JP2009528488A - リニアモーターを備えた電磁式ギヤ切換装置 - Google Patents

Abstract

電子制御ユニット（２２）と、軸（３）の周りを回転可能な形でトランスミッションシャフト（２）上に配置されたギヤ（６，７）とを備えた変速機（１）用電磁式ギヤ切換装置である。変速段を構成するために、ギヤ切換爪（４）を軸（３）に沿って軸方向に動かすことによって、ギヤ（６，７）を回転できない形でトランスミッションシャフト（２）と接続することが可能である。このギヤ切換爪（４）の軸（３）に沿った軸方向の動きが、リニアモーター（１２）によって行われる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念で詳しく規定された形式の車両変速機用電磁式ギヤ切換装置に関する。

従来技術には、スライドスリーブを介して変速段の切換を行う変速機が記載されている。そのようなスライドスリーブは、例えば、スライドピースを有するシフトフォーク及びシフトロッドを備えることができるギヤ切換装置と接続されている。スライドスリーブは、回転できない形でトランスミッションシャフトと接続されるとともに、ギヤ切換装置によって、トランスミッションシャフト上を軸方向にスライドさせることができる。トランスミッションシャフト上には、カウンタシャフト上に固定して取り付けられたギヤと噛み合う、回転可能な形で軸支されたギヤが配置されている。スライドスリーブが、ギヤ切換装置によって、回転可能な形でトランスミッションシャフト上に軸支されたギヤの方向に軸方向にスライドされた場合、クラッチの噛み合いによって、トランスミッションシャフトとカウンタシャフト間の回転トルクを伝える接続が出来上がる。この場合、ギヤ切換装置の操作は、手によって、或いはアクチュエーターによって自動的に行われる。自動化された変速機では、例えば、空気圧又は油圧により駆動可能な作動シリンダ、或いは電気式アクチュエーターによってギヤ切換が行われる。そのようなギヤ切換装置の欠点は、機械的な部品の磨耗の発生及びギヤ切換プロセス時に動かさなければならない大きな重量である。

同様に、従来技術には、トランスミッションシャフトの方からの圧力媒体の供給によって、クラッチとブレーキを操作する変速機が記載されている。特許文献１により、圧力媒体によって一つのクラッチと二つのブレーキを操作する装置が周知である。そのために、リングシリンダ空間には、トランスミッションシャフトを介して圧力媒体が供給されている。圧力を加えること無しに、マルチディスククラッチとして実現されたクラッチを開放するとともに、ブレーキのブレーキディスクが力を受ける部分を形成している。この出力位置は、相応のばね力によって実現されている。シリンダ空間内の圧力上昇によって、プレッシャープレートがスライドし、それによって、一方ではマルチディスククラッチが投入されるとともに、他方ではブレーキが解除される。このようなプレッシャープレートの動きの連鎖は、クラッチとブレーキの同時投入を確実に排除している。

特許文献２により、電磁式に作動される変速機用ギヤ切換装置が周知である。ギヤは、回転可能な形でトランスミッションシャフト上に軸支されており、内歯を有する。ギヤ切換爪は、トランスミッションシャフト上に回転できない形であるが、軸方向にスライド可能な形でトランスミッションシャフトの軸に沿って配置されている。このギヤ切換装置は、ギヤ切換爪を軸方向に動かすための電磁機器を備えている。この電磁機器は、ギヤ切換爪上に直に配置されており、シフトフォークの支援及び介在無しにギヤ切換爪に対して直に作用している。制御装置によって、電磁機器の所に磁場を発生させている。この磁場によって、ギヤ切換爪は、トランスミッションシャフト上を軸方向にスライドされ、それによって、トランスミッションシャフトとカウンタシャフト間の回転トルクを伝える接続が出来上がる。磁場の作用方向は、逆転させることが可能であるので、ギヤ切換爪は、軸に沿って軸方向に対して二つの運動方向に動かすことができる。

これらの従来技術に記載されたギヤ切換装置では、温度が低い場合、ギヤ切換爪の所のオイルの粘性が非常に大きくなるので、温度が低い場合に、大きなギヤ切換力を用いなければならないことが欠点である。更に、これらの周知のギヤ切換装置は、部品の配置、スペースの活用及びギヤ切換部品へのアクセス可能性に関して改善する余地が有る。
ドイツ特許公開第３０１３３８２号明細書 ドイツ特許公開第１０００７８４７号明細書

本発明の課題は、従来技術の欠点を取り除くことである。

本発明の課題は、請求項１の特徴部に記載された特徴をも備えた、当該の形式の電磁式ギヤ切換装置によって解決される。

本発明では、変速機の二つの部品間の回転トルクを伝える接続、特に、トランスミッションシャフトと回転可能な形でトランスミッションシャフト上に軸支されたギヤとの接続を電磁式ギヤ切換装置によって構成している。変速段を構成するために、回転できない形でトランスミッションシャフト上に配置されたギヤ切換爪をトランスミッションシャフトの回転軸に沿って軸方向にスライドさせる。回転可能な形でトランスミッションシャフト上に配置されたギヤは内歯を有し、ギヤ切換爪は外歯を有する。ギヤの内歯とギヤ切換爪の外歯が互いに噛み合った場合、回転トルクを伝える接続が出来上がる。接続すべき変速機部品間の回転数の適合は、場合によっては、変速機用ブレーキと組み合わせて、モーターの同期によって行われる。本発明では、ギヤ切換爪の軸方向の動きは、リニアモーターによって実現される。リニアモーターは、特に、一次部分と二次部分から構成され、交流モーターと同じ動作原理に従い、本来環状に配置されていた電気界磁巻線が、平面内に配置されている。一次部分と二次部分の割り当ては、構造グループの大きさの比率（幾何学的な形状の長さ）に依存する。長い方の構造グループが一次部分と呼ばれ、短い方の構造グループが二次部分と呼ばれる。リニアモーターを駆動するために、例えば、制御ユニットによって、一次部分と二次部分の両方を駆動することができる。リニアモーターでは、一次部分は、（交流モーターでは、ステーターに対応する）位置の固定されたコンポーネントと（交流モーターでは、ローターに対応する）動くコンポーネントの両方とすることができる。それに対応して、同じことが、二次部分にも言える。本発明では、リニアモーターの一次部分は、ギヤ切換爪の中と、中空軸として実現されたトランスミッションシャフトの中との両方に配置することができる。それに対応して、リニアモーターの二次部分もギヤ切換爪又はトランスミッションシャフトの中に配置することができる。制御ユニットがリニアモーターの駆動を行うことによって、長手方向に動く磁場が発生し、それによって、ギヤ切換爪が、トランスミッションシャフトの軸に沿って軸方向に動かされる。磁場の作用方向は逆転させることが可能であるので、ギヤ切換爪を二つの運動方向に動かすことができる。発電機ユニットが、リニアモーター用の電気エネルギーを発生させる。発電機ユニットによって、トランスミッションシャフトの機械的なエネルギー（運動エネルギー）を電気エネルギーに変換している。この場合、トランスミッションシャフト、例えば、メインシャフト又はカウンタシャフトと、トランスミッションハウジングとの間の回転数の差を活用している。発電機ユニットは、機器を介してトランスミッションハウジングと固く接続された磁石、例えば、電気磁石と、磁石の磁場内に有って、回転できない形でトランスミッションシャフトと接続されたコイルとから構成される。トランスミッションシャフトの回転によって、コイルが磁場内で動かされる。それによって、発電機の原理にもとづき、エネルギーユニットに伝達される電圧が発生する。この場合、エネルギーユニットとコイルが同じ速度で回転している場合、誘導電圧のエネルギーユニットへの伝達は、相応の電気配線を介して行うことができる。そうでなければ、エネルギーの伝達は、ワイヤレスで、例えば、誘導式に、或いはワイピング接点を介して実現することができる。エネルギーユニットは、リニアモーターの制御ユニットにエネルギーを供給する役割を果たしており、蓄積ユニットを有する。車両の停止中、即ち、トランスミッションシャフトとトランスミッションハウジング間の回転数の差が起こらない場合のギヤ切換プロセスを保証するために、蓄積ユニットには、例えば、スーパーキャパシタによって、発電機ユニットが発生した電気エネルギーを蓄積している。エネルギーユニットとリニアモーターの制御ユニット間の接続は、エネルギーユニットと制御ユニットが同じ速度で回転している場合には相応の電気配線を介して実現することができ、さもなければワイピング接点又はワイヤレス方式によって実現することができる。リニアモーター用の駆動信号は、更に別の電子制御ユニット（ＥＣＵ）からリニアモーターの制御ユニットに伝達される。この信号伝達は、回転するトランスミッションシャフトを介して、ワイヤレスで、例えば、誘導式又は容量式に行うことができる。誘導式による信号伝達のために、発電機ユニットの磁場を活用する手段が有る。同様に、ＥＣＵとリニアモーターの制御ユニット間の信号伝達をワイピング接点によって実現することが考えられる。ＥＣＵは、同時に、リニアモーターの制御ユニットに対するエネルギー供給部としての役割を果たすことができ、それによって、エネルギーを供給するための発電機ユニットが省略される。リニアモーターの制御ユニットは、トランスミッションシャフトの中又は上に配置することができる。

変速機でのギヤ切換プロセス時に、ギヤ切換爪の位置を検出する。本発明では、ギヤ切換爪の現在位置の検知は、例えば、インダクタンスの変化にもとづき、リニアモーターによってギヤ切換爪に対して直に行われる。温度が低い場合のギヤ切換力を低減するために、リニアモーターが熱源としての役割を果たすように、リニアモーターを駆動することができる。そうすることによって、変速機オイルがギヤ切換装置の領域内で少なくとも局所的に、例えば、動作温度にまで温められ、それによりギヤ切換爪の低温時動作性能が改善される。更に、リニアモーターは、高い動特性を有し、それによって、ギヤ切換爪の素早い操作とそれによる素早いギヤ切換を実現することができる。ギヤ切換爪を操作するためにリニアモーターを使用することは、全ての変速機において、例えば、爪クラッチ式変速機又は同期噛み合い式変速機に適用することが可能である。更に、リニアモーターの異なる実施構成、例えば、同期モーター、非同期モーター、直流モーター又は横方向磁束型モーターとしての実施構成が考えられる。

前述したギヤ切換装置によるギヤ切換爪の操作によって、ギヤ間の操作部品が不要となり、それによって、ギヤを互いにより近くに接する形で配置することができ、そのため部品の配置、スペースの活用及びギヤ切換部品のアクセス可能性に関する周知のギヤ切換装置の欠点を改善することが可能となる。

以下において、複数の実施構成が許容される本発明の基本原理を図面にもとづき例示して詳しく説明する。

図１は、変速機１の断面を図示している。第一のギヤ６と第二のギヤ７は、ベアリング１０と１１によって、軸方向に対して固定されるとともに、回転可能な形でトランスミッションシャフト２上に保持されている。ギヤ６と７は、それぞれ一つの内歯８と９を備えている。ギヤ切換爪４は、トランスミッションシャフト２上に、回転できない形であるが、軸方向にスライド可能な形でトランスミッションシャフト２の軸３に沿って配置されている。リニアモーター１２の一次部分１４は、ギヤ切換爪４の中に配置されており、リニアモーター１２の二次部分１３は、中空軸として実現されたトランスミッションシャフト２の中に配置されている。リニアモーター１２は、トランスミッションシャフト２内に有る制御ユニット１５を備えている。制御ユニット１５は、同様に、トランスミッションシャフト２の外又は上に配置することもできる（ここでは図示されていない）。トランスミッションハウジング２１には、発電機ユニット２０が取り付けられている。発電機ユニット２０は、位置を固定して配置された磁石１９と回転できない形でトランスミッションシャフト２と接続されたコイル１８とから構成される。蓄積ユニット１７を備えた、トランスミッションシャフト２内に配置されたエネルギーユニット１６が、リニアモーター１２の制御ユニット１５にエネルギーを供給する役割を果たしている。エネルギーユニット１６は、トランスミッションシャフト２の外又は上に配置することもできる（ここでは図示されていない）。

ギヤ６とトランスミッションシャフト２とを回転できない形で接続するとともに、それによって得られる変速機１の変速段を構成するために、ギヤ切換爪４が、軸３に沿って図面の面内を左に向かって軸方向に動かされる。それは、リニアモーター１２の好適な駆動によって実行される。制御ユニット１５は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２を介して、リニアモーター１２が長手方向に動く磁場を発生させ、それによってギヤ切換爪４を軸方向に対してギヤ６の方に動かすための所定の駆動信号を受け取る。ギヤ切換爪４の外歯５は、ギヤ切換爪４とギヤ６の回転数が同期している場合、ギヤ６の内歯８と噛み合う。それによって、ギヤ６は、回転できない形でトランスミッションシャフト２と接続される。この回転できない形の接続を解除するには、ギヤ切換爪４が図面の面内を右に動いて、それによりギヤ切換爪４の歯５がギヤ６の歯８から外れるように、リニアモーター１２を駆動する。ギヤ切換爪４が、両方のギヤ６と７の間の中間位置に置きたい場合、それは、リニアモーター１２を相応に駆動することによって実行することができる。中間位置からのギヤ切換によるギヤ７とトランスミッションシャフト２との接続は、前記と逆の手法で実行される。その場合、ギヤ切換爪４を軸方向に対してギヤ７の方向に動かすための、トランスミッションシャフト２に対して長手方向に動く磁場が発生するように、リニアモーター１２を駆動する。

図２は、リニアモーター１２を備えた電磁式ギヤ切換装置の第二の実施例を図示している。この実施構成の図１の実施構成との相違点は、リニアモーター１２の一次部分１４がトランスミッションシャフト２の中に有り、リニアモーター１２の二次部分１３がギヤ切換爪４の中に配置されていることである。この図面の更なる説明は、図１の説明と同じである。

リニアモーターを備えた電磁式ギヤ切換装置の第一の実施例の図 リニアモーターを備えた電磁式ギヤ切換装置の第二の実施例の図

符号の説明

１ 変速機
２ トランスミッションシャフト
３ 軸
４ ギヤ切換爪
５ 外歯
６ ギヤ
７ ギヤ
８ 内歯
９ 内歯
１０ ベアリング
１１ ベアリング
１２ リニアモーター
１３ 二次部分
１４ 一次部分
１５ 制御ユニット
１６ エネルギーユニット
１７ 蓄積ユニット
１８ コイル
１９ 磁石
２０ 発電機ユニット
２１ トランスミッションハウジング
２２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (17)

1. 電子制御ユニット（２２）と、軸（３）の周りを回転可能な形でトランスミッションシャフト（２）上に配置されたギヤ（６，７）とを備えた変速機（１）用電磁式ギヤ切換装置であって、変速段を構成するために、ギヤ切換爪（４）を軸（３）に沿って軸方向に動かすことによって、これらのギヤを回転できない形でトランスミッションシャフト（２）と接続することが可能である電磁式ギヤ切換装置において、
   当該のギヤ切換爪（４）の軸（３）に沿った軸方向の動きが、一次部分（１４）、二次部分（１３）及び制御ユニット（１５）を備えたリニアモーター（１２）によって行われることを特徴とする電磁式ギヤ切換装置。
2. リニアモーター（１２）の一次部分（１４）がギヤ切換爪（４）の中に配置されており、リニアモーター（１２）の二次部分（１３）がトランスミッションシャフト（２）の中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁式ギヤ切換装置。
3. リニアモーター（１２）の一次部分（１４）がトランスミッションシャフト（２）の中に配置されており、リニアモーター（１２）の二次部分（１３）がギヤ切換爪（４）の中に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のギヤ切換装置。
4. リニアモーター（１２）が、同時に、ギヤ切換爪（４）の位置センサーとしての役割を果たすことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のギヤ切換装置。
5. 磁石（１９）とコイル（１８）とを備えた、トランスミッションシャフト（２）の機械的なエネルギーを電気エネルギーに変換する発電機ユニット（２０）が、リニアモーター（１２）の制御ユニット（１５）のための電気エネルギーを発生させることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載のギヤ切換装置。
6. 当該の電気エネルギーが、蓄積ユニット（１７）を備えたエネルギーユニット（１６）に伝達されることを特徴とする請求項５に記載のギヤ切換装置。
7. リニアモーター（１２）用の駆動信号が、電子制御ユニット（２２）からリニアモーター（１２）の制御ユニット（１５）にワイヤレスで、例えば、誘導式又は容量式に伝達されることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載のギヤ切換装置。
8. リニアモーター（１２）用の駆動信号が、電子制御ユニット（２２）からリニアモーター（１２）の制御ユニット（１５）にワイピング接点によって伝達されることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載のギヤ切換装置。
9. 制御ユニット（１５）とエネルギーユニット（１６）が、トランスミッションシャフト（２）の中に配置されていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載のギヤ切換装置。
10. リニアモーター（１２）が、このギヤ切換装置を少なくとも局所的に温めるための熱源としての役割を果たすことを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載のギヤギヤ切換装置。
11. 電子制御ユニット（２２）を備えた変速機（１）用電磁式ギヤ切換装置の駆動方法において、
    トランスミッションシャフト（２）の機械的なエネルギーを電気エネルギーに変換する発電機ユニット（２０）が、リニアモーター（１２）の制御ユニット（１５）のための電気エネルギーを発生させることを特徴とする方法。
12. 当該の電気エネルギーが、蓄積ユニット（１７）を備えたエネルギーユニット（１６）に伝達されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 当該の電気エネルギーが、エネルギーユニット（１６）からリニアモーター（１２）の制御ユニット（１５）にワイヤレスで伝達されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の方法。
14. リニアモーター（１２）用の駆動信号が、電子制御ユニット（２２）からリニアモーター（１２）の制御ユニット（１５）にワイヤレスで伝達されることを特徴とする請求項１１から１３までのいずれか一つに記載の方法。
15. 変速機（１）において、変速段を切り換えるためにリニアモーター（１２）を使用する使用方法。
16. リニアモーター（１２）が、同時に、ギヤ切換爪（４）の位置センサーとしての役割を果たすことを特徴とする請求項１５に記載の使用方法。
17. リニアモーター（１２）が、ギヤ切換装置を少なくとも局所的に温めるための熱源としての役割を果たすことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の使用方法。

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