JP2009539044A - １つの駆動軸から２つの出力軸に駆動トルクを導くための変速機装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、駆動トルクが、１つの駆動軸（２）から２つの出力軸（３、５）に、ディファレンシャル装置（１５）と出力軸（３、５）への駆動トルクの分配率を調整する無段階調整装置（１４）とを介して導かれる変速機装置、とりわけ後車軸（リヤアクスル）変速機装置、に関する。無段階調整装置（１４）は、少なくとも１台の電動機（３７）によって作動され得る。ディファレンシャル装置（１５）は、ディファレンシャルギヤ（１７）と、駆動軸（２）に作用接続されたディファレンシャルケース（１９）と、を有している。駆動トルクの分配率の無段階調整装置（１４）は、変速段（３９）として、少なくとも１個の遊星歯車装置を有している。当該遊星歯車装置は、ディファレンシャルケース（１９）と、関連する出力軸（３乃至５）と、に作用接続されており、ブレーキ装置（５１）を有している。本発明によれば、ブレーキ装置（５１）が、遊星歯車軸線（Ｚ）の方向において横方向にずれて、変速段（３９）の遊星歯車（６９、７１）のそばにあり、且つ、出力軸（３、５）の長手軸線（Ｘ）の周りで、少なくともほぼ遊星歯車（６９、７１）の半径方向の広がり領域の内部にある。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念部分に従う、１つの駆動軸から２つの出力軸へと駆動トルクを導くための変速機装置に関する。

かかる変速機装置は、例えばＦＲ２８６４１９０から知られている。そこには、エンジンで発生される駆動トルクを、ディファレンシャル装置によって、出力軸に接続された２つの（両側の）車輪に分配するという、非対称形の動力分配装置が記載されている。当該ディファレンシャル装置のディファレンシャルギヤが、駆動トルクを両出力軸に一様に分配する。

例えばカーブ走行に基づいて必要とされる別のトルク分配を達成するために、両出力軸にそれぞれ、いわゆるトルクベクトリングシステム（Torque-Vectoring-Einheit）が付設される。トルクベクトリングシステムは、遊星歯車装置を有しており、ディファレンシャル装置のディファレンシャルケースとそれぞれの出力軸との間に配置されている。当該トルクベクトリングシステムによって、各出力軸に作用する駆動トルクが調整され得る。このために、遊星歯車装置のリブ（Steg）（遊星歯車キャリヤ）が、いわゆるトルク・ベクトリング・モーメントを発生するために、ブレーキによって、変速機装置ハウジングに対して（押し付け支持されて）制動される。これによって、変速機装置ハウジングで支持されるトルク・ベクトリング・モーメントが、遊星歯車装置の遊星歯車と太陽歯車とにより実現される変速段によって、それぞれの車輪に導かれる。

各出力軸およびディファレンシャルケースは、遊星歯車装置の太陽歯車に固く結合されている。当該太陽歯車は、遊星部（Planeten）に配置された遊星歯車と協働する。さらに、遊星歯車装置の遊星歯車キャリヤは、遊星部に回転可能に結合されている。遊星歯車キャリヤの軸受は、遊星歯車装置の変速機中心とは反対の側の領域に存在している。遊星歯車装置の遊星歯車キャリヤに配置されたブレーキは、出力軸の長手軸線に関して、遊星部の軸線の半径方向外側に配置されている。

上述のように配置されるブレーキ装置を有するＦＲ２８６４１９０で知られた変速機装置では、不利なことに、ブレーキが非常に大きな構造空間を占め、これにより、高い材料コストと製造コストとが生ずる。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の変速機装置であって、駆動車輪への駆動トルクの分配率の調整のための装置を作動するためのブレーキ装置が、確実な機能性を保証しつつ、小形構造で安価に製造可能である、というような変速機装置を提示することである。

本発明によれば、前記課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載された特徴を有する、駆動トルクを２つの出力軸に導くための変速機装置、によって解決される。

本発明に従って、ディファレンシャル装置と、少なくとも１台の電動機によって作動可能な出力軸への駆動トルクの分配率を調整する無段階調整装置と、を介して、１つの駆動軸から２つの出力軸に駆動トルクを導くための変速機装置、とりわけ後車軸（リヤアクスル）変速機装置、が考慮される。ここで、ディファレンシャル装置は、ディファレンシャルギヤと、駆動軸に作用接続されたディファレンシャルケースと、を有しており、駆動トルクの分配率を調整する無段階調整装置は、変速段として、少なくとも１個の遊星歯車装置を有しており、当該遊星歯車装置は、ディファレンシャルケースと、関連する出力軸と、に作用接続されており、且つ、ブレーキ装置を有している。そして、本発明によれば、当該ブレーキ装置が、遊星歯車軸線の方向において横方向にずれて、変速段の遊星歯車のそばに、少なくともほぼ遊星歯車の半径方向の広がり領域の内部で、出力軸の長手軸線の周りに、配置されている。

本発明に従って構成される変速機装置では、ブレーキ装置及び特にそのアクチュエータが、有利なことに、遊星歯車のそばで横に且つ半径方向に出力軸の長手軸線近くに位置付けられることにより、非常に小形に形成できる。これによって、構造空間が節約でき、製造コストも低減できる。ブレーキ装置の構造空間の低減によって、変速機装置全体が小形化できる、ないしは、他の構成要素に対する構造空間が用意できる。

各用途（応用）に応じて、ブレーキ装置が、出力軸の長手軸線に対して垂直に延びる変速機中心軸線に関して、変速機中心に向いた側の領域で、あるいは、変速機中心とは反対側の領域で、遊星歯車のそばに配置されている、ということが目的に適う。

好適には、ブレーキ装置は、例えばマルチディスク（多板）切換要素のような切換要素と、当該切換要素の軸方向変位装置と、によって構成されている。

変速機装置に課せられた構造空間技術に関する要件に応じて、当該切換要素は、遊星歯車装置の変速機中心を向いた側でも変速機中心とは反対の側でも、遊星歯車軸線の方向において、軸方向変位装置と遊星歯車装置との間に配置され得る。さらに、軸方向変位装置も、遊星歯車装置の変速機中心を向いた側でも変速機中心とは反対の側でも、遊星歯車軸線の方向において、切換要素と遊星歯車装置との間に配置され得る。

本発明に従う変速機装置の有利な実施の形態においては、ブレーキ装置の切換要素は、マルチディスクブレーキとして形成されている。この場合、より小さなサイズでプレーキ装置を実現することは、ブレーキディスクのより小さな直径に影響（帰結）する。ブレーキ装置を本発明に従って位置付けることにより、マルチディスクブレーキの非作動時（ブレーキ解除時）には、ほんの僅かな牽引損失しか生じない。なぜなら、ブレーキディスクがほぼ車輪回転数で回転して、高速回転時の摩擦速度が比較的小さいからである。

マルチディスクブレーキは、少なくとも１台の電動機で作動可能な軸方向変位装置によって、電動機の駆動軸が軸方向変位装置の回転円板（Schwenkrad）と相互作用するように、作動可能であり得る。この場合、前記回転円板は、転動体、特には球として形成される、によって、軸方向変位装置のハウジング固定の加圧円板（Kugelrampenscheibe）と相互作用し、前記転動体は、前記回転円板の深さが変化している溝と、対応して配置された前記加圧円板の溝と、の中に存在している。

電動機の駆動軸は、少なくとも１個の単段の平歯車段によって、軸方向変位装置の回転円板と相互作用する。これにより、切換要素を作動するための非常に単純な機構が実現され得る。

マルチディスクブレーキの軸方向変位装置に関して、ブレーキ装置が本発明に基づいて位置付けられると、有利なことに、アクチュエータの製造技術の選択の際に大きな自由度が存在し、それに応じて製造コストが減少され得る。アクチュエータとして加圧円板（Kugelrampenscheibe）を利用する場合、当該加圧円板の加圧軸線は、有利なことに、ブレーキディスクの直径の領域内にある。

本発明の更なる利点および更なる有利な実施の形態が、特許請求の範囲から、及び、図面を参照して原理的に説明される実施例から、明らかにされる。

図１は、変速段として形成された遊星歯車装置を備えた、自動車の後車軸（リヤアクスル）変速機装置の部分概略断面図である。ここで、遊星歯車装置は、切換要素と当該切換要素を作動させる軸方向変位装置とで形成されたブレーキ装置により構成されている。

図２は、ブレーキ装置の配置が異なっている、図１における後車軸変速機装置の部分概略断面図である。

図１には、変速機装置１の一部分が示されている。当該変速機装置１は、概略的にのみ図示された駆動機械（エンジン）ないし内燃機関１０で発生されて駆動軸２を介して伝達される駆動トルクを、第１出力軸３と、当該第１出力軸３に対して同軸且つ駆動軸２に関して対称に配置された第２出力軸５と、に分配するようになっている。

変速機装置１は、自動車に組み込むために設計され、図示された形態では後車軸変速機装置として形成されている。もっとも、本質的に類似に構成される変速機装置が、前車軸変速機装置として利用される、ということも考えられる。同様に、当該変速機装置を、例えば全輪（４輪）駆動の自動車において、前車軸変速機装置としても後車軸変速機装置としても組み込む、ということも考えられる。

出力軸３乃至５は、共通の長手軸線Ｘ周りに回転可能に支持されており、それらの自由端でそれぞれ不図示の車輪と結合されている。後車軸変速機装置１の組付状態において、出力軸３に関する車輪は、車両正面方向に見て左の変速機側７に存在し、出力軸５に関する車輪は、右の変速機側９に存在する。

後車軸変速機装置１は、変速機装置ハウジング１１を有しており、変速機装置ハウジング１１は、本質的に駆動軸２を包囲する変速機装置前方ハウジング部１２と、左の変速機側７に付設され第１出力軸３がそこから横方向に突出する変速機装置側方ハウジング部１３と、右の変速機側９に付設され第２出力軸５がそこから横方向に突出する変速機装置側方ハウジング部（図示せず）と、により形成されている。

後車軸変速機装置１は、駆動軸２から伝達される駆動トルクを、両出力軸３、５に分配するが、その際に、両出力軸３、５への不等なトルク分配をももたらすことができ、これにより、走行特性が積極的に向上され得る。この際、駆動トルクは、駆動軸２からディファレンシャル装置１５に導かれる。ディファレンシャル装置１５は、ディファレンシャルギヤ１７とディファレンシャルケース１９とで形成され、出力軸３、５への駆動トルクの調整装置１４に結合されている。

駆動軸２とディファレンシャルケース１９との間の作用結合のために、駆動軸２に固く結合された駆動ピニオン２１が、ディファレンシャルケース１９に固く結合されたクラウンギヤ２３にかみ合っている。この場合、ディファレンシャルケース１９は、長手軸線Ｘ周りに回転可能に軸支されて、変速機装置ハウジング１１に支持されている。

ディファレンシャルギヤ１７は、それ自体公知の構造様式で、それぞれの出力軸３、５に結合された２つの出力側ベベルギヤ（サイドギヤ）２５、２７と、当該両ベベルギヤ２５、２７に噛み合う駆動側ベベルギヤ（ディファレンシャルピニオン）２９、３１と、によって形成されている。駆動側ベベルギヤ（ディファレンシャルピニオン）２９、３１は、軸棒３３上に回転可能に配置されている。当該軸棒３３は、ディファレンシャルケース１９内で、長手軸線Ｘ周りの回転に関して、固定されている。

図１は、駆動側ベベルギヤ２９、３１、及び、当該駆動側ベベルギヤにそれぞれ噛み合って協働する出力側ベベルギヤ２５、２７、の実施例を示している。各々の用途に応じて、当業者はその変形例を選択することができる。

内燃機関（エンジン）１０から駆動トルクが駆動軸２を介して伝達される際、当該駆動トルクは、駆動ピニオン２１を介して、クラウンギヤ２３と当該クラウンギヤ２３に固く結合されたディファレンシャルケース１９とに伝達される。当該駆動トルクは、ディファレンシャルケース１９に結合されたディファレンシャルギヤ１７の軸棒３３によって、ディファレンシャルギヤ１７の駆動側ベベルギヤ２９、３１に伝達される。当該駆動側ベベルギヤ２９、３１は、駆動トルクを、さらに出力側ベベルギヤ２５、２７に導き、これによって出力軸３、５を駆動する。

両出力軸３、５間に回転数差が存在しない時、駆動側ベベルギヤ２９、３１は、軸棒３３と共に、単に長手軸線Ｘ周りに回転する。例えばカーブ走行時に両側車輪が異なった速度で回転できるように、組立状態において、一方の出力軸は、他方の出力軸よりも速く回転する。この時、回転数差を調整するように、駆動側ベベルギヤ２９、３１が軸棒３３周りに回転する一方、軸棒３３が、更に、長手軸線Ｘ周りの回転によって、両出力軸３、５に駆動トルクを伝達する。

後車軸変速機装置１によって、両出力軸３、５の異なる回転数を調整することの他に、両出力軸３、５への異なるトルク分配が達成され得る。このために、出力軸３、５への駆動トルクの調整（分配率調整）装置１４が設けられている。この駆動トルクの調整装置１４は、変速機装置中心軸Ｙに対して対称に配置された同一構造の２個のトルクベクトリング装置（Torque-Vectoring-Einheit）を有している。当該２個のトルクベクトリング装置のうち、図１には、左の変速機側７に設けられたトルクベクトリング装置３５だけ示されている。以下、当該トルクベクトリング装置３５について説明される。

トルクベクトリング装置は、変速機装置ハウジング１１内に配置されており、ここでは、それぞれ付設された切換可能な電動機（電動モータ）３７によって無段階に調整されて作動される。

図示されたトルクベクトリング装置３５において理解できるように、当該トルクベクトリング装置３５は、変速段３９として形成された遊星歯車装置と、電動機３７によって作動可能なブレーキ装置５１と、を有している。当該変速段３９は、２個の太陽歯車６１、６３で形成されている。そのうちの第１太陽歯車６１は、ディファレンシャルケース１９に固く結合されており、そのうちの第２太陽歯車６３は、出力軸３に固く結合されている。これらの両太陽歯車６１、６３は、ここでは３個の回転可能に遊星歯車キャリヤ６５上に軸支された遊星歯車と協働する。これらの遊星歯車のうち、２個の遊星歯車６９、７１が明示されている。それら遊星歯車は、連続する（標準の）歯７３を有している。

ブレーキ装置５１は、マルチディスクブレーキ７７として形成された切換要素と、当該切換要素と協働する軸方向変位装置８７と、によって形成されている。その伝達特性に関して無段階に調整可能なマルチディスクブレーキ７７は、遊星歯車キャリヤ６５上に配置された内側ディスク７５を有している。この内側ディスク７５は、変速機装置ハウジング１１内に固定された外側ディスク７９と、当該外側ディスク７９の軸方向移動可能性によって、それら内外のディスク７５、７９が摩擦接触可能あるいは摩擦接触解除可能である、というように協働する。

電動機３７は、回転円板（Schwenkrad）８９と加圧円板（Kugelrampenscheibe）９１とによって形成された軸方向変位装置８７を、ここでは電動機の駆動軸８３で駆動され変速機ハウジングに軸支された中間歯車８５を介して、作動する。当該中間歯車８５は、その一方側において、電動機３７の駆動軸８３と噛み合っており、その他方側において、軸方向変位装置８７の回転円板８９と噛み合っている。

中間歯車８５は、電動機３７と回転円板８９との間の伝達比を調整するために用いられ、且つ、長手軸線Ｘから電動機３７までの距離を橋渡しするために用いられている。当該伝達比は、電動機３７の歯車歯数と回転円板８９の歯車歯数とによって決定される。また、長手軸線Ｘから電動機３７までの距離は、特には中間歯車８５の直径によって橋渡しされる。
当業者においては、電動機と長手軸線との間の距離を橋渡しするために、当該実施の形態で中間歯車として形成された単段の平歯車段の代わりに、特には構造空間の条件に応じて、２段あるいは多段の平歯車段を採用することもできる。

変速機装置ハウジング１１内に回転しないように軸方向には変位可能に支持された加圧円板９１は、その径方向についての分布において少なくとも３本の、深さが変化している条溝９３を有している。加圧円板９１の当該条溝９３に対応するように、同様に深さが変化している回転円板８９の条溝９５の中に、球９７として形成された少なくとも３個の転動体が存在している。当該転動体９７を介して、電動機３７により引き起こされる回転円板８９の回転時に、加圧円板９１の軸方向運動が生じる。これによって、Ｘ軸方向における軸方向運動時に、ハウジング固定の外側ディスク７９が、軸方向変位装置８７の空隙克服後、ブレーキ装置５１の内側ディスク７５と摩擦結合（摩擦接触）する。

マルチディスクブレーキ７７の解除状態においては、変速段３９は、トルクを伝達することなく、長手軸線Ｘ周りに回転する。電動機３７を介してマルチディスクブレーキ７７における摩擦結合が起動される時、それぞれの出力軸３、５に作用するトルク・ベクトリング・モーメントが、前記駆動トルクから発生される。これは、遊星歯車キャリヤ６５をブレーキ装置５１によって変速機装置ハウジング１１に固定支持することによって生じる。これによって、駆動軸２からディファレンシャルケース１９を介して、そして更にそこから遊星歯車キャリヤ６５によって第１太陽歯車６１からそれぞれの出力軸３ないし５に結合された第２太陽歯車６３へと、トルク伝達が行われる。このトルク伝達によって、左側の出力軸３と右側の出力軸５への異なったトルク分配が達成され得る。

図１に示された変速機装置１の場合、ブレーキ装置５１は、変速段３９の変速機装置中心８とは反対の領域に配置されており、当該ブレーキ装置５１は、長手軸線Ｘから遊星歯車軸線Ｚとほぼ同じ距離を有しており、これにより、有利に小形の構造を有している。

マルチディスクブレーキ７７は、ここでは、遊星歯車軸線Ｚの方向において、電動機３７で作動可能な軸方向変位装置８７と変速段３９との間に配置されており、これによって、軸方向変位装置８７の回転円板８９が容易に作動できる。

図２は、変速段３９’に対してブレーキ装置５１’が異なって配置された変速機装置１を示している。この場合、当該ブレーキ装置５１’は、変速段３９’の変速機装置中心８について同じ側の領域に配置されている。マルチディスクブレーキ７７’は、図１に示された実施の形態に対応するように、遊星歯車軸線Ｚの方向において、軸方向変位装置８７’と変速段３９’との間に配置されている。

当業者においては、軸方向変位装置を、変速段と変速機装置の中心について同じ側の領域でも反対の側の領域でも、マルチディスクブレーキと変速段との間に配置することもできる。これによって、特別な構造空間的条件を満たすことができる。

変速段として形成された遊星歯車装置を備えた、自動車の後車軸（リヤアクスル）変速機装置の部分概略断面図。ここで、遊星歯車装置は、切換要素と当該切換要素を作動させる軸方向変位装置とで形成されたブレーキ装置により構成されている。 ブレーキ装置の配置が異なっている、図１における後車軸変速機装置の部分概略断面図。

Claims (10)

1. ディファレンシャル装置（１５）と、少なくとも１台の電動機（３７）によって作動可能な出力軸（３、５）への駆動トルクの分配率を調整する無段階調整装置（１４）と、を介して、１つの駆動軸（２）から２つの出力軸（３、５）に駆動トルクを導くための変速機装置、とりわけ後車軸（リヤアクスル）変速機装置、であって、
   ディファレンシャル装置（１５）は、ディファレンシャルギヤ（１７）と、駆動軸（２）に作用接続されたディファレンシャルケース（１９）と、を有しており、
   駆動トルクの分配率を調整する無段階調整装置（１４）は、変速段（３９、３９’）として、少なくとも１個の遊星歯車装置を有しており、
   前記遊星歯車装置は、ディファレンシャルケース（１９）と、関連する出力軸（３乃至５）と、に作用接続されており、且つ、ブレーキ装置（５１、５１’）を有しており、
   前記ブレーキ装置（５１、５１’）は、遊星歯車軸線（Ｚ）の方向において横方向にずれて、変速段（３９、３９’）の遊星歯車（６９、７１）のそばに、少なくともほぼ遊星歯車（６９、７１）の半径方向の広がり領域の内部で、出力軸（３、５）の長手軸線（Ｘ）の周りに、配置されている
   ことを特徴とする変速機装置。
2. ブレーキ装置（５１’）は、出力軸（３、５）の長手軸線（Ｘ）に対して垂直に延びる変速機中心軸線（Ｙ）に関して、変速機中心（８）に向いた側の領域で、遊星歯車（６９、７１）のそばに配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の変速機装置。
3. ブレーキ装置（５１）は、変速機中心軸線（Ｙ）に関して、変速機中心（８）とは反対側の領域で、遊星歯車（６９、７１）のそばに配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の変速機装置。
4. ブレーキ装置は、切換要素と、当該切換要素の軸方向変位装置と、によって構成されており、
   前記軸方向変位装置は、遊星歯車軸線の方向において、遊星歯車と前記切換要素との間に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の変速機装置。
5. ブレーキ装置（５１、５１’）は、切換要素（７７、７７’）と、前記切換要素（７７、７７’）の軸方向変位装置（８７、８７’）と、によって構成されており、
   前記切換要素は、遊星歯車軸線（Ｚ）の方向において、遊星歯車（６９、７１）と前記軸方向変位装置（８７、８７’）との間に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の変速機装置。
6. 駆動トルクの分配率を調整する無段階調整装置（１４）は、変速機中心軸線（Ｙ）に関して少なくともほぼ対称に配置された２つのトルクベクトリング装置（３５）で構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の変速機装置。
7. 少なくとも１つの変速段（３９、３９’）は、それぞれのトルクベクトリング装置（３５）の、非回転式の（nichtdrehenden）、動力伝達性能に関して無段階調整可能な、特には摩擦式の、切換要素（７７、７７’）に結合可能であり、
   それぞれの切換要素（７７、７７’）の動力伝達性能は、少なくとも１台の電動機（３７）を介して調整可能である
   ことを特徴とする請求項６に記載の変速機装置。
8. ブレーキ装置（５１、５１’）の切換要素は、マルチディスクブレーキ（７７、７７’）として形成され、
   前記マルチディスクブレーキ（７７、７７’）は、少なくとも１台の電動機（３７）で作動可能なブレーキ装置（５１、５１’）の軸方向変位装置（８７、８７’）によって作動可能である
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の変速機装置。
9. 電動機（３７）の駆動軸（８３）は、軸方向変位装置（８７、８７’）の回転円板（８９）と相互作用し、
   前記回転円板（８９）は、転動体、特には球（９７）として形成される、によって、軸方向変位装置（８７、８７’）のハウジング固定の加圧円板（Kugelrampenscheibe）（９１）と相互作用し、
   前記転動体は、前記回転円板（８９）の深さが変化している溝（９５）と、対応して配置された前記加圧円板の溝（９３）と、の中に存在している
   ことを特徴とする請求項８に記載の変速機装置。
10. 電動機（３７）の駆動軸（８３）は、少なくとも１個の単段の平歯車段（８５）によって前記回転円板（８９）と相互作用する
    ことを特徴とする請求項９に記載の変速機装置。

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