JP2004125161A - 電気駆動差動システム用の方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気駆動差動システム用の方法および装置を提供する。
【解決手段】差動装置アセンブリが、電気的に動作する入力装置、および入力装置と駆動係合する第１遊星歯車アセンブリを含む。第１遊星歯車アセンブリは第１出力アセンブリに駆動するように連結される。第２遊星歯車アセンブリは第１遊星歯車アセンブリと駆動係合し、第２遊星歯車アセンブリは第２出力アセンブリに駆動するように連結される。第１遊星歯車アセンブリは第２遊星歯車アセンブリと共同して、ほぼ同じトルクを第１および第２出力アセンブリに与え、第１および第２遊星歯車アセンブリは、入力装置の回転軸とほぼ整合された回転軸を含む。
【選択図】 図１
【解決手段】差動装置アセンブリが、電気的に動作する入力装置、および入力装置と駆動係合する第１遊星歯車アセンブリを含む。第１遊星歯車アセンブリは第１出力アセンブリに駆動するように連結される。第２遊星歯車アセンブリは第１遊星歯車アセンブリと駆動係合し、第２遊星歯車アセンブリは第２出力アセンブリに駆動するように連結される。第１遊星歯車アセンブリは第２遊星歯車アセンブリと共同して、ほぼ同じトルクを第１および第２出力アセンブリに与え、第１および第２遊星歯車アセンブリは、入力装置の回転軸とほぼ整合された回転軸を含む。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に１対の出力アセンブリの間に出力トルクを伝える差動装置、より詳しくは、単一電気入力を有する差動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地面係合車輪あるいは連続ベルトまたは軌道のような、１対の出力アセンブリそれぞれに差動駆動を与えるために、１対の遊星歯車装置を用いることが知られている。遊星歯車装置は、それらのそれぞれの太陽歯車が共通の駆動要素またはシャフトによって駆動されるように配置されることがある。主駆動源、典型的には内燃機関によって推進されるドライブシャフトが、多数の歯車アセンブリを通して遊星歯車装置の１つのリング歯車と噛み合って、方向性および歯車減速を与えることがある。典型的には、駆動源は、「クロスドライブ」と普通呼ばれる、駆動軸または出力の回転軸に対して垂直に設置される回転軸を含む。例えば、本発明の譲受人に譲渡される、特許文献１（Ｗｉｎｚｅｌｅｒに１９８２年１１月９日発行）、および特許文献２（Ｃｏｕｔａｎｔに１９８４年１月３日発行）が、クロスドライブ定位で駆動される１対の遊星歯車アセンブリを有する差動装置アセンブリを示す。動作時、遊星歯車アセンブリはコモンシャフトを通して連続駆動係合状態にある。
【０００３】
しかしながら、駆動源は差動装置に組み入れられて、クロスドライブ連結に起因する損失を望ましく減らし、さらによりコンパクトなパワートレインアセンブリを与えるので、電気的に駆動されるパワートレインシステムがさらなる利点を与えることがある。さらに、そのような一体化構成による大きな費用便益もある。例えば、Ｊａｎｉａｚｅｗｓｋｉに発行された特許文献３が、２速減速機、減速遊星歯車装置、および傘歯車ネストを含む、多数積み重なり、かつ相互接続したアセンブリを通して車軸を駆動する電動機を提供する。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第４，３５７，８４０号明細書
【０００５】
【特許文献２】
米国特許第４，４２３，６４４号明細書
【０００６】
【特許文献３】
米国特許第５，６２０，３８７号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さらに、差動装置アセンブリは、本質的に、トルクを出力の間でほぼ等しく伝達するように構成されている。例えば、地面係合機械において、駆動源によって生成されたトルクが車輪に伝えられる。しかしながら、既知の差動装置は車輪速度に関係なくトルクを車輪に伝達し、したがって低速で車輪の滑りを起こしやすい。ホイールローダのような建設機械において、そのような車輪の滑りは、例えば、機械がそのバケットを満たすために動かれされるときに典型的である。車輪が滑る場合は、効率の悪い作業に対応して牽引の一部が失われることがある。そのような事象は時間がかかり、燃料使用の増加、機械維持管理の増加、および所要の仕事を完成するための時間の増加に関連する作業費用を著しく増大させる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
従って、動作時、駆動源と最終駆動アセンブリとの間の損失を低減し、その上かなり高価な部品を含まない、安価でコンパクトな差動装置アセンブリを提供することが望まれる。さらに、効率を上げ、操作性を向上させるために、車輪の滑りを制限する差動装置を提供することが望まれる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、電気的に動作する入力装置、第１遊星歯車アセンブリ、および第２遊星歯車アセンブリを含む差動装置アセンブリを提供する。第１遊星歯車は入力装置と駆動係合し、第１遊星歯車アセンブリは第１出力アセンブリに駆動するように連結される。第２遊星歯車アセンブリは第１遊星歯車アセンブリと駆動係合し、第２出力アセンブリに駆動するように連結され、そこでは第１遊星歯車アセンブリは第２遊星歯車アセンブリと共同して、ほぼ同じトルクを第１および第２出力アセンブリに与える。第１および第２遊星歯車アセンブリは、前記入力装置の回転軸とほぼ整合された回転軸を含む。
【００１０】
本発明は、電気的に動作する入力装置、第１遊星歯車アセンブリ、第２遊星歯車アセンブリ、および差動装置ロックアセンブリを含む差動装置アセンブリをさらに提供する。第１遊星歯車アセンブリは入力装置と駆動係合し、第１出力アセンブリに駆動するように連結される。第２遊星歯車アセンブリは第１遊星歯車アセンブリと駆動係合し、第２出力アセンブリに駆動するように連結される。差動装置ロックアセンブリは、前記第１および第２出力アセンブリのほぼ同じ回転速度を起こすために動作可能であり、そこでは第１遊星歯車アセンブリは第２遊星歯車アセンブリと共同して、ほぼ同じトルクを第１および第２出力アセンブリに与え、第１および第２遊星歯車アセンブリは、入力装置の回転軸とほぼ整合された回転軸を含む。
【００１１】
本発明は差動装置アセンブリを動作させる方法をさらに提供し、差動装置アセンブリは、リアクション要素を通して駆動係合される１対の遊星歯車装置、および１対の遊星歯車装置の少なくとも１つを駆動するために構成された入力源を含む。１対の遊星歯車装置の各々は出力アセンブリと駆動関係にある。本方法は、遊星歯車アセンブリの少なくとも１つと係合するように構成された差動装置ロック機構を用意するステップと、係合される差動装置ロックアセンブリに応答して、出力アセンブリをほぼ同じ回転速度で駆動するステップと、を含む。
【００１２】
本発明の上述の特徴および他の特徴、ならびにそれらを達成する方法がより明らかになり、本発明自体は、添付図面と共に本発明の実施形態に関する次の説明を参照することにより、より良く理解されるだろう。
【００１３】
【実施例】
これから、本発明の例証的実施形態に対して詳細に参照する。これらの例が添付図面に示される。可能な限り、同じ参照番号が、同一または類似の部品を参照するために図面全体を通して使用されるだろう。そしていくつかの対応する要素が英数字の連関を通して示される。
【００１４】
さて、図１を参照するに、それに取り付けた差動装置アセンブリ１２ａの第１の実施形態を含む機械１０が示されている。差動装置アセンブリは出力アセンブリ１１、１３と駆動係合し、これらは、例えば、車輪アセンブリ１６、１７それぞれと駆動係合する最終駆動要素１４、１５であることがある。車輪アセンブリ１６、１７は、地面係合タイヤを常としてそれぞれに推進することがある。出力アセンブリ１１、１３は、最終駆動および車輪アセンブリの組合せとして示されるが、出力アセンブリ１１、１３はまた、最終駆動アセンブリ、連続軌道またはベルトアセンブリ（減速歯車の有無）、あるいは当業者に既知であるその他の出力アセンブリの無い、車輪アセンブリでありうると考えられる。例証的実施形態において、最終駆動要素１４、１５は各々、差動装置アセンブリ１２ａとそれぞれの車輪アセンブリ１６、１７との間に歯車減速を与える。例証的実施形態において、各最終駆動アセンブリは、例えば、５：１の歯車減速比を与える遊星歯車アセンブリであることがある。
【００１５】
差動装置アセンブリ１２ａは、第１遊星歯車アセンブリ１８および第２遊星歯車アセンブリ２０を含む。第１遊星歯車アセンブリ１８は、例えば、電動機２２のような電気的に動作する入力装置によって駆動係合される。第１遊星歯車アセンブリ１８はまた、リアクション要素２４を通して第２遊星歯車アセンブリ２０に連結される。差動装置アセンブリ１２ａは、それぞれの遊星歯車アセンブリと最終駆動アセンブリとの間に位置づけられた、１対のブレーキアセンブリ２６、２８を含み、これらは、出力アセンブリの速度を遅くし、その結果機械速度を下げるために起動されることがある。ブレーキアセンブリ２６、２８は、常として筐体４６または他の負荷支持要素に取り付けられる。さらに、ブレーキアセンブリ２６、２８は、例えば、出力アセンブリの１つが車輪または軌道の滑りに因って牽引を失う場合に典型的に起きる、出力アセンブリの速度の著しい差を防止するために共同することがある。
【００１６】
電動機２２は、駆動要素３０を通して第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２に連結される。例証的実施形態において、駆動要素３０は電動機２２によって駆動される中空駆動シャフトであり、リアクション要素２４は、中空軸要素３０を通して延び、かつその中で自由に回転するシャフトである。第１遊星歯車アセンブリ１８はまた、遊星歯車セット３４および太陽歯車３６も含む。遊星歯車セット３４はキャリア３８で支持され、そしてまたキャリアは、出力トルクを出力要素３９を通して最終駆動要素１４へ伝達する。第１遊星歯車アセンブリ１８の太陽歯車３６は、リアクション要素２４を通して第２遊星歯車アセンブリ２０の太陽歯車４０に連結される。第２遊星歯車アセンブリ２０の太陽歯車４０は遊星歯車セット４２と噛み合い、遊星歯車セット４２はリング歯車４８と噛み合う。太陽歯車３６の歯数に対するリング歯車３２の歯数によって表わされる比「ｅ１」が、例えば、第１遊星歯車アセンブリ１８に対して２：１であることがある。従って、第１遊星歯車アセンブリ１８は２の比すなわちｅ１値を含む。同様に、第２遊星歯車アセンブリ２０は、太陽歯車４０の歯数に対するリング歯車４８の歯数に等しいｅ２の比を含む。第２遊星歯車アセンブリ２０の比ｅ２は、第１および第２の最終駆動要素１４、１５に与えられる、適当な差動装置動作および等しいトルクに対して、第１遊星歯車アセンブリ１８の比ｅ１プラス１に等しいように設計される。比ｅ２は、例えば、３であることがある。
【００１７】
キャリア４４が、遊星歯車セット４２が太陽歯車４０の周りを回るのを防止するように、差動装置アセンブリ１２ａの筐体４６に取り付けられる（例えば、「接地される」）。その結果、太陽歯車４０の回転によりリング歯車４８が直接回転する。リング歯車４８は駆動要素４９を通して最終駆動要素１５に連結され、そしてまた、車輪アセンブリ１７は最終駆動要素１５によって駆動される。とりわけ、第１および第２の遊星歯車アセンブリ１８、２０のキャリア３８、４４は基準軸Ｘと一致する回転軸を含む。さらに、例証的実施形態において、電動機２２、最終駆動要素１４、１５、および車輪アセンブリ１６、１７のそれぞれの回転軸もまた基準軸Ｘと一致する。電動機、最終駆動装置、および遊星歯車アセンブリの軸整列が、直接連結、および電動機からそれぞれの遊星歯車装置と最終駆動装置を通して車輪へのトルクの効率のよい伝達を与えることが理解されるだろう。従って、差動装置アセンブリ１２ａ内の減速要素および関連する連結を最小限にすることによって、かつ回転要素の軸整列によって、コンパクトな差動装置アセンブリが形成され、結果として生じる歯車が失うものは実体がない。
【００１８】
さて、図２を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｂの第２の実施形態が示され、第１の実施形態の差動装置アセンブリ１２ａ（図１）といくつかの形態で異なる。かかる形態の一つが、とりわけ、差動装置アセンブリ１２ｂの無数の速度選択をゼロと最大定格速度との間に与えるために、マルチ速度ユニット５０ａを含む差動装置アセンブリ１２ｂを含む。マルチ速度ユニット５０ａは、当業者に既知である、どの選択的可変速度機構からも成ることがある。マルチ速度ユニット５０ａは、駆動要素５２を通して電動機２２によって駆動され、そしてまた、出力要素５４がトルクをマルチ速度ユニット５０ａから第２遊星歯車アセンブリ２０の遊星歯車キャリア４４へ伝達する。
【００１９】
図２Ａを参照するに、差動装置アセンブリ１２ｂの２つの動作速度（ＨＩおよびＬＯＷ）を与える、マルチ速度ユニット５０ｂの第２の実施形態が示される。２速ユニット５０ｂは、低速クラッチアセンブリ５６および高速度クラッチアセンブリ６２を含む。低速クラッチアセンブリ５６は、出力要素５４（図２）に固定された回転要素５８、および筐体４６に固定されることがある接地要素６０を含む。低速差動装置動作が選択される場合に、常として、回転要素５８および接地要素６０は係合される。高速度クラッチアセンブリ６２は、駆動要素５２に連結された回転要素６６、および出力要素５４に取り付けられた駆動される要素６４を含む。差動装置アセンブリ１２ｂのＨＩ速度が選択される場合に、回転要素６４は駆動要素６６と係合し、出力要素５４は駆動要素５２によって駆動される。
【００２０】
図２Ｂを参照するに、３つの動作速度（ＨＩ（高速）、ＬＯＷ（低速）、およびＩＮＴ（中間速度））を与える、マルチ速度ユニット５０ｃの第３の実施形態が示されている。マルチ速度ユニット５０ｃは、遊星歯車アセンブリ６８が含まれ、低速クラッチアセンブリ５６に隣接して位置づけられて、ＬＯＷおよびＨＩの速度選択の間の中間速度を与えるという点で、マルチ速度ユニット５０ｂ（図２Ａ）と異なる。遊星歯車アセンブリ６８は、電動機２２の駆動要素５２に取り付けられた太陽歯車７０、遊星歯車７２、およびリング歯車７６を含む。遊星歯車アセンブリ６８のキャリア７４、支持遊星歯車７２が出力要素５４に連結される。遊星歯車アセンブリ６８と係合するように動作する、中間速度クラッチアセンブリ７８が、回転要素８０および接地要素８２を含む。例えば、クラッチ板でありうる回転要素８０は、リング歯車７６に固定される。動作時、クラッチアセンブリ７８の起動が接地要素８２および回転要素８０を係合させ、そしてまた、リング歯車７６を筐体４６に接地させる。その結果として、電動機２２の駆動要素５２は、中間速度クラッチアセンブリによって与えられる減速に従って、出力要素５４を中間速度で駆動する。
【００２１】
図６を参照するに、いくつかの対応する要素がダッシュ（’）の付いた参照数字によって示される、差動装置アセンブリ１２ｂの変更実施形態が示されている。差動装置アセンブリ１２ｂ’が、とりわけ、電動機２２は第１遊星歯車アセンブリ１８の外部に位置づけられるという点で、差動装置アセンブリ１２ｂと異なる。さらに、図２に示されるように、電動機はマルチ速度ユニット５０ａおよび第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２の両方に連結されるというよりむしろ、差動装置アセンブリ１２ｂ´は、駆動要素３０を通して電動機２２とリング歯車３２との間の連結を与える。電動機２２は出力要素３９の周りに同軸に位置づけられることがあるか、または電動機２２がオフセットされて、出力要素３９に平行でオフセットしている回転軸を有することがあることもあると考えられる。さらにもう１つの考えられる代替案は、リング歯車３２とクロス駆動関連して位置づけられる電動機２２を含み、例えば、リング歯車は傘歯車アセンブリを通して電動機に連結される。
【００２２】
図３を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｃの第３実施形態が示され、マルチ速度ユニット８３ａが電動機２２と第１遊星歯車アセンブリ１８との間に位置づけられるという点で、第２実施形態の差動装置アセンブリ１２ｂ（図２）と異なる。マルチ速度ユニット８３ａは、駆動要素８４を通して第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２と駆動係合される。電動機２２によって駆動される駆動要素３０は、マルチ速度ユニット８３ａに連結される。差動装置アセンブリ１２ｂのマルチ速度ユニット５０ａに類似して、差動装置アセンブリ１２ｃのマルチ速度ユニット８３ａは、差動装置アセンブリ１２ｃに対してゼロと最大定格速度との間に無数の速度選択を与える。
【００２３】
図３Ａを参照するに、差動装置アセンブリ１２ｃの２つの動作速度（ＨＩおよびＬＯＷ）を与える、マルチ速度ユニット８３ｂの第２実施形態が示されている。２速度ユニット８３ｂは、低速クラッチアセンブリ８６および高速度クラッチアセンブリ９２を含む。低速クラッチアセンブリ８６は、駆動要素８４に固定された回転要素８８、および筐体４６に固定されることがある接地要素９０を含む。低速差動装置動作が選択される場合に、常として、回転要素８８は接地要素９０によって係合される。高速度クラッチアセンブリ９２は、駆動要素８４に連結された回転要素９４、および電動機の駆動要素３０に取り付けられた駆動される要素９６を含む。差動装置アセンブリ１２ｃのＨＩ速度が選択される場合に、回転要素９４は駆動される要素９６と係合し、要素８４は電動機２２の駆動要素３０によって駆動される。
【００２４】
図３Ｂを参照するに、３つの動作速度（ダイレクトドライブ（ＤＩＲＥＣＴ ＤＲＩＶＥ）、低（ＬＯＷ）、およびオーバードライブ（ＯＶＥＲＤＲＩＶＥ））を与える、マルチ速度ユニット８３ｃの第３実施形態が示されている。マルチ速度ユニット８３ｃは、遊星歯車アセンブリ９９が含まれ、低およびダイレクトドライブ速度クラッチアセンブリ８６、９２間に位置づけられて、直接駆動速度選択より大きい速度を与えるという点で、マルチ速度ユニット８３ｂ（図３Ａ）と異なる。遊星歯車アセンブリ９９は、回転要素９４に取り付けられた太陽歯車１００、遊星歯車セット１０２、およびリング歯車１０６を含む。遊星歯車アセンブリ９９の遊星歯車セット１０２を支持するキャリア１０４が、高速度クラッチアセンブリの要素９６を通して駆動要素３０に連結される。遊星歯車アセンブリ９９を動作させるように係合する、オーバードライブ速度クラッチアセンブリ９８が、回転要素１０８および接地要素１１０を含む。動作時、クラッチアセンブリ９８の起動が接地要素１１０および回転要素１０８を係合させ、そしてまた、リング歯車１０６を筐体４６に接地させる。その結果として、電動機２２の駆動要素３０は、直接ダイレクトドライブ速度より通常大きいオーバードライブ速度で駆動要素８４を駆動する。
【００２５】
図４を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｄの第４の実施形態が示され、差動装置ロックアセンブリ１１２が第１遊星歯車アセンブリ１８と電動機２２との間に設けられるという点で、第２実施形態の差動装置アセンブリ１２ｂ（図２）と異なる。差動装置ロックアセンブリ１１２は、遊星歯車アセンブリ１１４およびクラッチアセンブリ１２６を含む。遊星歯車アセンブリ１１４は、太陽歯車１１６、遊星歯車セット１１８、リング歯車１２２、およびキャリア１２０を含む。太陽歯車１１６は駆動要素３０に取り付けられる。従って、電動機２２は差動装置ロックアセンブリ１１２の太陽歯車１１６、および第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２の両方と駆動できるように係合する。差動装置ロックアセンブリ１１２のキャリア１２０は、要素１２４（図１）を通して出力要素３９（および出力アセンブリ１１）と直接係合する。
【００２６】
再び図４を参照するに、遊星歯車アセンブリ１１４は、太陽歯車１１６の歯数に対するリング歯車１２２の歯数に等しいｅ３の比を含む。差動装置アセンブリ１２ｄに対する角速度関係が、次のように表わされることがある。
ωｓｕｎ （１１６）＝３ωｔｏ ｏｕｔｐｕｔ （１２０）−２ωｒｉｎｇ （１２２）
【００２７】
結果として、比ｅ１、ｅ２、およびｅ３に対するいくつかの例証的値および対応する減速は次のようである。
【００２８】
【表１】
【００２９】
差動装置ロッククラッチアセンブリ１２６は、回転要素１２８、および
筐体４６に固定される接地要素１３０を含む。クラッチアセンブリ１２６が係合される場合に、回転要素１２８は接地要素１３０によって保持され、その結果、リング歯車１２２は筐体４６に接地される。結果として、キャリア１２０は押し進められて、出力要素３９を回転して駆動し、その結果出力要素３９は最終駆動要素１４およびそれぞれの車輪アセンブリ１６（図１）と駆動係合する。
【００３０】
図７を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｄの変更実施形態が示されている。差動装置アセンブリ１２ｄ’は、とりわけ、電動機２２が第１遊星歯車アセンブリ１８の外側に位置づけられるという点で、差動装置アセンブリ１２ｄと異なる。さらに、電動機２２は、図４に示されるように、マルチ速度ユニット５０ａ、遊星歯車アセンブリ１１４の太陽歯車１１６、および第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２に連結されるというよりむしろ、差動装置アセンブリ１２ｄ’は、駆動要素３０を通して電動機２２とリング歯車３２との間に連結を与える。そしてまたリング歯車３２は、要素１３２を通して遊星歯車アセンブリ１１４の太陽歯車１１６と駆動係合し、太陽歯車１１６は、要素１３４を通してマルチ速度ユニット５０ａと駆動係合する。電動機２２は出力要素３９の周りに同軸に位置づけられることがあるか、または電動機２２はオフセットされて、出力要素３９に平行でオフセットしている回転軸を有することもあると考えられる。
【００３１】
図５を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｅの第５の実施形態が示され、とりわけ、差動装置ロックアセンブリ１１２、および対応する遊星歯車アセンブリ１１４は、第１遊星歯車アセンブリ１８’の外側に位置づけられたという点で、第４実施形態の差動装置アセンブリ１２ｄ（図４）と異なる。さらに、差動装置１２ｅは、多数の遊星歯車セットを含む変更第１遊星歯車１８’を含む。第１遊星歯車アセンブリ１８’は、太陽歯車１３６、内側遊星歯車セット１３８、外側遊星歯車セット１４０、およびリング歯車１４２を含む。第１キャリア１４４が、遊星歯車セット１３８、１４０を回転可能に支持し、連結要素１４１を通して遊星歯車アセンブリ１１４の太陽歯車１１６に連結される。キャリア１４４は電動機２２の駆動要素１４８に連結される。第１遊星歯車アセンブリ１８´のリング歯車１４２は、連結要素１５２を通して、遊星歯車セット１１８を回転可能に支持する遊星歯車キャリア１５０に連結されることがわかる。キャリア３８は、キャリア１５０と共同して、遊星歯車セット１１８を支持し、出力アセンブリ１１（図１）を駆動する出力要素３９と直接係合する。
【００３２】
とりわけ、差動装置アセンブリ１２ｄに対する角速度関係に対応する、上述の式はまた、差動装置アセンブリ１２ｅに対する角速度関係も支配する。例証的実施形態において、ｅ１＝−３、ｅ２＝３、およびｅ３＝２である。
【００３３】
（産業上の利用可能性）
図１を参照して、差動装置アセンブリ１２ａの動作が説明される。電動機２２は第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２を駆動し、そしてまたリング歯車３２は、遊星歯車セット３４およびリアクション要素２４の両方を駆動する。電動機２２によって発生するトルクが、第１遊星歯車アセンブリ１８を通して出力アセンブリ１１に、そして他の遊星歯車アセンブリ２０を通して出力アセンブリ１３に与えられる。常として、両出力アセンブリ１１、１３へのトルクはほぼ同じであり、対応する出力アセンブリの速度に無関係である。
【００３４】
各出力アセンブリ１１、１３はそれぞれの最終駆動要素１４、１５を含む例証的実施形態において、最終駆動装置の減速比は５：１であることがあり、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８、２０は、例えば、ｅ１＝２、およびｅ２＝３のそれぞれのｅ値を含む。電動機２２から車輪アセンブリ１６、１７までの全減速は約１５：１であることがある。従って、例証的差動装置アセンブリが、例えば、１８７５ｒｐｍの電動機速度、および１２５ｒｐｍの関連車輪速度を含むことがある。
【００３５】
図２、３、および６を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｂ、１２ｃ、および１２ｂ’は、単一速度または狭い速度範囲というよりむしろある範囲の速度にわたって動作できるように、差動装置アセンブリはマルチ速度ユニット５０ａまたは８３ａを含む。
【００３６】
この例において、出力要素５４が差動装置筐体４６に関して動かないように保持される場合に、マルチ速度ユニット５０ａは速度の最大減速を与える。マルチ速度ユニットが逆歯車を有し、５２の反対方向に、しかしより遅い速度で５４を駆動する場合に、３：１より大きい比が達成され得る。最大減速は、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８、２０の減速比によって与えられ、例えば、ｅ１＝２、およびｅ２＝３であって、３：１であることがある。一般に、第１および第２遊星歯車アセンブリは共同して、かつ組織的に動作して、所望の減速、および出力アセンブリ１１、１３（図１）で測定されるほぼ等しい出力トルクを与える。
【００３７】
図２および６を参照するに、マルチ速度ユニット５０ａが押し進められて、駆動要素５２と出力要素５４との間でトルクを伝える場合に、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０によって与えられる減速の効果が小さくなる。例えば、マルチ速度ユニット５０ａが、電動機の駆動要素５２に出力要素５４を直接駆動させる場合は、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８、２０は、１：１減速、またはリアクション要素２４から出力アセンブリ１１、１３（図１）への「直接駆動」を与えるように動作することがある。
【００３８】
図２Ａおよび２Ｂを参照するに、マルチ速度ユニット５０ｂおよび５０ｃの動作が、それぞれに、２および３速度機能を与える。２速度マルチ速度ユニット５０ｂは、ＬＯ速度の場合、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８、２０の３：１減速を持続させるように動作する。ＨＩ速度時、回転クラッチ６２は、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０に対する１：１減速比のために、駆動要素５２と出力要素５４との間の直接駆動を与える。３速度遊星歯車アセンブリ５０ｃ（図２Ｂ）は、ＨＩとＬＯＷとの間の追加かつ中間の速度が遊星歯車アセンブリ６８の付加によって与えられることを除いて、２速度マルチ速度ユニット５０ｂ（図２Ａ）のそれとほぼ同一である。
【００３９】
図３を参照するに、マルチ速度ユニット５０ａ（図２）と同様に、駆動要素８４が差動装置筐体４６に関して動かないように保持される場合に、マルチ速度ユニット８３ａが速度の最大減速を与える。第１および第２遊星歯車アセンブリ１８、２０に対する比ｅ１およびｅ２がそれぞれに２および３である場合に、１．５の減速が与えられる。対照的に、マルチ速度ユニット８３ａが押し進められて、駆動要素３０と駆動要素８４との間でトルクを伝える場合に、第１および第２遊星歯車アセンブリによって与えられる減速の効果が小さくなる。例えば、マルチ速度ユニット８３ａが、電動機２２の駆動要素３０に駆動要素８４を直接駆動させる場合は、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０は、１：１減速、またはキャリア３８からそれぞれの出力アセンブリ１１および１３（図１）の最終駆動要素１４および１５への「ダイレクトドライブ」を与えるように動作することがある。
【００４０】
図３Ａおよび３Ｂを参照するに、マルチ速度ユニット８３ｂおよび８３ｃが、それぞれに、２および３速度機能を与える。２速度マルチ速度ユニット８３ｂは、ＬО速度の場合、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０によって１．５：１減速を生成するように動作する。ＨＩ速度時、回転クラッチ９８は、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０に対する１：１減速比のために、駆動要素３０と８４との間に直接駆動を与える。３速度遊星歯車アセンブリ８３ｃは、直接駆動速度より大きい追加速度（例えばオーバードライブ）が遊星歯車アセンブリ９９の付加によって与えられることを除いて、２速度マルチ速度ユニット８３ｂのそれとほぼ同一である。
【００４１】
図４および７を参照するに、動作時、差動装置アセンブリ１２ｄ、１２ｄ’は、起動された場合に、共同する第１および第２遊星歯車アセンブリの差動装置機能を増強する差動装置ロックアセンブリ１２６を含む。機械１０（図１）の特定の運転の間に、どちらかの車輪のタイヤ（図示せず）を通してそれに取り付けられたそれぞれの車輪へ概ね伝達されることがある牽引損失が、機械による効率の悪い作業をもたらすことがある。例えば、操作者が荷を積み入れるために土工機械を位置づけ、その後に土、岩などを輸送する場合に、そのような運転が起きることがある。とりわけ、両駆動車輪アセンブリ１６、１７（図１）は、位置づけられた機械姿勢制御を犠牲にしないように、地面と係合することが有利である。
【００４２】
差動装置ロックアセンブリ１１２が、リング歯車１２２の接地を起こすクラッチアセンブリ１２６を筐体４６と係合させることによって起動されることがある。いったんリング歯車１２２が接地されると、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０は、それらのそれぞれの出力要素３９、４９をほぼ同じ速度で回転させ、かつそれらの出力要素に対するトルクに関係なくそのように行わせる。換言すれば、第１および第２遊星歯車装置間の差動装置伝達が「オーバーライド」されて、出力要素３９、４９間に同様な回転速度を起こす。このことは、機械が機械速度をほとんどまたは全く示さない場合、一般的に望ましい。従って、差動装置機能はもはや優先事項ではない。その結果、機械が、例えば、５ ＭＰＨのような閾値より下がる場合に、差動装置ロックアセンブリ１１２は起動されることもあると考えられる。この閾速度の上で、差動装置ロックアセンブリ１１２は外されて、出力アセンブリ間の差動作用を再設定することがある。
【００４３】
図５を参照するに、動作時、差動装置アセンブリ１２ｅは、キャリア１４４によって回転可能に支持された内側および外側遊星歯車セット１３８、１４０を含む負遊星歯車アセンブリ（ｅ１）を含む。キャリア１４４は、回転するように押し進められる駆動要素１４８に応答して、電動機２２によって駆動される。
【００４４】
出力アセンブリ１１、１３の滑りを減らすか、または防止することが、差動装置をオーバーライドするために望ましくなる場合に、差動装置ロック１２６が係合されて、遊星歯車アセンブリ１１４のリング歯車１２２の筐体４６との接地を起す。そしてまた、電動機２２はキャリア１４４を駆動し、結果として、太陽歯車１１６、１３６の回転が、対応する出力要素３９および４９それぞれに直接伝達される。その結果として、出力要素３９および４９の速度が、差動装置ロック１２６の係合中と同じである。
【００４５】
種々の変更および変型が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明の差動装置において実施できることが、当業者にとって明白であろう。本発明の他の実施形態が、本明細書の考察およびここに開示される本発明の実施によって、当業者にとって明白であろう。本明細書および実施例はあくまでも例として考慮され、本発明の真の範囲および精神は、特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが目的とされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】差動装置アセンブリの第１の実施形態を含む本発明による機械の第１の実施形態の略線図である。
【図２】マルチ速度ユニットの第１の実施形態を示す本発明による差動装置アセンブリの第２の実施形態の略線図である。
【図２Ａ】２速度選択を含む図２のマルチ速度ユニットの第２の実施形態の略線図である。
【図２Ｂ】３速度選択を含む図２のマルチ速度ユニットの第３の実施形態の略線図である。
【図３】マルチ速度ユニットの第１の実施形態を示す本発明による差動装置アセンブリの第３の実施形態の略線図である。
【図３Ａ】２速度選択を含む図３のマルチ速度ユニットの第２の実施形態の略線図である。
【図３Ｂ】３速度選択を含む図３のマルチ速度ユニットの第３の実施形態の略線図である。
【図４】差動装置ロックアセンブリを示す本発明による差動装置アセンブリの第４の実施形態の略線図である。
【図５】差動装置ロックアセンブリを示す本発明による差動装置アセンブリの第５の実施形態の略線図である。
【図６】図２に示される差動装置アセンブリの変更形の略線図である。
【図７】図４に示される差動装置アセンブリの変更型の略線図である。
【符号の説明】
１０ 機械
１１ 出力アセンブリ
１２ 差動装置アセンブリ
１２ａ 差動装置アセンブリ
１２ｂ 差動装置アセンブリ
１２ｂ’ 差動装置アセンブリ
１２ｃ 差動装置アセンブリ
１２ｄ 差動装置アセンブリ
１２ｄ’ 差動装置アセンブリ
１２ｅ 差動装置アセンブリ
１３ 出力アセンブリ
１４ 最終駆動要素
１５ 最終駆動要素
１６ 車輪アセンブリ
１７ 車輪アセンブリ
１８ 第１遊星歯車アセンブリ
１８’ 第１遊星歯車アセンブリ
２０ 第２遊星歯車アセンブリ
２２ 電動機
２４ リアクション要素
２６ ブレーキアセンブリ
２８ ブレーキアセンブリ
３０ 駆動要素
３２ リング歯車
３４ 遊星歯車セット
３６ 太陽歯車
３８ キャリア
３９ 出力要素
４０ 太陽歯車
４２ 遊星歯車セット
４４ キャリア
４６ 筐体
４８ リング歯車
４９ 出力要素
５０ａ マルチ速度ユニット
５０ｂ マルチ速度ユニット
５０ｃ マルチ速度ユニット
５２ 駆動要素
５４ 出力歯車
５６ 低速度クラッチアセンブリ
５８ 回転要素
６０ 接地要素
６２ 高速度クラッチアセンブリ
６４ 回転要素
６６ 回転要素
６８ 遊星歯車アセンブリ
７０ 太陽歯車
７２ 遊星歯車
７４ キャリア
７６ リング歯車
７８ 中間速度クラッチアセンブリ
８０ 回転要素
８２ 接地要素
８３ａ マルチ速度ユニット
８３ｂ マルチ速度ユニット
８３ｃ マルチ速度ユニット
８４ 駆動要素
８８ 回転要素
８６ 低速度クラッチアセンブリ
９０ 接地要素
９２ 高速度クラッチアセンブリ
９４ 回転要素
９６ 駆動される要素
９８ オーバードライブ速度クラッチアセンブリ
９９ 遊星歯車アセンブリ
１００ 太陽歯車
１０２ 遊星歯車セット
１０６ リング歯車
１０８ 回転要素
１１０ 接地要素
１１２ 差動装置ロックアセンブリ
１１４ 遊星歯車アセンブリ
１１６ 太陽歯車
１１８ 遊星歯車セット
１２０ キャリア
１２２ リング歯車
１２６ 差動装置ロッククラッチアセンブリ
１２８ 回転要素
１３０ 接地要素
１３６ 太陽歯車
１３８ 内側遊星歯車セット
１４０ 外側遊星歯車セット
１４１ 連結要素
１４２ リング歯車
１４４ 第１キャリア
１４８ 駆動要素
１５０ 遊星歯車キャリア
１５２ 連結要素
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に１対の出力アセンブリの間に出力トルクを伝える差動装置、より詳しくは、単一電気入力を有する差動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地面係合車輪あるいは連続ベルトまたは軌道のような、１対の出力アセンブリそれぞれに差動駆動を与えるために、１対の遊星歯車装置を用いることが知られている。遊星歯車装置は、それらのそれぞれの太陽歯車が共通の駆動要素またはシャフトによって駆動されるように配置されることがある。主駆動源、典型的には内燃機関によって推進されるドライブシャフトが、多数の歯車アセンブリを通して遊星歯車装置の１つのリング歯車と噛み合って、方向性および歯車減速を与えることがある。典型的には、駆動源は、「クロスドライブ」と普通呼ばれる、駆動軸または出力の回転軸に対して垂直に設置される回転軸を含む。例えば、本発明の譲受人に譲渡される、特許文献１（Ｗｉｎｚｅｌｅｒに１９８２年１１月９日発行）、および特許文献２（Ｃｏｕｔａｎｔに１９８４年１月３日発行）が、クロスドライブ定位で駆動される１対の遊星歯車アセンブリを有する差動装置アセンブリを示す。動作時、遊星歯車アセンブリはコモンシャフトを通して連続駆動係合状態にある。
【０００３】
しかしながら、駆動源は差動装置に組み入れられて、クロスドライブ連結に起因する損失を望ましく減らし、さらによりコンパクトなパワートレインアセンブリを与えるので、電気的に駆動されるパワートレインシステムがさらなる利点を与えることがある。さらに、そのような一体化構成による大きな費用便益もある。例えば、Ｊａｎｉａｚｅｗｓｋｉに発行された特許文献３が、２速減速機、減速遊星歯車装置、および傘歯車ネストを含む、多数積み重なり、かつ相互接続したアセンブリを通して車軸を駆動する電動機を提供する。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第４，３５７，８４０号明細書
【０００５】
【特許文献２】
米国特許第４，４２３，６４４号明細書
【０００６】
【特許文献３】
米国特許第５，６２０，３８７号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さらに、差動装置アセンブリは、本質的に、トルクを出力の間でほぼ等しく伝達するように構成されている。例えば、地面係合機械において、駆動源によって生成されたトルクが車輪に伝えられる。しかしながら、既知の差動装置は車輪速度に関係なくトルクを車輪に伝達し、したがって低速で車輪の滑りを起こしやすい。ホイールローダのような建設機械において、そのような車輪の滑りは、例えば、機械がそのバケットを満たすために動かれされるときに典型的である。車輪が滑る場合は、効率の悪い作業に対応して牽引の一部が失われることがある。そのような事象は時間がかかり、燃料使用の増加、機械維持管理の増加、および所要の仕事を完成するための時間の増加に関連する作業費用を著しく増大させる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
従って、動作時、駆動源と最終駆動アセンブリとの間の損失を低減し、その上かなり高価な部品を含まない、安価でコンパクトな差動装置アセンブリを提供することが望まれる。さらに、効率を上げ、操作性を向上させるために、車輪の滑りを制限する差動装置を提供することが望まれる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、電気的に動作する入力装置、第１遊星歯車アセンブリ、および第２遊星歯車アセンブリを含む差動装置アセンブリを提供する。第１遊星歯車は入力装置と駆動係合し、第１遊星歯車アセンブリは第１出力アセンブリに駆動するように連結される。第２遊星歯車アセンブリは第１遊星歯車アセンブリと駆動係合し、第２出力アセンブリに駆動するように連結され、そこでは第１遊星歯車アセンブリは第２遊星歯車アセンブリと共同して、ほぼ同じトルクを第１および第２出力アセンブリに与える。第１および第２遊星歯車アセンブリは、前記入力装置の回転軸とほぼ整合された回転軸を含む。
【００１０】
本発明は、電気的に動作する入力装置、第１遊星歯車アセンブリ、第２遊星歯車アセンブリ、および差動装置ロックアセンブリを含む差動装置アセンブリをさらに提供する。第１遊星歯車アセンブリは入力装置と駆動係合し、第１出力アセンブリに駆動するように連結される。第２遊星歯車アセンブリは第１遊星歯車アセンブリと駆動係合し、第２出力アセンブリに駆動するように連結される。差動装置ロックアセンブリは、前記第１および第２出力アセンブリのほぼ同じ回転速度を起こすために動作可能であり、そこでは第１遊星歯車アセンブリは第２遊星歯車アセンブリと共同して、ほぼ同じトルクを第１および第２出力アセンブリに与え、第１および第２遊星歯車アセンブリは、入力装置の回転軸とほぼ整合された回転軸を含む。
【００１１】
本発明は差動装置アセンブリを動作させる方法をさらに提供し、差動装置アセンブリは、リアクション要素を通して駆動係合される１対の遊星歯車装置、および１対の遊星歯車装置の少なくとも１つを駆動するために構成された入力源を含む。１対の遊星歯車装置の各々は出力アセンブリと駆動関係にある。本方法は、遊星歯車アセンブリの少なくとも１つと係合するように構成された差動装置ロック機構を用意するステップと、係合される差動装置ロックアセンブリに応答して、出力アセンブリをほぼ同じ回転速度で駆動するステップと、を含む。
【００１２】
本発明の上述の特徴および他の特徴、ならびにそれらを達成する方法がより明らかになり、本発明自体は、添付図面と共に本発明の実施形態に関する次の説明を参照することにより、より良く理解されるだろう。
【００１３】
【実施例】
これから、本発明の例証的実施形態に対して詳細に参照する。これらの例が添付図面に示される。可能な限り、同じ参照番号が、同一または類似の部品を参照するために図面全体を通して使用されるだろう。そしていくつかの対応する要素が英数字の連関を通して示される。
【００１４】
さて、図１を参照するに、それに取り付けた差動装置アセンブリ１２ａの第１の実施形態を含む機械１０が示されている。差動装置アセンブリは出力アセンブリ１１、１３と駆動係合し、これらは、例えば、車輪アセンブリ１６、１７それぞれと駆動係合する最終駆動要素１４、１５であることがある。車輪アセンブリ１６、１７は、地面係合タイヤを常としてそれぞれに推進することがある。出力アセンブリ１１、１３は、最終駆動および車輪アセンブリの組合せとして示されるが、出力アセンブリ１１、１３はまた、最終駆動アセンブリ、連続軌道またはベルトアセンブリ（減速歯車の有無）、あるいは当業者に既知であるその他の出力アセンブリの無い、車輪アセンブリでありうると考えられる。例証的実施形態において、最終駆動要素１４、１５は各々、差動装置アセンブリ１２ａとそれぞれの車輪アセンブリ１６、１７との間に歯車減速を与える。例証的実施形態において、各最終駆動アセンブリは、例えば、５：１の歯車減速比を与える遊星歯車アセンブリであることがある。
【００１５】
差動装置アセンブリ１２ａは、第１遊星歯車アセンブリ１８および第２遊星歯車アセンブリ２０を含む。第１遊星歯車アセンブリ１８は、例えば、電動機２２のような電気的に動作する入力装置によって駆動係合される。第１遊星歯車アセンブリ１８はまた、リアクション要素２４を通して第２遊星歯車アセンブリ２０に連結される。差動装置アセンブリ１２ａは、それぞれの遊星歯車アセンブリと最終駆動アセンブリとの間に位置づけられた、１対のブレーキアセンブリ２６、２８を含み、これらは、出力アセンブリの速度を遅くし、その結果機械速度を下げるために起動されることがある。ブレーキアセンブリ２６、２８は、常として筐体４６または他の負荷支持要素に取り付けられる。さらに、ブレーキアセンブリ２６、２８は、例えば、出力アセンブリの１つが車輪または軌道の滑りに因って牽引を失う場合に典型的に起きる、出力アセンブリの速度の著しい差を防止するために共同することがある。
【００１６】
電動機２２は、駆動要素３０を通して第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２に連結される。例証的実施形態において、駆動要素３０は電動機２２によって駆動される中空駆動シャフトであり、リアクション要素２４は、中空軸要素３０を通して延び、かつその中で自由に回転するシャフトである。第１遊星歯車アセンブリ１８はまた、遊星歯車セット３４および太陽歯車３６も含む。遊星歯車セット３４はキャリア３８で支持され、そしてまたキャリアは、出力トルクを出力要素３９を通して最終駆動要素１４へ伝達する。第１遊星歯車アセンブリ１８の太陽歯車３６は、リアクション要素２４を通して第２遊星歯車アセンブリ２０の太陽歯車４０に連結される。第２遊星歯車アセンブリ２０の太陽歯車４０は遊星歯車セット４２と噛み合い、遊星歯車セット４２はリング歯車４８と噛み合う。太陽歯車３６の歯数に対するリング歯車３２の歯数によって表わされる比「ｅ１」が、例えば、第１遊星歯車アセンブリ１８に対して２：１であることがある。従って、第１遊星歯車アセンブリ１８は２の比すなわちｅ１値を含む。同様に、第２遊星歯車アセンブリ２０は、太陽歯車４０の歯数に対するリング歯車４８の歯数に等しいｅ２の比を含む。第２遊星歯車アセンブリ２０の比ｅ２は、第１および第２の最終駆動要素１４、１５に与えられる、適当な差動装置動作および等しいトルクに対して、第１遊星歯車アセンブリ１８の比ｅ１プラス１に等しいように設計される。比ｅ２は、例えば、３であることがある。
【００１７】
キャリア４４が、遊星歯車セット４２が太陽歯車４０の周りを回るのを防止するように、差動装置アセンブリ１２ａの筐体４６に取り付けられる（例えば、「接地される」）。その結果、太陽歯車４０の回転によりリング歯車４８が直接回転する。リング歯車４８は駆動要素４９を通して最終駆動要素１５に連結され、そしてまた、車輪アセンブリ１７は最終駆動要素１５によって駆動される。とりわけ、第１および第２の遊星歯車アセンブリ１８、２０のキャリア３８、４４は基準軸Ｘと一致する回転軸を含む。さらに、例証的実施形態において、電動機２２、最終駆動要素１４、１５、および車輪アセンブリ１６、１７のそれぞれの回転軸もまた基準軸Ｘと一致する。電動機、最終駆動装置、および遊星歯車アセンブリの軸整列が、直接連結、および電動機からそれぞれの遊星歯車装置と最終駆動装置を通して車輪へのトルクの効率のよい伝達を与えることが理解されるだろう。従って、差動装置アセンブリ１２ａ内の減速要素および関連する連結を最小限にすることによって、かつ回転要素の軸整列によって、コンパクトな差動装置アセンブリが形成され、結果として生じる歯車が失うものは実体がない。
【００１８】
さて、図２を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｂの第２の実施形態が示され、第１の実施形態の差動装置アセンブリ１２ａ（図１）といくつかの形態で異なる。かかる形態の一つが、とりわけ、差動装置アセンブリ１２ｂの無数の速度選択をゼロと最大定格速度との間に与えるために、マルチ速度ユニット５０ａを含む差動装置アセンブリ１２ｂを含む。マルチ速度ユニット５０ａは、当業者に既知である、どの選択的可変速度機構からも成ることがある。マルチ速度ユニット５０ａは、駆動要素５２を通して電動機２２によって駆動され、そしてまた、出力要素５４がトルクをマルチ速度ユニット５０ａから第２遊星歯車アセンブリ２０の遊星歯車キャリア４４へ伝達する。
【００１９】
図２Ａを参照するに、差動装置アセンブリ１２ｂの２つの動作速度（ＨＩおよびＬＯＷ）を与える、マルチ速度ユニット５０ｂの第２の実施形態が示される。２速ユニット５０ｂは、低速クラッチアセンブリ５６および高速度クラッチアセンブリ６２を含む。低速クラッチアセンブリ５６は、出力要素５４（図２）に固定された回転要素５８、および筐体４６に固定されることがある接地要素６０を含む。低速差動装置動作が選択される場合に、常として、回転要素５８および接地要素６０は係合される。高速度クラッチアセンブリ６２は、駆動要素５２に連結された回転要素６６、および出力要素５４に取り付けられた駆動される要素６４を含む。差動装置アセンブリ１２ｂのＨＩ速度が選択される場合に、回転要素６４は駆動要素６６と係合し、出力要素５４は駆動要素５２によって駆動される。
【００２０】
図２Ｂを参照するに、３つの動作速度（ＨＩ（高速）、ＬＯＷ（低速）、およびＩＮＴ（中間速度））を与える、マルチ速度ユニット５０ｃの第３の実施形態が示されている。マルチ速度ユニット５０ｃは、遊星歯車アセンブリ６８が含まれ、低速クラッチアセンブリ５６に隣接して位置づけられて、ＬＯＷおよびＨＩの速度選択の間の中間速度を与えるという点で、マルチ速度ユニット５０ｂ（図２Ａ）と異なる。遊星歯車アセンブリ６８は、電動機２２の駆動要素５２に取り付けられた太陽歯車７０、遊星歯車７２、およびリング歯車７６を含む。遊星歯車アセンブリ６８のキャリア７４、支持遊星歯車７２が出力要素５４に連結される。遊星歯車アセンブリ６８と係合するように動作する、中間速度クラッチアセンブリ７８が、回転要素８０および接地要素８２を含む。例えば、クラッチ板でありうる回転要素８０は、リング歯車７６に固定される。動作時、クラッチアセンブリ７８の起動が接地要素８２および回転要素８０を係合させ、そしてまた、リング歯車７６を筐体４６に接地させる。その結果として、電動機２２の駆動要素５２は、中間速度クラッチアセンブリによって与えられる減速に従って、出力要素５４を中間速度で駆動する。
【００２１】
図６を参照するに、いくつかの対応する要素がダッシュ（’）の付いた参照数字によって示される、差動装置アセンブリ１２ｂの変更実施形態が示されている。差動装置アセンブリ１２ｂ’が、とりわけ、電動機２２は第１遊星歯車アセンブリ１８の外部に位置づけられるという点で、差動装置アセンブリ１２ｂと異なる。さらに、図２に示されるように、電動機はマルチ速度ユニット５０ａおよび第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２の両方に連結されるというよりむしろ、差動装置アセンブリ１２ｂ´は、駆動要素３０を通して電動機２２とリング歯車３２との間の連結を与える。電動機２２は出力要素３９の周りに同軸に位置づけられることがあるか、または電動機２２がオフセットされて、出力要素３９に平行でオフセットしている回転軸を有することがあることもあると考えられる。さらにもう１つの考えられる代替案は、リング歯車３２とクロス駆動関連して位置づけられる電動機２２を含み、例えば、リング歯車は傘歯車アセンブリを通して電動機に連結される。
【００２２】
図３を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｃの第３実施形態が示され、マルチ速度ユニット８３ａが電動機２２と第１遊星歯車アセンブリ１８との間に位置づけられるという点で、第２実施形態の差動装置アセンブリ１２ｂ（図２）と異なる。マルチ速度ユニット８３ａは、駆動要素８４を通して第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２と駆動係合される。電動機２２によって駆動される駆動要素３０は、マルチ速度ユニット８３ａに連結される。差動装置アセンブリ１２ｂのマルチ速度ユニット５０ａに類似して、差動装置アセンブリ１２ｃのマルチ速度ユニット８３ａは、差動装置アセンブリ１２ｃに対してゼロと最大定格速度との間に無数の速度選択を与える。
【００２３】
図３Ａを参照するに、差動装置アセンブリ１２ｃの２つの動作速度（ＨＩおよびＬＯＷ）を与える、マルチ速度ユニット８３ｂの第２実施形態が示されている。２速度ユニット８３ｂは、低速クラッチアセンブリ８６および高速度クラッチアセンブリ９２を含む。低速クラッチアセンブリ８６は、駆動要素８４に固定された回転要素８８、および筐体４６に固定されることがある接地要素９０を含む。低速差動装置動作が選択される場合に、常として、回転要素８８は接地要素９０によって係合される。高速度クラッチアセンブリ９２は、駆動要素８４に連結された回転要素９４、および電動機の駆動要素３０に取り付けられた駆動される要素９６を含む。差動装置アセンブリ１２ｃのＨＩ速度が選択される場合に、回転要素９４は駆動される要素９６と係合し、要素８４は電動機２２の駆動要素３０によって駆動される。
【００２４】
図３Ｂを参照するに、３つの動作速度（ダイレクトドライブ（ＤＩＲＥＣＴ ＤＲＩＶＥ）、低（ＬＯＷ）、およびオーバードライブ（ＯＶＥＲＤＲＩＶＥ））を与える、マルチ速度ユニット８３ｃの第３実施形態が示されている。マルチ速度ユニット８３ｃは、遊星歯車アセンブリ９９が含まれ、低およびダイレクトドライブ速度クラッチアセンブリ８６、９２間に位置づけられて、直接駆動速度選択より大きい速度を与えるという点で、マルチ速度ユニット８３ｂ（図３Ａ）と異なる。遊星歯車アセンブリ９９は、回転要素９４に取り付けられた太陽歯車１００、遊星歯車セット１０２、およびリング歯車１０６を含む。遊星歯車アセンブリ９９の遊星歯車セット１０２を支持するキャリア１０４が、高速度クラッチアセンブリの要素９６を通して駆動要素３０に連結される。遊星歯車アセンブリ９９を動作させるように係合する、オーバードライブ速度クラッチアセンブリ９８が、回転要素１０８および接地要素１１０を含む。動作時、クラッチアセンブリ９８の起動が接地要素１１０および回転要素１０８を係合させ、そしてまた、リング歯車１０６を筐体４６に接地させる。その結果として、電動機２２の駆動要素３０は、直接ダイレクトドライブ速度より通常大きいオーバードライブ速度で駆動要素８４を駆動する。
【００２５】
図４を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｄの第４の実施形態が示され、差動装置ロックアセンブリ１１２が第１遊星歯車アセンブリ１８と電動機２２との間に設けられるという点で、第２実施形態の差動装置アセンブリ１２ｂ（図２）と異なる。差動装置ロックアセンブリ１１２は、遊星歯車アセンブリ１１４およびクラッチアセンブリ１２６を含む。遊星歯車アセンブリ１１４は、太陽歯車１１６、遊星歯車セット１１８、リング歯車１２２、およびキャリア１２０を含む。太陽歯車１１６は駆動要素３０に取り付けられる。従って、電動機２２は差動装置ロックアセンブリ１１２の太陽歯車１１６、および第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２の両方と駆動できるように係合する。差動装置ロックアセンブリ１１２のキャリア１２０は、要素１２４（図１）を通して出力要素３９（および出力アセンブリ１１）と直接係合する。
【００２６】
再び図４を参照するに、遊星歯車アセンブリ１１４は、太陽歯車１１６の歯数に対するリング歯車１２２の歯数に等しいｅ３の比を含む。差動装置アセンブリ１２ｄに対する角速度関係が、次のように表わされることがある。
ωｓｕｎ （１１６）＝３ωｔｏ ｏｕｔｐｕｔ （１２０）−２ωｒｉｎｇ （１２２）
【００２７】
結果として、比ｅ１、ｅ２、およびｅ３に対するいくつかの例証的値および対応する減速は次のようである。
【００２８】
【表１】
差動装置ロッククラッチアセンブリ１２６は、回転要素１２８、および
筐体４６に固定される接地要素１３０を含む。クラッチアセンブリ１２６が係合される場合に、回転要素１２８は接地要素１３０によって保持され、その結果、リング歯車１２２は筐体４６に接地される。結果として、キャリア１２０は押し進められて、出力要素３９を回転して駆動し、その結果出力要素３９は最終駆動要素１４およびそれぞれの車輪アセンブリ１６（図１）と駆動係合する。
【００３０】
図７を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｄの変更実施形態が示されている。差動装置アセンブリ１２ｄ’は、とりわけ、電動機２２が第１遊星歯車アセンブリ１８の外側に位置づけられるという点で、差動装置アセンブリ１２ｄと異なる。さらに、電動機２２は、図４に示されるように、マルチ速度ユニット５０ａ、遊星歯車アセンブリ１１４の太陽歯車１１６、および第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２に連結されるというよりむしろ、差動装置アセンブリ１２ｄ’は、駆動要素３０を通して電動機２２とリング歯車３２との間に連結を与える。そしてまたリング歯車３２は、要素１３２を通して遊星歯車アセンブリ１１４の太陽歯車１１６と駆動係合し、太陽歯車１１６は、要素１３４を通してマルチ速度ユニット５０ａと駆動係合する。電動機２２は出力要素３９の周りに同軸に位置づけられることがあるか、または電動機２２はオフセットされて、出力要素３９に平行でオフセットしている回転軸を有することもあると考えられる。
【００３１】
図５を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｅの第５の実施形態が示され、とりわけ、差動装置ロックアセンブリ１１２、および対応する遊星歯車アセンブリ１１４は、第１遊星歯車アセンブリ１８’の外側に位置づけられたという点で、第４実施形態の差動装置アセンブリ１２ｄ（図４）と異なる。さらに、差動装置１２ｅは、多数の遊星歯車セットを含む変更第１遊星歯車１８’を含む。第１遊星歯車アセンブリ１８’は、太陽歯車１３６、内側遊星歯車セット１３８、外側遊星歯車セット１４０、およびリング歯車１４２を含む。第１キャリア１４４が、遊星歯車セット１３８、１４０を回転可能に支持し、連結要素１４１を通して遊星歯車アセンブリ１１４の太陽歯車１１６に連結される。キャリア１４４は電動機２２の駆動要素１４８に連結される。第１遊星歯車アセンブリ１８´のリング歯車１４２は、連結要素１５２を通して、遊星歯車セット１１８を回転可能に支持する遊星歯車キャリア１５０に連結されることがわかる。キャリア３８は、キャリア１５０と共同して、遊星歯車セット１１８を支持し、出力アセンブリ１１（図１）を駆動する出力要素３９と直接係合する。
【００３２】
とりわけ、差動装置アセンブリ１２ｄに対する角速度関係に対応する、上述の式はまた、差動装置アセンブリ１２ｅに対する角速度関係も支配する。例証的実施形態において、ｅ１＝−３、ｅ２＝３、およびｅ３＝２である。
【００３３】
（産業上の利用可能性）
図１を参照して、差動装置アセンブリ１２ａの動作が説明される。電動機２２は第１遊星歯車アセンブリ１８のリング歯車３２を駆動し、そしてまたリング歯車３２は、遊星歯車セット３４およびリアクション要素２４の両方を駆動する。電動機２２によって発生するトルクが、第１遊星歯車アセンブリ１８を通して出力アセンブリ１１に、そして他の遊星歯車アセンブリ２０を通して出力アセンブリ１３に与えられる。常として、両出力アセンブリ１１、１３へのトルクはほぼ同じであり、対応する出力アセンブリの速度に無関係である。
【００３４】
各出力アセンブリ１１、１３はそれぞれの最終駆動要素１４、１５を含む例証的実施形態において、最終駆動装置の減速比は５：１であることがあり、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８、２０は、例えば、ｅ１＝２、およびｅ２＝３のそれぞれのｅ値を含む。電動機２２から車輪アセンブリ１６、１７までの全減速は約１５：１であることがある。従って、例証的差動装置アセンブリが、例えば、１８７５ｒｐｍの電動機速度、および１２５ｒｐｍの関連車輪速度を含むことがある。
【００３５】
図２、３、および６を参照するに、差動装置アセンブリ１２ｂ、１２ｃ、および１２ｂ’は、単一速度または狭い速度範囲というよりむしろある範囲の速度にわたって動作できるように、差動装置アセンブリはマルチ速度ユニット５０ａまたは８３ａを含む。
【００３６】
この例において、出力要素５４が差動装置筐体４６に関して動かないように保持される場合に、マルチ速度ユニット５０ａは速度の最大減速を与える。マルチ速度ユニットが逆歯車を有し、５２の反対方向に、しかしより遅い速度で５４を駆動する場合に、３：１より大きい比が達成され得る。最大減速は、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８、２０の減速比によって与えられ、例えば、ｅ１＝２、およびｅ２＝３であって、３：１であることがある。一般に、第１および第２遊星歯車アセンブリは共同して、かつ組織的に動作して、所望の減速、および出力アセンブリ１１、１３（図１）で測定されるほぼ等しい出力トルクを与える。
【００３７】
図２および６を参照するに、マルチ速度ユニット５０ａが押し進められて、駆動要素５２と出力要素５４との間でトルクを伝える場合に、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０によって与えられる減速の効果が小さくなる。例えば、マルチ速度ユニット５０ａが、電動機の駆動要素５２に出力要素５４を直接駆動させる場合は、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８、２０は、１：１減速、またはリアクション要素２４から出力アセンブリ１１、１３（図１）への「直接駆動」を与えるように動作することがある。
【００３８】
図２Ａおよび２Ｂを参照するに、マルチ速度ユニット５０ｂおよび５０ｃの動作が、それぞれに、２および３速度機能を与える。２速度マルチ速度ユニット５０ｂは、ＬＯ速度の場合、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８、２０の３：１減速を持続させるように動作する。ＨＩ速度時、回転クラッチ６２は、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０に対する１：１減速比のために、駆動要素５２と出力要素５４との間の直接駆動を与える。３速度遊星歯車アセンブリ５０ｃ（図２Ｂ）は、ＨＩとＬＯＷとの間の追加かつ中間の速度が遊星歯車アセンブリ６８の付加によって与えられることを除いて、２速度マルチ速度ユニット５０ｂ（図２Ａ）のそれとほぼ同一である。
【００３９】
図３を参照するに、マルチ速度ユニット５０ａ（図２）と同様に、駆動要素８４が差動装置筐体４６に関して動かないように保持される場合に、マルチ速度ユニット８３ａが速度の最大減速を与える。第１および第２遊星歯車アセンブリ１８、２０に対する比ｅ１およびｅ２がそれぞれに２および３である場合に、１．５の減速が与えられる。対照的に、マルチ速度ユニット８３ａが押し進められて、駆動要素３０と駆動要素８４との間でトルクを伝える場合に、第１および第２遊星歯車アセンブリによって与えられる減速の効果が小さくなる。例えば、マルチ速度ユニット８３ａが、電動機２２の駆動要素３０に駆動要素８４を直接駆動させる場合は、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０は、１：１減速、またはキャリア３８からそれぞれの出力アセンブリ１１および１３（図１）の最終駆動要素１４および１５への「ダイレクトドライブ」を与えるように動作することがある。
【００４０】
図３Ａおよび３Ｂを参照するに、マルチ速度ユニット８３ｂおよび８３ｃが、それぞれに、２および３速度機能を与える。２速度マルチ速度ユニット８３ｂは、ＬО速度の場合、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０によって１．５：１減速を生成するように動作する。ＨＩ速度時、回転クラッチ９８は、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０に対する１：１減速比のために、駆動要素３０と８４との間に直接駆動を与える。３速度遊星歯車アセンブリ８３ｃは、直接駆動速度より大きい追加速度（例えばオーバードライブ）が遊星歯車アセンブリ９９の付加によって与えられることを除いて、２速度マルチ速度ユニット８３ｂのそれとほぼ同一である。
【００４１】
図４および７を参照するに、動作時、差動装置アセンブリ１２ｄ、１２ｄ’は、起動された場合に、共同する第１および第２遊星歯車アセンブリの差動装置機能を増強する差動装置ロックアセンブリ１２６を含む。機械１０（図１）の特定の運転の間に、どちらかの車輪のタイヤ（図示せず）を通してそれに取り付けられたそれぞれの車輪へ概ね伝達されることがある牽引損失が、機械による効率の悪い作業をもたらすことがある。例えば、操作者が荷を積み入れるために土工機械を位置づけ、その後に土、岩などを輸送する場合に、そのような運転が起きることがある。とりわけ、両駆動車輪アセンブリ１６、１７（図１）は、位置づけられた機械姿勢制御を犠牲にしないように、地面と係合することが有利である。
【００４２】
差動装置ロックアセンブリ１１２が、リング歯車１２２の接地を起こすクラッチアセンブリ１２６を筐体４６と係合させることによって起動されることがある。いったんリング歯車１２２が接地されると、第１および第２遊星歯車アセンブリ１８および２０は、それらのそれぞれの出力要素３９、４９をほぼ同じ速度で回転させ、かつそれらの出力要素に対するトルクに関係なくそのように行わせる。換言すれば、第１および第２遊星歯車装置間の差動装置伝達が「オーバーライド」されて、出力要素３９、４９間に同様な回転速度を起こす。このことは、機械が機械速度をほとんどまたは全く示さない場合、一般的に望ましい。従って、差動装置機能はもはや優先事項ではない。その結果、機械が、例えば、５ ＭＰＨのような閾値より下がる場合に、差動装置ロックアセンブリ１１２は起動されることもあると考えられる。この閾速度の上で、差動装置ロックアセンブリ１１２は外されて、出力アセンブリ間の差動作用を再設定することがある。
【００４３】
図５を参照するに、動作時、差動装置アセンブリ１２ｅは、キャリア１４４によって回転可能に支持された内側および外側遊星歯車セット１３８、１４０を含む負遊星歯車アセンブリ（ｅ１）を含む。キャリア１４４は、回転するように押し進められる駆動要素１４８に応答して、電動機２２によって駆動される。
【００４４】
出力アセンブリ１１、１３の滑りを減らすか、または防止することが、差動装置をオーバーライドするために望ましくなる場合に、差動装置ロック１２６が係合されて、遊星歯車アセンブリ１１４のリング歯車１２２の筐体４６との接地を起す。そしてまた、電動機２２はキャリア１４４を駆動し、結果として、太陽歯車１１６、１３６の回転が、対応する出力要素３９および４９それぞれに直接伝達される。その結果として、出力要素３９および４９の速度が、差動装置ロック１２６の係合中と同じである。
【００４５】
種々の変更および変型が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明の差動装置において実施できることが、当業者にとって明白であろう。本発明の他の実施形態が、本明細書の考察およびここに開示される本発明の実施によって、当業者にとって明白であろう。本明細書および実施例はあくまでも例として考慮され、本発明の真の範囲および精神は、特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが目的とされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】差動装置アセンブリの第１の実施形態を含む本発明による機械の第１の実施形態の略線図である。
【図２】マルチ速度ユニットの第１の実施形態を示す本発明による差動装置アセンブリの第２の実施形態の略線図である。
【図２Ａ】２速度選択を含む図２のマルチ速度ユニットの第２の実施形態の略線図である。
【図２Ｂ】３速度選択を含む図２のマルチ速度ユニットの第３の実施形態の略線図である。
【図３】マルチ速度ユニットの第１の実施形態を示す本発明による差動装置アセンブリの第３の実施形態の略線図である。
【図３Ａ】２速度選択を含む図３のマルチ速度ユニットの第２の実施形態の略線図である。
【図３Ｂ】３速度選択を含む図３のマルチ速度ユニットの第３の実施形態の略線図である。
【図４】差動装置ロックアセンブリを示す本発明による差動装置アセンブリの第４の実施形態の略線図である。
【図５】差動装置ロックアセンブリを示す本発明による差動装置アセンブリの第５の実施形態の略線図である。
【図６】図２に示される差動装置アセンブリの変更形の略線図である。
【図７】図４に示される差動装置アセンブリの変更型の略線図である。
【符号の説明】
１０ 機械
１１ 出力アセンブリ
１２ 差動装置アセンブリ
１２ａ 差動装置アセンブリ
１２ｂ 差動装置アセンブリ
１２ｂ’ 差動装置アセンブリ
１２ｃ 差動装置アセンブリ
１２ｄ 差動装置アセンブリ
１２ｄ’ 差動装置アセンブリ
１２ｅ 差動装置アセンブリ
１３ 出力アセンブリ
１４ 最終駆動要素
１５ 最終駆動要素
１６ 車輪アセンブリ
１７ 車輪アセンブリ
１８ 第１遊星歯車アセンブリ
１８’ 第１遊星歯車アセンブリ
２０ 第２遊星歯車アセンブリ
２２ 電動機
２４ リアクション要素
２６ ブレーキアセンブリ
２８ ブレーキアセンブリ
３０ 駆動要素
３２ リング歯車
３４ 遊星歯車セット
３６ 太陽歯車
３８ キャリア
３９ 出力要素
４０ 太陽歯車
４２ 遊星歯車セット
４４ キャリア
４６ 筐体
４８ リング歯車
４９ 出力要素
５０ａ マルチ速度ユニット
５０ｂ マルチ速度ユニット
５０ｃ マルチ速度ユニット
５２ 駆動要素
５４ 出力歯車
５６ 低速度クラッチアセンブリ
５８ 回転要素
６０ 接地要素
６２ 高速度クラッチアセンブリ
６４ 回転要素
６６ 回転要素
６８ 遊星歯車アセンブリ
７０ 太陽歯車
７２ 遊星歯車
７４ キャリア
７６ リング歯車
７８ 中間速度クラッチアセンブリ
８０ 回転要素
８２ 接地要素
８３ａ マルチ速度ユニット
８３ｂ マルチ速度ユニット
８３ｃ マルチ速度ユニット
８４ 駆動要素
８８ 回転要素
８６ 低速度クラッチアセンブリ
９０ 接地要素
９２ 高速度クラッチアセンブリ
９４ 回転要素
９６ 駆動される要素
９８ オーバードライブ速度クラッチアセンブリ
９９ 遊星歯車アセンブリ
１００ 太陽歯車
１０２ 遊星歯車セット
１０６ リング歯車
１０８ 回転要素
１１０ 接地要素
１１２ 差動装置ロックアセンブリ
１１４ 遊星歯車アセンブリ
１１６ 太陽歯車
１１８ 遊星歯車セット
１２０ キャリア
１２２ リング歯車
１２６ 差動装置ロッククラッチアセンブリ
１２８ 回転要素
１３０ 接地要素
１３６ 太陽歯車
１３８ 内側遊星歯車セット
１４０ 外側遊星歯車セット
１４１ 連結要素
１４２ リング歯車
１４４ 第１キャリア
１４８ 駆動要素
１５０ 遊星歯車キャリア
１５２ 連結要素
Claims (3)
- 差動装置アセンブリであって、
電気的に動作する入力装置と、
前記入力装置と駆動係合し、第１出力アセンブリに駆動するように連結される第１遊星歯車アセンブリと、
前記第１遊星歯車アセンブリと駆動係合し、第２出力アセンブリに駆動するように連結される第２遊星歯車アセンブリと、を備え、
前記第１遊星歯車アセンブリは前記第２遊星歯車アセンブリと共同して、ほぼ同じトルクを前記第１および第２出力アセンブリに与え、前記第１および第２遊星歯車アセンブリは、前記入力装置の回転軸とほぼ整合された回転軸を含む差動装置アセンブリ。 - 差動装置アセンブリであって、
電気的に動作する入力装置と、
前記入力装置と駆動係合し、第１出力アセンブリに駆動するように連結される第１遊星歯車アセンブリと、
前記第１遊星歯車アセンブリと駆動係合し、第２出力アセンブリに駆動するように連結される第２遊星歯車アセンブリと、
前記第１および第２出力アセンブリのほぼ同じ回転速度を起すために動作する差動装置ロックアセンブリと、を備え、
前記第１遊星歯車アセンブリは前記第２遊星歯車アセンブリと共同して、ほぼ同じトルクを前記第１および第２出力アセンブリに与え、前記第１および第２遊星歯車アセンブリは、前記入力装置の回転軸とほぼ整合された回転軸を含む差動装置アセンブリ。 - １対の遊星歯車装置の少なくとも１つを駆動するために構成された、リアクション要素および入力源を通して駆動係合される１対の遊星歯車装置を有する差動装置アセンブリを動作させる方法において、
１対の遊星歯車装置の各々は出力アセンブリと駆動関係にある方法であり、
遊星歯車アセンブリの少なくとも１つと係合するように構成された差動装置ロックアセンブリを用意するステップと、
係合される前記差動装置ロックアセンブリに応答して、出力アセンブリをほぼ同じ回転速度で駆動するステップと、を含む方法。
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