JP2014533818A - リミテッド・スリップ遊星ギア伝導装置 - Google Patents

Abstract

リミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置は、入力部材と、入力部材に同軸的な出力部材と、入力部材と出力部材の間に連結された遊星ギア機構と、出力部材のトルクを制御するために遊星ギア機構に連結されたブレーキ部材とを備える。

Description

本発明はリミテッド・スリップ遊星ギア伝導装置に関し、特に、遊星ギア伝導装置の出力トルクを制御するために遊星ギア機構の回転部分に係合するブレーキ部材を有するリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置に関する。

本発明は遊星ギア機構に関する。遊星ギア機構は典型的に、太陽ギアとキャリアとピニオンとリングギアを備える単一の組立て体である。遊星ギア機構のサブアセンブリは、自動車の伝導装置等のより大きい装置に組み込まれる。遊星ギア機構が組み込まれるより大きい装置の出力パワーあるいはトルクは、通常制御可能である。ある応用技術では、１以上の太陽ギアあるいはキャリア等の遊星ギア機構要素のトルクを制御することによって、遊星ギア機構のトルク出力を適切に制御することが望ましい。

この技術の代表は米国特許第5,106,351号明細書であり、これは、前方高低駆動レンジギア機構と後方二重遊星インターアクスルデファレンシャルギア機構によって同軸的に囲まれた第１出力を規定する中心軸を有する四輪駆動車のトランスファーケースを開示する。レンジクラッチのカラーが、四輪駆動の低速レンジ、ニュートラル、およびフルタイム四輪駆動の高速レンジを選択的に与えるためにギア機構の間に配置される。また、モードスリーブが、車両が四輪駆動の低速レンジに切り替えられるときにデファレンシャルギア機構を選択的にロックするためにギア機構の間に配置される。インナーおよびアウター相対回転ドラムハウジングが、それらの間に環状粘性流体カップリングを形成するために後方二重遊星デファレンシャルギア機構を取り囲む。インナードラムは、第１出力軸とともに回転するために二重遊星ギア機構の一部に噛合する内部環状ギア歯を形成され、アウタードラムは、フルタイム四輪駆動の差動に第１および第２出力の間の制限されたスリップを与えるために第１出力に連結される。

必要とされるものは、遊星ギア伝導装置の出力トルクを制御するために遊星ギア機構の回転部分に係合するブレーキ部材を有するリミテッド・スリップ遊星ギア伝導装置である。本発明はこの必要性に合致する。

本発明の主な特徴は、遊星ギア伝導装置の出力トルクを制御するために遊星ギア機構の回転部分に係合するブレーキ部材を有するリミテッド・スリップ遊星ギア伝導装置を提供する。

本発明の他の特徴は、本発明の次の説明と添付された図面により明らかにされる。

本発明は、入力部材と、出力部材と、入力部材と出力部材の間に連結され、太陽ギアを有する遊星ギア機構と、太陽ギアに直接連結され、太陽ギアの速度を制御することによって遊星ギア機構の出力トルクを制御するブレーキ部材とを備えるリミテッド・スリップ遊星ギア伝導装置である。

この明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
好ましい実施形態の断面図である。 図１の実施形態の分解図である。 他の実施形態の断面図である。 図３の実施形態の分解図である。

図１は本発明の伝導装置の断面図である。キャリア２０は軸Ａ−Ａの周りに回転する。キャリア２０は回転軸（図示せず）に圧入されてもよい。

複数のピニオンギア９０がキャリア２０に軸支される。各ピニオンギア９０はリングギア３０と太陽ギア１０に噛合する。太陽ギア１１はさらに、軸Ａ−Ａに関してキャリア２０に同軸的である軸を備える。この実施形態において太陽ギア１０は太陽ギア部材１１を介してブレーキ４０に摩擦係合する。

リングギア３０は軸受８１を介して太陽ギア部材１１上を回動する。リングギア３０は軸受８０を介してキャリア２０上を回動する。この実施形態においてパワー出力はリングギア３０を通り、またパワー入力はキャリア２０を通る。

ブレーキ４０はハウジング５０と、差込みプレート６０、７０とを備える。プレート６０は、クラッチおよびブレーキの分野において知られている摩擦材料を備える。プレート７０は、クラッチおよびブレーキの分野において知られている摩擦材料を備える。プレート６０はハウジング５０に取付けられる。プレート７０は太陽ギア部材１１に取付けられる。ピストン４１はプレート６０を付勢して、プレート７０に対して摩擦係合させる。プレート６０とプレート７０の間の摩擦係合は太陽ギア部材１１に対してドラッグトルクを付与し、これにより太陽ギア１０の回転を遅くし、これはひいては本装置の出力トルクを減少させる。ブレーキ４０はまた、コーン型あるいはバンドブレーキのような、この分野において公知である他の構成を備えてもよい。他の実施形態において、ピストン４１はさらに、制御システム（図示せず）に接続された空気圧あるいは流体シリンダを備えてもよい。

図１において、本装置は遊星ギア機構として構成され、太陽ギア１０は被作用ギアであり、キャリア２０はリング３０における出力速度の増加を生じさせる入力である。他の実施形態において、リング３０は出力キャリア２０において速度減少をもたらす入力となりうる。太陽ギア１０は速度比を生じするために固定維持されてもよいが、出力速度を変化させるためにスリップしてもよく、各速度はブレーキ４０を用いて選択される。

作用を説明するために、伝導装置は、リング３０が出力で、キャリア２０が入力である、速度増加装置として使用されると仮定する。太陽ギア１０がブレーキ４０によって回転しないように保持されるときの伝導比は：

ここで、
Ｓは太陽ギア１０の歯数
Ｒはリング３０の歯数
である。

この例において、太陽ギア１０は１２歯であり、リング３０は６０歯であり、伝導比は０．８３：１である。キャリア２０が１２Ｎｍのトルクで、１０００ＲＰＭで回転しており、また太陽ギア１０がブレーキ４０の作用により回転していないとすると、リング３０は１０Ｎｍのトルクで１２００ＲＰＭで回転する。ブレーキ４０を、リング３０において１２００ＲＰＭよりも低い速度となるようにスリップさせることが可能である。リング３０の所望の速度が１１００ＲＰＭであれば、ブレーキ４０に作用する力が低減されて太陽ギア１０をスリップさせる。

太陽ギア１０において要求されるスリップ速度を計算するために、次の計算が用いられる。
（Ｒ＋Ｓ）ωCARRIER＝ＲωRING＋ＳωSUN
ωCARRIERはキャリアの速度
ＲωRINGはリングの速度
ωSUNは太陽ギアの速度
である。

この場合、太陽ギア１０のスリップ速度は５００ＲＰＭで、リング３０を１２００ＲＰＭから１１００ＲＰＭまで減速させる。出力損失は単純に、リング３０における速度変化とリング３０におけるトルクとの掛け算であり、次の式により示される。

スリップするリング３０による出力損失は約１０５ワットである。太陽ギア１０における速度が５００ＲＰＭよりも高いので、太陽ギア３０におけるトルクは２Ｎｍにおいてより小さい。プレート６０とプレート７０に作用する要求力がより小さいので、出力損失は高速度においてより簡単である。より小さい作用力のため、プレート６０、プレート７０、およびハウジング５０の全体的な物理的な大きさを縮小することができる。

図２は図１の実施形態の分解図である。Ｏリング５１は異物がハウジングに入り込んでプレート６０、７０に達することを防止する。Ｏリング５１は、圧力境界としてピストン４１をシールするためにも使用される。ハウジングカバー５２はボルト５３を用いてハウジング５０に固定される。プレート６０は端部プレート５４に当接する。

スナップリング８２はリングキャリア３１内に軸受８１を保持する。デフレクタ３３はオイルを、ピニオン９０と太陽ギア１０の間におけるギア噛合境界の中に導く。リングギア３０はリングキャリア３１とリングキャリア３２の間に保持される。スナップリング８３は軸受８０をリングキャリア３２内に保持する。

この実施形態において、３つのピニオンギア９０がキャリア２０に軸支されるが、使用者の必要に応じて、より多くのピニオンが用いられてもよい。太陽ギア１０は太陽ギア部材１１の外面に圧入される。

図３は他の構成の断面図である。この実施形態において、ブレーキ機構がキャリア３００に適用されており、図１における実施形態では、ブレーキ機構は太陽ギア１０に適用されている。

この実施形態において、２つのリングギア（１００、５００）が共通のキャリア３００と複合ピニオン２００を共有し、キャリアは被作用要素である。リング１００は、出力リング５００において速度増加を生じさせる入力である。キャリア３００は被作用部材であり、回転を阻止し、あるいはブレーキ４００を用いてスリップする。図１における実施形態に対して記載したように、出力の流れはいずれの方向でもよく、すなわち、速度減少の伝導に対して、入力がリングキャリア５０１を通り、出力がリングキャリア１０１を通ってもよい。

リングギア１００はリングキャリア１０１の内面に配置される。リングギア１００は複数の複合ピニオン２００に噛合する。複合ピニオン２００はキャリア３００の周りに軸支される。各複合ピニオン２００は２つのギア、すなわちギア２０１とギア２０２を備える。各ギア２０１とギア２０２は異なる歯数を有する。リングギア１００は各ギア２０１に噛合する。

リングギア５００はリングギア５０１の内面に配置される。リングギア５００は各複合ピニオン２００の各ギア２０２に噛合する。

バンドブレーキ４００はキャリア３００の外側円周面３０１に摩擦係合する。バンドブレーキは摩擦材料４０２を取付けられたバンド４０１を備える。摩擦材料４０２は面３０１に摩擦係合する。バンドブレーキ４００はバンドを面３０１に締め付けるための機械的手段を用いて、従来公知の方法で作用し、キャリアに作用する摩擦力を増加させる。このような手段は電気アクチュエータ、空気圧あるいは流体圧ピストン、アクメねじあるいは単純なレバー（図示せず）を含みうるが、これに限定されない。

作用において、各ギアは所定数の歯を有する。各ギアは使用者による要求にしたがって、この分野において公知である歯数を有してもよい。この実施形態では、リング１００は１０７歯を有する。複合ピニオン２００は２つのギア歯の構成を有する。ギア２０１はリング１００に噛合する１３歯を有し、ギア２０２はリング５００に噛合する１７歯を有する。リング５００は１１１歯を有する。

リング１００が１０００ＲＰＭで回転し、キャリア３００がブレーキ４００によって固定維持される（回転しない）ならば、リング５００は１２６０ＲＰＭで回転する。リング５００の速度は、ブレーキ４００を部分的に開放することによってキャリア３００のスリップを許容することにより減速する。例えば、リング５００における１０％のスリップを達成するために、キャリア３００が４８５ＲＰＭで回転するようにキャリア３００はスリップしなければならない。リング５００とリングキャリア５０１における速度の変化は１２６ＲＰＭであるが、１０％スリップによるキャリア３００の速度の増加は、より小さいトルクがより小さい力をブレーキ機構に作用させることを可能にするブレーキ４００によって制御されなければならないことを意味する。

図４は図３の実施形態の分解図である。この実施形態において、３つの複合ピニオン２００はキャリア３００に軸支される。バンドブレーキ４００はキャリア３００の径方向外側に配設される。この構成により、伝導装置は薄い厚さＴを有することができ、これにより制限された領域を利用することができる。

本発明装置は速度制御を単純にし、正確にする。制御システムは出力および非作用部材における速度および／またはトルクをモニタすることができ、これにより、スリップ要素が絶えず変化し、出力における一定速度を可能にする。

スリップあるいはブレーキ要素のトルクを計測するために使用されうるいくつかの方法がある。トルク計測のいくつかの例は、ロードセルと、捩じりあるいは圧縮ばねのような弾性要素の利用である。弾性要素は公知のばね定数を有し、これは計測された角度変化あるいは直線的変位とともに用いられる。

本発明の１つの形態が説明されたが、当業者がここに記載された発明の精神と範囲から逸脱することなく、構成と部分の関係と方法において変形を施すことは自明である。

Claims (17)

1. 入力部材と、
   出力部材と、
   前記入力部材と前記出力部材の間に連結され、太陽ギアを有する遊星ギア機構と、
   前記太陽ギアに直接連結され、前記太陽ギアの速度を制御することによって前記遊星ギア機構の出力トルクを制御するブレーキ部材と
   を備えるリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
2. 前記出力部材がリングギアを備える請求項１に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
3. 前記入力部材が遊星ギアキャリアを備える請求項１に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
4. 前記ブレーキ部材が複数のプレートを備える請求項１に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
5. 前記出力部材が遊星ギアキャリアを備える請求項１に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
6. 前記入力部材がリングギアを備える請求項１に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
7. 入力部材と、
   前記入力部材に同軸的な出力部材と、
   前記入力部材と前記出力部材の間に連結された遊星ギア機構と、
   出力部材のトルクを制御するために前記遊星ギア機構に連結されたブレーキ部材と
   を備えるリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
8. 前記ブレーキ部材が太陽ギアに連結され、
   前記ブレーキ部材がハウジングと前記太陽ギアに交互に連結された複数の差込みプレートと、
   前記差込みプレートに所定の力を付与する付勢部材とを備える
   請求項７に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
9. キャリアと、
   第１リングギアおよび第２リングギアと、
   前記キャリアに軸支され、前記第１リングギアおよび前記第２リングギアに噛合する複合ピニオンとを備え、
   前記ブレーキ部材が前記キャリアに連結され、
   前記複合ピニオンが第１ギアおよび第２ギアを有し、前記第１ギアの歯数が前記第２ギアの歯数に等しくない
   請求項７に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
10. 前記ブレーキ部材がバンドブレーキを備える請求項９に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
11. 前記バンドブレーキがキャリア表面に係合する請求項１０に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
12. 前記バンドブレーキが前記キャリア表面の径方向外側に配設される請求項１１に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
13. 入力部材と、
    前記入力部材に同軸的な出力部材と、
    前記入力部材と前記出力部材の間に連結され、キャリアを有する遊星ギア機構と、
    前記キャリアに連結されたブレーキ部材と、
    力を発生して、前記ブレーキ部材が前記遊星ギア機構のトルク出力を制御する付勢部材と
    を備えるリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
14. 第１リングギアおよび第２リングギアと、
    前記キャリアに軸支され、前記第１リングギアおよび前記第２リングギアに噛合する複合ピニオンとを備え、
    前記複合ピニオンが第１ギアおよび第２ギアを有し、前記第１ギアの歯数が前記第２ギアの歯数に等しくない
    請求項１３に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
15. 前記ブレーキ部材がバンドブレーキを備える請求項１４に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
16. 前記バンドブレーキがキャリア表面に係合する請求項１５に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。
17. 前記バンドブレーキが前記キャリア表面の径方向外側に配設される請求項１６に記載のリミッテッド・スリップ遊星ギア伝導装置。

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