JP2015505016A - 内歯が形成されたリングギヤと、このリングギヤに噛合する２つの平歯車とを備えるギヤ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長い寿命で特徴付けられできる限りわずかな動作騒音で動作可能な、内歯が形成されたリングギヤと、このリングギヤに噛合する２つの平歯車とを備えるギヤ装置を提供すること。【解決手段】内歯が形成されたリングギヤ７と、該リングギヤ７に噛合する２つの平歯車５，１４とを備え、該平歯車が共通の中間歯車１５に係合しており、前記平歯車５の少なくともいずれかがシャフト６に相対回転不能に結合されているギヤ装置４において、前記平歯車５，１４と前記リングギヤ７の間のかみ合い圧力角をそれぞれ少なくともほぼ同じ大きさとした。

Description

請求項１の前提部分において詳細に規定された種類に基づく、内歯が形成されたリングギヤと、このリングギヤに噛合する２つの平歯車とを備えるギヤ装置に関するものである。

路線バスのシリーズ型のハイブリッド駆動部は、とりわけいわゆる電気ポータル車軸によって形成されている。この路線バスの駆動輪は、ギヤ装置を介して電気機械に作用結合されている。シリーズ型のハイブリッド駆動部により、多くの発進過程及び制動過程を有する過酷な市街地内での使用において、特に経済的かつ環境に配慮した動作が可能となる。

ハイブリッド駆動部のシリーズ構造は、発電機と共に電力発生装置として駆動される内燃エンジンを含んでいる。このとき、内燃エンジンと車輪の間には、直接の機械的な接続がない。介装されたパワー電子部品を介して車輪の範囲に配置された電気的な機械が発電機及び／又は蓄電装置から車輪の駆動のために給電されることができ、及び／又は電気的な蓄電装置を充電可能である。

シリーズ型のハイブリッド駆動部においては出力の流れを逆向きとすることも可能であり、電気モータは、路線バスの回生ブレーキ作動中に発電機として機能し、得られる電力を蓄電装置あるいはバッテリへ供給する。したがって、内燃エンジンあるいはディーゼルエンジンは、唯一のエネルギー源であり、そのため、その性能についてはわずかにのみ設計可能でしかない。

車輪の範囲に配置されたそれぞれの電気駆動部の適当な設計において、内燃エンジンが停止している際に十分な走行性能を提供できるようにする可能性がある。これにより、例えばゼロエミッションで騒音を低減した停留所での始動及び発進が実現可能である。最適なドライブラインマネジメント及びダウンサイジングにより、それぞれ存在する使用ケースに依存して、内燃エンジンの範囲における燃料消費率が３０％まで削減可能である。

シリーズ方式は、路線バスのデザインにおける柔軟性も示すものである。内燃エンジンに接続された発電機による駆動エネルギーは給電ケーブルを介して車輪側の電気駆動部に供給されるため、バスの範囲における駆動構成要素の配置に関して大きな自由度が与えられる。加えて、小型化された内燃エンジンにより、従来の構成の路線バスに比べて客室を大きく形成することの可能性もある。

特許文献１には、内歯が形成されたリングギヤと、このリングギヤに噛合する２つの平歯車とを有する、減速ギヤとして構成されたギヤ装置が開示されており、前記平歯車は、１つの共通の中間歯車又は２つの共通の中間歯車に係合している。このギヤ装置は、容易な形態で路線バスの電気駆動部をそれぞれ容易に及び単にわずかな設置空間を備えた駆動輪の範囲における電気的な機械を構成する可能性を提供するものである。

欧州特許第１１９２０５８号明細書

しかしながら、リングギヤと平歯車の間の歯部の範囲では、ギヤ装置の動作時に二重のフランクコンタクトが生じてしまうという欠点がある。この二重のフランクコンタクトにより、好ましくは薄壁状に構成されたリングギヤの範囲に不都合な変形が生じてしまい、この変形は、不都合な規模でのギヤ装置の寿命を損ねるとともに、走行快適性を損ねる動作騒音を引き起こすものである。

そこで、本発明の課題は、長い寿命で特徴付けられできる限りわずかな動作騒音で動作可能な、内歯が形成されたリングギヤと、このリングギヤに噛合する２つの平歯車とを備えるギヤ装置を提供することにある。

この課題は、本発明に基づき請求項１の特徴を備えたギヤ装置によって解決される。

本発明による、内歯が形成されたリングギヤと、このリングギヤに噛合する２つの平歯車とを備え、該平歯車が共通の中間歯車に係合しており、前記平歯車の少なくともいずれかがシャフトに相対回転不能に結合されているギヤ装置においては、従来技術に基づく解決手段と比較して寿命が延長されるとともに、動作騒音が低減される。なぜなら、前記平歯車と前記リングギヤの間のかみ合い圧力角がそれぞれ少なくともほぼ同じ大きさであるためである。

本発明は、平歯車とリングギヤの間の歯部の範囲におけるかみ合い圧力角がそれぞれ少なくともほぼ同じ大きさである場合に、リングギヤの範囲における変更が引き起こす二重フランクコンタクトが容易に回避されるとともに、平歯車とリングギヤの間の噛合部の範囲における歯による力を少なくともほぼ相殺されるという認識に基づくものである。

長い寿命及びわずかな動作騒音は、本発明のギヤ装置の有利な発展形態において、前記平歯車と前記中間歯車の間のかみ合い圧力角が、それぞれ前記平歯車と前記リングギヤの間のかみ合い圧力角に少なくともほぼ対応していることによって達成される。

両平歯車が異なる歯数を有していれば、ギヤ装置の全体変速比を大きな自由度で設定可能である。

第１の平歯車と前記リングギヤの間のバックラッシュの合計並びに前記第１の平歯車と前記中間歯車の間、該中間歯車と第２の平歯車の間及び該第２の平歯車と前記リングギヤの間のバックラッシュの合計が少なくともほぼゼロに等しければ、第１の平歯車の径方向のたわみが負荷変動の発生時のリングギヤに対して最小であり、ギヤ装置の範囲における負荷及び動作騒音を構造的に容易に最小限に低減可能である。

本発明によるギヤ装置の他の有利な実施形態においては、回転状況に好都合に作用する、ギヤ装置の範囲における位相同期性を得るために、前記リングギヤが偶数の自然数に対応する歯数によって構成されている。

ギヤ装置を高い効率で動作させることができるよう、本発明によるギヤ装置の他の実施形態においては、前記平歯車と前記リングギヤの間及び前記平歯車と前記中間歯車の間の正面かみ合い率がそれぞれ１以下である。

前記平歯車と前記リングギヤの間及び前記平歯車と前記中間歯車の間の正常圧力角がそれぞれ２５°以上であれば、歯元の負荷容量及び歯側部の負荷容量の向上のほかに、ギヤ装置の効率の大幅な向上も達成される。

同様に高い効率で動作可能な本発明によるギヤ装置の他の実施形態においては、前記平歯車の歯部の範囲、前記リングギヤの歯部の範囲及び前記中間歯車の歯部の範囲における表面粗さがそれぞれ２μｍ以下である。

動作中にわずかな騒音しか生じさせない本発明のギヤ装置の他の実施形態は、前記平歯車と前記リングギヤの間及び前記平歯車と前記中間歯車の間の重なりかみ合い率がそれぞれ２より大きく形成されている。

本発明によるギヤ装置の他の有利な実施形態においては、前記平歯車がシャフトの範囲で車両の電気ポータル車軸の電気機械の出力軸に連結可能であり、及び／又は前記リングギヤが車両の電気ポータル車軸のプラネタリギヤ装置のサンギヤに作用連結可能である。これにより、特に路線バスである、ギヤ装置で構成された車両を高い効率で、同時にわずかな動作騒音において動作させることが可能である。

各請求項に記載された特徴も、また本発明によるギヤ装置の以下の実施例に記載された特徴も、本発明の対象を発展形成するために、それぞれそれ自体で、又は適宜互いに組み合わせるのに適したものである。本発明に基づく対象の発展形成に関して、各特徴の組合せは、限定を表すものではなく、本質的に単なる例示的な特性を有するものである。

本発明の他の利点及び好ましい発展形成は、特許請求の範囲及び図面を参照しつつ原理的に記載した実施例から明らかである。

本発明によるギヤ装置の実施形態による電気ポータル軸の一部の非常に概略化された図である。 図１に基づくギヤ装置の詳細側面図である。

図１には、コンパクトに構成され、かつ、車軸２に対してずらして配置された非同期電動機として構成された電気機械３を有する、ここでは路線バスとして構成された車両の電気ポータル車軸１の非常に簡略化された図示が示されている。さらに、この電気ポータル車軸１は、第１の平歯車５の範囲においてシャフト６を介して電気機械３に作用連結されているギヤ装置４を含んでいる。

電気機械３に関して、ギヤ装置４は、被駆動側で第１の平歯車５に噛合するリングギヤ７を介してプラネタリギヤとして構成された歯車装置８に連結されている。このとき、リングギヤ７は、歯車装置８のサンギヤ９に相対回転しないように結合されている。このサンギヤ９は、ここでも歯車装置８のリングギヤ１１に係合するプラネタリギヤ１０に噛合している。プラネタリキャリア１２の範囲では、歯車装置８がドライブギヤ１３に連結されている。これにより、電気機械３の駆動力がギヤ装置４及び歯車装置８を介してドライブギヤ１３の方向へ伝達される。

電気ポータル車軸１で構成された車両の惰性運転時あるいは制動運転時には、ドライブギヤ１３からの惰行トルクが歯車装置８及びギヤ装置４を介して電気機械３の方向へ導かれ、この電気機械は発電機として動作可能である。発電機としての動作中に電気機械３の範囲で生成される電気エネルギーは例えば車両の蓄電装置において回生可能である。

ギヤ装置４は、第１の平歯車５のほかに、図２に詳細に示された形態において他の平歯車あるいは第２の平歯車１４を備えており、この第２の平歯車は、同様にリングギヤ７に噛合しているとともに、第１の平歯車５とは異なる歯数で構成されている。さらに、両平歯車５，１４は、共通の中間歯車１５に係合している。第２の平歯車１４も、また中間歯車１５も、それぞれケーシングに固定して構成されたシャフト１６あるいは１７上で回転可能に支承されている。出力を分割するリングギヤポータルとして構成されたギヤ装置４及び４つのプラネタリギヤ１０で構成された歯車装置８は、その歯車の範囲において斜めに歯切りされて形成されている。

第１の平歯車５とリングギヤ７の間及び第２の平歯車１４とリングギヤ７の間の噛合の範囲におけるかみ合い圧力角は同様の大きさである。加えて、第１の平歯車５と中間歯車１５の間及び中間歯車１５と第２の平歯車１４の間のかみ合い圧力角は、第１の平歯車５とリングギヤ４の間及び第２の平歯車１４とリングギヤ７の間のかみ合い圧力角に少なくともほぼ対応している。

動作騒音を低減するために、第１の平歯車５とリングギヤ７の間のバックラッシュの合計並びに第１の平歯車５と中間歯車１５の間、中間歯車１５と第２の平歯車１４の間及び第２の平歯車１４とリングギヤ７の間のバックラッシュの合計が少なくともほぼゼロに等しくなっている。そして、動作騒音は、第１の平歯車５と中間歯車１５の間、中間歯車１５と第２の平歯車１４の間、第２の平歯車１４とリングギヤ７の間及び第１の平歯車５とリングギヤ７の間の噛合にわたるリングギヤの同一のねじれ角によってより低減される。なぜなら、第１の平歯車５の径方向のたわみが負荷変動の発生時にわずかな範囲のみで生じるためである。この措置は、ギヤ装置４の歯部の構成及び平歯車又ははすば歯車としての歯車装置８の構成には依存しない。

リングギヤ７は、少なくともほぼ１００％の位相同期性を達成するために、ここでは偶数の歯数、好ましくは７４の歯数で構成されている。加えて、動作騒音を最小限に低減することができるよう、ギヤ装置４の歯部の範囲における重なりかみ合い率は２より大きい。

ギヤ装置４の範囲での正面かみ合い率及び表面粗さが歯の欠損因子の低減のためにできる限り小さく選択されている一方、正常圧力角はできる限り大きく設定されている。このとき、正面かみ合い率はそれぞれ存在する応用事例に依存して１以下であるとともに表面粗さが２μｍ以下である一方、正常圧力角は、２５°以上に設定される。

正常圧力角の拡大により、効率向上のほかにもギヤ装置４及び１４並びに中間歯車１５及びリングギヤ７の範囲における歯元の許容荷重及び歯側面の許容荷重の明らかな向上が可能である。

ギヤ装置４の範囲における効率の向上のための上述の措置は、応用事例に依存して、場合によってはギヤ装置４の騒音状況に悪影響を与えるが、ギヤ装置４の歯部の範囲におけるねじれ角を大きくすることでかなり相殺することが可能である。

１ 電気ポータル車軸
２ 車軸
３ 電気機械
４ ギヤ装置
５ 第１の平歯車
６ シャフト
７ リングギヤ
８ 歯車装置
９ サンギヤ
１０ プラネタリギヤ
１１ リングギヤ
１２ プラネタリキャリア
１３ ドライブギヤ
１４ 第２の平歯車
１５ 中間歯車
１６，１７ シャフト

Claims (11)

1. 内歯が形成されたリングギヤ（７）と、該リングギヤに噛合する２つの平歯車（５，１４）とを備え、該平歯車が共通の中間歯車（１５）に係合しており、前記平歯車（５）の少なくともいずれかがシャフト（６）に相対回転不能に結合されているギヤ装置（４）において、
   前記平歯車（５，１４）と前記リングギヤ（７）の間のかみ合い圧力角がそれぞれ少なくともほぼ同じ大きさであることを特徴とするギヤ装置。
2. 前記平歯車（５，１４）と前記中間歯車（１５）の間のかみ合い圧力角が、それぞれ前記平歯車（５，１４）と前記リングギヤ（７）の間のかみ合い圧力角に少なくともほぼ対応していることを特徴とする請求項１記載のギヤ装置。
3. 前記両平歯車（５，１４）が異なる歯数を有していることを特徴とする請求項１又は２記載のギヤ装置。
4. 第１の平歯車（５）と前記リングギヤ（１４）の間のバックラッシュの合計並びに前記第１の平歯車（５）と前記中間歯車（１５）の間、該中間歯車（１５）と第２の平歯車（１４）の間及び該第２の平歯車（１４）と前記リングギヤ（７）の間のバックラッシュの合計が少なくともほぼゼロに等しいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のギヤ装置。
5. 前記リングギヤ（１１）が偶数の自然数に対応する歯数によって構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のギヤ装置。
6. 前記平歯車（５，１４）と前記リングギヤ（７）の間及び前記平歯車（５，１４）と前記中間歯車（１５）の間の正面かみ合い率がそれぞれ１以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のギヤ装置。
7. 前記平歯車（５，１４）と前記リングギヤ（７）の間及び前記平歯車（５，１４）と前記中間歯車（１５）の間の正常圧力角がそれぞれ２５°以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のギヤ装置。
8. 前記平歯車（５，１４）の歯部の範囲、前記リングギヤ（７）の歯部の範囲及び前記中間歯車（１５）の歯部の範囲における表面粗さがそれぞれ２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のギヤ装置。
9. 前記平歯車（５，１４）と前記リングギヤ（７）の間及び前記平歯車（５，１４）と前記中間歯車（１５）の間の重なりかみ合い率がそれぞれ２より大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のギヤ装置。
10. 前記平歯車（５）のいずれかが車両の電気ポータル車軸（１）の電気機械（３）の出力軸に連結可能であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のギヤ装置。
11. 前記リングギヤ（１１）が車両の電気ポータル車軸（１）のプラネタリギヤ装置（８）のサンギヤ（９）に作用連結可能であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のギヤ装置。

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