenräder 68 der Planeten getriebeaufbauten 58A und 58B jeweils frei um die linke und die rechte Hinterachse 22 und 24 drehen. Folglich wird die Antriebskraft (Drehmoment) von der Eingangswelle 50 nicht zu den Hinterachsen 22 und 24 übertragen. In diesem Fall drehen die Hinterräder 26 und 28 frei und die Antriebskraft wird vollständig zu den Vorderrädern 12 und 14 übertragen, sodass das in 2 gezeigte Fahrzeug mit Vierradantrieb in einem Zweiradantriebsmodus arbeitet (FF-Fahrzeug).
Wenn eine vorbestimmte Strommenge durch die Erregerspulen 98 der elektromagnetischen Bremsen 130A und 130B geleitet wird, um beide Mehrscheibenbremsmechanismen 74 durch die zylindrischen Druckelemente 120 der elektromagnetischen Bremsen 130A und 130B vollständig einzurücken, werden die Sonnenräder 68 der Planetengetriebeaufbauten 58A und 58B in Bezug auf das Gehäuse 30 festgelegt. Folglich wird die Antriebskraft von der Eingangswelle 50 gleichmäßig zwischen den Hinterachsen 22 und 24 aufgeteilt und zu diesen über die Eingangshohlräder 60, 60', das Planetenrad 72 und die Planetenradträger 64 übertragen. Als Ergebnis arbeitet das in 2 gezeigte Fahrzeug mit Vierradantrieb in einem Vierradantriebsmodus, um geradeaus zu fahren. In dem Fall eines Fahrzeugs mit vorne liegendem Motor und Heckantrieb (FR) wird die gesamte Antriebskraft gleichmäßig zwischen den Hinterrädern aufgeteilt und dieses Fahrzeug fährt geradeaus. Beim Kurvenfahren oder Entkommen eines schlammigen Orts werden die Stromstärken der durch die Erregerspulen 98 der elektromagnetischen Bremsen 130A und 130B fließenden Ströme so gesteuert/geregelt, dass sie auf diese Weise willkürlich die Antriebskraft von der Eingangswelle 50 zwischen den Hinterachsen 22 und 24 verteilen, sodass eine optimale Kurvenfahrtsteuerung/regelung und/oder leichtes Entkommen der schlammigen Stelle realisiert werden kann.
Während die Antriebskraftverteilungsvorrichtung 20, welche in Bezug auf die Hinterachsen 22 und 24 vorgesehen ist, oben unter Bezugnahme auf die 2 bis 9C beschrieben wurde, hat die Antriebskraftverteilungsvorrichtung 6, wel che in Bezug auf die Vorderachsen 8 und 10 vorgesehen ist, wie in 1 gezeigt, auch ähnliche Arbeitsabläufe und Effekte. Während die Antriebskraftverteilungsvorrichtung 20 in dieser bevorzugten Ausführungsform in Bezug auf die Hinterachsen 22 und 24 des Fahrzeugs mit Vierradantrieb vorgesehen ist, kann die Vorrichtung 20 ferner in Bezug auf die Hinterachsen eines FR-Fahrzeugs vorgesehen sein. Während die elektromagnetische Bremse der vorliegenden Erfindung bei der Antriebskraftverteilungsvorrichtung 20 in dieser bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung ferner nicht auf diese bevorzugte Ausführungsform beschränkt, sondern kann bei allen Mechanismen oder Vorrichtungen mit einer zwischen einem festen Gehäuse und einem drehenden Element angeordneten elektromagnetischen Bremse verwendet werden.
Auf 10 Bezug nehmend ist dort ein Teilausschnitt einer Schnittansicht eines ringartigen Kernelements 132 und eines ringartigen Ankerelements 134 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser bevorzugten Ausführungsform besitzt das Kernelement 132 verjüngte Endflächen, um einen konischen Vorsprung auszubilden und das Ankerelement 134 besitzt verjüngte Endflächen, um eine konische Ausnehmung komplementär zu dem konischen Vorsprung des Kernelements 132 auszubilden. Diese bevorzugte Ausführungsform kann auch Effekte ähnlich denen der in 3 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform zeigen.
Auf 11 Bezug nehmend ist dort ein Teilausschnitt einer Schnittansicht eines ringartigen Kernelements 136 und eines ringartigen Ankerelements 138 gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist eine ringförmige Erregerspule 98 mit dem ringartigen Kernelement 136 verbunden und das ringartige Ankerelement 138 ist mit einer ringförmigen Nut 139 ausgebildet, um die Erregerspule 98 aufzunehmen. Ferner besitzt das Kernelement 136 verjüngte Endflächen, um eine konische Ausnehmung auszubilden, und das Ankerelement 138 besitzt verjüngte Endflächen, um einen konischen Vorsprung komplementär zu der konischen Ausnehmung des Kernelements 136 auszubilden. Diese bevorzugte Ausführungsform kann auch Effekte ähnlich denen der in 3 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform zeigen.
Auf 12 Bezug nehmend ist dort ein Teilausschnitt einer Schnittansicht eines ersten und eines zweiten ringartigen Kernelements 140 und 144 und eines ringartigen Ankerelements 148 gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das erste ringartige Kernelement 140 besitzt eine ringförmige Nut 142 zur Aufnahme einer ringförmigen Erregerspule 98. Das erste Kernelement 140 besitzt eine geneigte Endfläche 140a, welche in einem ersten Winkel bezüglich der Achse des ersten Kernelements 140 geneigt ist. Das zweite ringartige Kernelement 144 ist an dem ersten ringartigen Kernelement 140 durch Schrauben 146 (von denen eine gezeigt ist) festgelegt. Das zweite Kernelement 144 besitzt eine geneigte Endfläche 144a, welche in einem zweiten Winkel bezüglich der Achse des zweiten Kernelements 144 geneigt ist. Das ringartige Ankerelement 148 besitzt einen Außendurchmesser, welcher größer als der Außendurchmesser des ersten Kernelements 140 ist, eine radial außen geneigte Endfläche 148a, welche in dem ersten Winkel bezüglich der Achse des Ankerelements 148 geneigt ist, und eine radial innen geneigte Endfläche 148b, welche in dem zweiten Winkel bezüglich der Achse des Ankerelements 148 geneigt ist.
In dieser bevorzugten Ausführungsform sind der erste Winkel und der zweite Winkel im Wesentlichen identisch zueinander, sodass die radial außen geneigte Endfläche 148a und die radial innen geneigte Endfläche 148b miteinander fluchten. Der erste und der zweite Winkel können voneinander verschieden sein. Das Ankerelement 148 ist an der geneigten Endfläche 140a des ersten Kernelements 140 und der geneigten Endfläche 144a des zweiten Kernelements 144 mit einem zwischen den geneigten Endflächen 140a und 144a und den geneigten Endflächen 148a und 148b definierten vorbestimmten Luftspalt angebracht.
Diese bevorzugte Ausführungsform kann auch Effekte ähnlich denen der in 3 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform bieten.
Auf 13 Bezug nehmend ist dort ein Teilausschnitt einer Schnittansicht eines ringartigen Kernelements 150 und eines ringartigen Ankerelements 154 gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Kernelement 150 besitzt eine ringförmige Nut 152 und das Ankerelement 154 besitzt auch eine ringförmige Nut 156. Eine ringförmige Erregerspule 98 ist in den ringförmigen Nuten 152 und 156 untergebracht und das Ankerelement 154 liegt dem Kernelement 150 mit einem dazwischen definierten vorbestimmten Spalt gegenüber. Das Kernelement 150 besitzt verjüngte Endflächen 150a und 150b, um einen konischen Vorsprung auszubilden und das Ankerelement 154 besitzt verjüngte Endflächen 154a bzw. 154b komplementär zu den verjüngten Endflächen 150a und 150b des Kernelements 150, um eine konische Ausnehmung auszubilden. Diese bevorzugte Ausführungsform kann auch Effekte ähnlich denen der in 3 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform bieten.
14A zeigt einen Teilausschnitt einer Schnittansicht des ringartigen Kernelements 90 und des ringartigen Ankerelements 110 gemäß der oben erwähnten ersten bevorzugten Ausführungsform. In der ersten bevorzugten Ausführungsform entspricht der Verjüngungswinkel der radial innen verjüngten Endfläche des Kernelements 90 im Wesentlichen dem Verjüngungswinkel der radial außen verjüngten Endfläche des Kernelements 90, wie oben erwähnt. Wenn die Erregerspule 98 mit Strom versorgt wird, werden durch Pfeile 160 und 162 gezeigte Schubkräfte an den radial außen und innen verjüngten Endflächen des Ankerelements 110 erzeugt. Die Bezugszahl 158 bezeichnet einen Begrenzungspunkt. In dem Fall, dass die Verjüngungswinkel der radial außen und innen verjüngten Endflächen des Kernelements 90 sich im Wesentlichen entsprechen, besteht eine Möglichkeit, dass das Ankerelement 110 in Kontakt mit dem Kernelement 90 an ihren radial innen verjüngten Endflächen kommen kann wegen der Ablenkung des Ankerelements 110 bei der Erzeugung der obigen Schubkräfte.
Das Ankerelement 110 ist mit dem zylindrischen Druckelement 120 an dem Begrenzungspunkt 158 verbunden, welcher an dem Außenumfang des Ankerelements 110 angeordnet ist. Folglich kann der Luftspalt zwischen der radial außen verjüngten Endfläche des Ankerelements 110 und der radial außen verjüngten Endfläche des Kernelements 90 selbst dann sichergestellt werden, wenn die Anziehungskraft des Kernelements 90 maximal wird. Jedoch besteht eine Möglichkeit, dass der Luftspalt zwischen der radial innen verjüngten Endfläche des Ankerelements 110 und der radial innen verjüngten Endfläche des Kernelements 90 wegen einer Schrägstellung, Ablenkung usw. des Ankerelements 110 Null wird, was den Kontakt des Kernelements 90 und des Ankerelements 110 an ihren inneren Umfangsabschnitten bewirkt.
14B zeigt einen Teilausschnitt einer Schnittansicht eines ringartigen Kernelements 164 und eines ringartigen Ankerelements 168 gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche dieses Problem löst. Das ringartige Kernelement 164 besitzt eine radial außen verjüngte Endfläche 164a und eine radial innen verjüngte Endfläche 164b. Der Verjüngungswinkel der radial innen verjüngten Endfläche 164b bezüglich der Achse des Kernelements 164 ist größer als der Verjüngungswinkel der radial außen verjüngten Endfläche 164a bezüglich der Achse des Kernelements 164. Das ringartige Ankerelement 168 besitzt eine radial außen verjüngte Endfläche 168a und eine radial innen verjüngte Endfläche 168b. Die radial außen verjüngte Endfläche 168a ist komplementär zur radial außen verjüngten Endfläche 164a des Kernelements 164 und die radial innen verjüngte Endfläche 168b ist komplementär zu der radial innen verjüngten Endfläche 164b des Kernelements 164.
Indem der Verjüngungswinkel von jeder der radial innen verjüngten Endflächen 164b und 168b größer als der Verjüngungswinkel von jeder der radial außen verjüngten Endflächen 164a und 168a eingestellt wird, kann ein tatsächlicher Luftspalt zwischen den radial innen verjüngten Endflächen 164b und 168b vergrößert werden. Folglich kann der Spielraum für einen Kontakt zwischen dem Kernelement 164 und dem Ankerelement 168 an ihren inneren Umfangsabschnitten verbessert werden.
15 ist eine graphische Darstellung, welche die Relation zwischen dem Luftspalt und der Anziehungskraft zeigt, wenn die Form des gegenüberliegenden Abschnitts zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement verändert wird. In dieser graphischen Darstellung entspricht eine Kurve 170 dem Fall, wo der gegenüberliegende Abschnitt flach ist, eine Kurve 172 entspricht dem Fall, wo der Verjüngungswinkel des gegenüberliegenden Abschnitts 45° beträgt und eine Kurve 174 entspricht dem Fall, wo der Verjüngungswinkel des gegenüberliegenden Abschnitts 30° beträgt. In dem Fall, wo der gegenüberliegende Abschnitt zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement flach ist, wird die Anziehungskraft rasch erhöht, wenn der Luftspalt auf G1 oder weniger verringert wird. In der vorliegenden Erfindung ist der Luftspalt zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement in dem Bereich zwischen G2 und G3 für den Gebrauch eingestellt. Beispielsweise ist G2 1,2 mm und G3 ist 1,3 mm.
Eine gestrichelte Linie 176 bezeichnet eine erforderliche Charakteristik des Luftspalts und der Anziehungskraft. Durch geeignetes Einstellen des Verjüngungswinkels von jeder der radial innen und außen verjüngten Endflächen unter Berücksichtigung der Relation zwischen dem Luftspalt und dem Verjüngungswinkel kann die Relation zwischen dem Luftspalt und der Anziehungskraft (Schub) so gebildet werden, dass sie der durch die gestrichelte Linie 176 gezeigten erforderlichen Charakteristik entspricht. Während eine ideale Charakteristik des Luftspalts und der Anziehungskraft durch eine gerade Linie ohne Neigung gezeigt ist, sodass die Anziehungskraft bei einer Änderung des Luftspalts nicht verändert wird, kann eine solche ideale Charakteristik nicht realisiert werden.
Auf 16 Bezug nehmend ist dort ein Teilausschnitt einer Schnittansicht einer Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Sowohl die radial innen verjüngte Endfläche 111 als auch die radial außen verjüngte Endfläche 113 eines ringartigen Ankerelements 110' sind so eingestellt, dass sie das Volumen des Ankerelements 110' verringern. D. h. das Ankerelement 110' besitzt ein verringertes Volumen, um einen konischen Vorsprung auszubilden. Indem die verjüngten Endflächen 111 und 113 des Ankerelements 110' wie oben erwähnt eingestellt werden, kann die axiale Länge L der Außenumfangsfläche des Kernelements 90 vergrößert werden. Folglich kann die Eingriffslänge L zwischen dem Kernelement 90 und einem mit dem Ankerelement 110' im Presssitz befindliches zylindrisches Druckelement 120 erhöht werden, um auf diese Weise die Schrägstellung des Ankerelements 110' zu verhindern und die Verwendung in dem Zustand zu erlauben, in dem der Luftspalt zwischen dem Kernelement 90 und dem Ankerelement 110' klein wird.
Läßt man L die Eingriffslänge zwischen dem Kernelement 90 und dem zylindrischen Druckelement 120 bezeichnen und G den Spalt zwischen dem Kernelement 90 und dem zylindrischen Druckelement 120 bezeichnen, ist der Neigungswinkel des Ankerelements 110' durch tan^–1 (G/L) gegeben. In dem Fall, dass die Achse des Ankerelements 110' in der Richtung eines in 17 gezeigten Pfeils S abgewichen ist, stehen der Luftspalt zwischen den radial innen verjüngten Endflächen des Kernelements 90 und des Ankerelements 110' und der Luftspalt zwischen der radial außen verjüngten Endfläche des Kernelements 90 und des Ankerelements 110', wie in 17 gezeigt, miteinander in Beziehung, um dadurch eine Verringerung des Kippmoments des Ankerelements 110' infolge eines Ungleichgewichts der Anziehungskraft zu erlauben. Als Folge kann das Kippen des Ankerelements 110' verhindert werden, um auf diese Weise die Verwendung in dem Zustand zu erlauben, wo der Luftspalt klein wird.
Wiederum auf 16 Bezug nehmend ist das verjüngte zentrale Loch 111 des Ankerelements 110' vergrößert, um dadurch den Luftspalt zwischen den radial innen verjüngten Endflächen des Kernelements 90 und des Ankerelements 110' größer als den Luftspalt zwischen den radial außen verjüngten Endflächen des Kernelements 90 und des Ankerelements 110' zu machen. Indem der innere Luftspalt größer als der äußere Luftspalt gemacht wird, wie oben erwähnt, kann der Kontakt des Kernelements 90 und des Ankerelements 110' infolge einer Abweichung des Ankerelements 110' vermieden werden.
Dieser Kontaktvermeidungseffekt ist dem Effekt ähnlich, welcher erhalten wird, indem der Verjüngungswinkel der radial innen verjüngten Endfläche von dem Verjüngungswinkel der radial außen verjüngten Endfläche verschieden gemacht wird, wie oben erwähnt. Gemäß der in 16 gezeigten bevorzugten Ausführungsform kann jedoch die Produktivität verbessert werden, da die Verjüngungswinkel der radial innen und außen verjüngten Endflächen einander entsprechend eingestellt sind. Als eine Modifikation zur Vermeidung des Kontakts des Kernelements 90 und des Ankerelements 110 kann der Verjüngungswinkel der radial innen verjüngten Endfläche 99 des Kernelements 90 auf 90° eingestellt werden, d. h. die verjüngte Endfläche 99 kann im rechten Winkel zur Achse des Kernelements 90 eingestellt werden. Während die vorliegende Erfindung in jeder oben erwähnten bevorzugten Ausführungsform bei einer elektromagnetischen Bremse angewendet wird, kann die vorliegende Erfindung gleichermaßen bei einer elektromagnetischen Kupplung zum selektiven Ineingriffbringen zweier Elemente verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der gegenüberliegende Abschnitt zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement durch die verjüngten Flächen gebildet, die jeweils einen vorbestimmten Verjüngungswinkel besitzen. Folglich reduziert sich selbst dann, wenn der Hub des zylindrischen Druckelements durch die altersbedingte Verschlechterung des Mehrplattenbremsmechanismus verändert wird, der Luftspalt zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement um einen dem Verjüngungswinkel entsprechenden Betrag, sodass die Relation zwischen dem Hub des zylindrischen Druckelements und dem Luftspalt eine Eins-zu-Eins oder niedrigere Zuordnung wird. Folglich kann eine Veränderung im Luftspalt infolge der altersbedingten Verschlechterung (Verschleiß) des Mehrplattenbremsmechanismus unterdrückt werden. Als Ergebnis kann die Steue rung/Regelung der Anziehungskraft oder die Steuerung/Regelung der Bremskraft in dem Mehrplattenbremsmechanismus ohne großen Einfluss durch die altersbedingte Verschlechterung genau durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist der zweite Winkel größer als der erste Winkel eingestellt. Folglich kann der Luftspalt zwischen den radial innen verjüngten Endflächen des Kernelements und des Ankerelements vorübergehend größer eingestellt werden als der Luftspalt zwischen den radial außen verjüngten Endflächen des Kernelements und des Ankerelements, um auf diese Weise den Kontaktspielraum zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert und alle Änderungen und Modifikationen werden daher von der Erfindung umfasst, wenn sie in den Schutzbereich der Ansprüche fallen.
Eine elektromagnetische Kupplungsvorrichtung ist zwischen einem festen Gehäuse und einem drehenden Element angeordnet. Die elektromagnetische Kupplungsvorrichtung umfasst einen Mehrplattenbremsmechanismus, ein ringartiges Kernelement, welches in dem Gehäuse festgelegt ist, eine ringförmige Erregerspule, welche in einer ringförmigen Nut des Kernelements aufgenommen ist und ein der ringförmigen Nut des Kernelements gegenüberliegendes ringartiges Ankerelement. Das Ankerelement besitzt einen Außendurchmesser, welcher größer als der Außendurchmesser des Kernelements ist. Die elektromagnetische Bremse umfasst ferner ein zylindrisches Druckelement, dessen eines Ende an einem äußeren Umfangsabschnitt des Ankerelements angebracht ist, und dessen anderes Ende mit dem Mehrplattenbremsmechanismus in Eingriff ist. Das zylindrische Druckelement umgibt das Kernelement derart, dass es in einer Richtung beweglich ist, in der ein Druck auf den Mehrplattenbremsmechanismus ausgeübt wird, während es von dem Kernelement geführt wird. Der gegenüberliegende Abschnitt zwischen dem Kernelement und dem Ankerelement wird von verjüngten Endflächen gebildet, die jeweils einen vorbestimmten Verjüngungswinkel besitzen.

Claims

Elektromagnetische Kupplungsvorrichtung, welche zwischen einem festen Gehäuse (30) und einem drehenden Element (22, 24) angeordnet ist, welches wenigstens teilweise in dem festen Gehäuse untergebracht ist, umfassend: einen Mehrplattenbremsmechanismus (74) mit einer Mehrzahl von an dem festen Gehäuse angebrachten Bremsplatten und einer Mehrzahl von Bremsscheiben, welche an dem drehenden Element derart angebracht sind, dass sie abwechselnd mit den Bremsplatten angeordnet sind; ein ringartiges Kernelement (90), welches in dem festen Gehäuse angebracht ist, wobei das Kernelement eine ringförmige Nut (96) und einen ersten Außendurchmesser besitzt; eine ringförmige Erregerspule (98), welche in der ringförmigen Nut des Kernelements (90) aufgenommen ist; ein ringartiges Ankerelement (110), welches der ringförmigen Nut (96) des Kernelements gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Ankerelement einen zweiten Außendurchmesser besitzt, welcher größer als der erste Außendurchmesser ist; und ein zylindrisches Druckelement (120), welches so vorgesehen ist, dass es die Außenumfangsfläche des Kernelements (90) umgibt und in einer Druckrichtung des Mehrplattenbremsmechanismus (74) beweglich ist, während es von dem Kernelement geführt wird, wobei das Druckelement ein erstes Ende hat, welches an einem äußeren Umfangsabschnitt des Ankerelements (110) angebracht ist, und ein zweites Ende hat, welches mit dem Mehrplattenbremsmechanismus (74) im Eingriff ist; dadurch gekennzeichnet, dass das ringartige Kernelement (90) eine erste radial außen verjüngte Endfläche (97) hat, welche radial außerhalb der ringförmigen Nut ausgebildet und mit einem ersten Winkel bezüglich der Achse des Kernelements geneigt ist, und eine erste radial innen verjüngte Endfläche (99) hat, welche radial innerhalb der ringförmigen Nut ausgebildet und in einem zweiten Winkel bezüglich der Achse des Kernelements geneigt ist, und dass das ringartige Ankerelement (110) eine zweite radial außen verjüngte Endfläche (113) komplementär zu der ersten radial außen verjüngten Endfläche (97), eine zweite radial innen verjüngte Endfläche (111) komplementär zu der ersten radial innen verjüngten Endfläche (99) und eine Zwischenendfläche gegenüber der ringförmigen Erregerspule hat.
Elektromagnetische Kupplungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Winkel größer als der erste Winkel eingestellt ist.
Elektromagnetische Kupplungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite radial außen verjüngte Endfläche (113) und die zweite radial innen verjüngte Endfläche (111) des ringartigen Ankerelements (110) einen konischen Vorsprung ausbilden.
Elektromagnetische Kupplungsvorrichtung, welche zwischen einem festen Gehäuse (30) und einem wenigstens teilweise in dem festen Gehäuse aufgenommenen drehenden Element (22, 24) angeordnet ist, umfassend: einen Mehrplattenbremsmechanismus (74) mit einer Mehrzahl von an dem festen Gehäuse angebrachten Bremsplatten und einer Mehrzahl von Bremsscheiben, welche an dem drehenden Element derart angebracht sind, dass sie abwechselnd mit den Bremsplatten angeordnet sind; ein erstes ringartiges Kernelement (140), welches in dem festen Gehäuse angebracht ist, wobei das erste ringartige Kernelement eine ringförmige Nut (142), einen ersten Außendurchmesser und eine erste geneigte Endfläche (140a) hat, welche in einem ersten Winkel bezüglich der Achse des ersten ringartigen Kernelements geneigt ist; ein zweites ringartiges Kernelement (144), welches an dem ersten ringartigen Kernelement angebracht ist, wobei das zweite ringartige Kernelement eine zweite geneigte Endfläche (144a) besitzt, welche in einem zweiten Winkel bezüglich der Achse des zweiten ringartigen Kernelements geneigt ist; eine ringförmige Erregerspule (98), welche in der ringförmigen Nut des ersten ringartigen Kernelements untergebracht ist; ein ringartiges Ankerelement (148), welches der ersten und der zweiten geneigten Endfläche des ersten und des zweiten ringartigen Kernelements gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Ankerelement einen zweiten Außendurchmesser besitzt, welcher größer als der erste Außendurchmesser ist; und ein zylindrisches Druckelement (120), welches so vorgesehen ist, dass es die Außenumfangsfläche des ersten ringartigen Kernelements (140) umgibt und in einer Druckrichtung des Mehrplattenbremsmechanismus (74) beweglich ist, während es von dem ersten Kernelement geführt wird, wobei das Druckelement ein erstes Ende hat, welches an dem Außenumfangsabschnitt des Ankerelements (148) angebracht ist, und ein zweites Ende hat, welches mit dem Mehrplattenbremsmechanismus (74) im Eingriff ist; wobei das ringartige Ankerelement (148) eine radial außen liegende Endfläche (148a) hat, welche mit dem ersten Winkel bezüglich der Achse des Ankerelements geneigt ist, und eine radial innen liegende Endfläche (148b) hat, welche mit dem zweiten Winkel bezüglich der Achse des Ankerelements geneigt ist.