JP2015520833A - 非回転の固定子及び電機子を有する電子作動式ロッキングディファレンシャル - Google Patents

Abstract

自動車用の電子作動式ロッキングディファレンシャルは、ギヤケースと、このギヤケース内に配置され、対応する一対の車軸ハーフシャフトと共に回転するように動作可能に構成された一対のサイドギヤと、ギヤケース内に配置され、一対のサイドギヤの一方に動作可能に関連し、そのサイドギヤに対して軸方向に移動可能なロックプレートと、を含む。また、電子作動式ロッキングディファレンシャルは、ギヤケース内に配置され、ロックプレートと協働して、ロックプレートを軸方向にサイドギヤの一方から離れるように付勢するリターンスプリングと、ロックプレートと協働する電子アクチュエータと、を含み、電子アクチュエータは、ギヤケースの一部の周囲に配置された非回転の固定子と、固定子に関連する電磁コイルと、ロックプレートに結合され、固定子に対して軸方向に移動可能な電機子とを有する。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年５月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／６５０，６２０号及び２０１３年４月１８日に出願された米国特許仮出願第６１／８１３，２３１号に対する優先権を主張するものであり、その出願内容は、参照することにより、その全てが本書に含まれる。

本教示は、一般的には、電子作動式ロッキングディファレンシャルに関し、具体的には、差動装置の動作のための非回転の固定子及び電機子を有する電子作動式ロッキングディファレンシャルに関する。

自動車用途において、関連技術の電子作動式ロッキングディファレンシャルは、電子的に作動させることができ、前輪駆動（ＦＷＤ）、後輪駆動（ＲＷＤ）、全輪駆動（ＡＷＤ）及び四輪駆動の車両用に設計されて、それがそのように望まれたとき、ディファレンシャルをロック又はロック解除できるようにする。運転者は、車両のダッシュ又はコンソールに取付けられたスイッチ又はボタンを手動で操作することによって、前輪及び／又は後輪をロックすることができる。このタイプのトルク制御装置においては、電機子は、差動装置と共にスピン、すなわち、回転することができ、差動装置内のロックプレートに機械的に取付けられていない。

このタイプのロッキングディファレンシャルは、一般的に、その意図した目的のために役立ってきたが、改善の余地がある。より具体的には、これらの構造は、差動装置のロック状態を電子的に感知する能力を制限する。更に、センサを回転電機子に付加すると、センサが非接触であるので、コストを増大させる原因となるかもしれない。また、あらゆるセンサが回転電機子に取付けられる、あらゆるセンサは、摩耗及び耐久性が懸念される。

従って、ドライブラインの回転にかかわらず右側と左側との車軸をロックすることができ、かつ、それらを車両進行方向にかかわらずロックされたままにすることができる電子作動式ロッキングディファレンシャルの技術が必要とされている。特に、これらの機構が組み込まれた電子作動式ロッキングディファレンシャルの関連技術が必要とされている。

本教示は、ギヤケース、このギヤケース内に配置され、対応する一対の車軸ハーフシャフトと共に回転するように動作可能に構成された一対のサイドギヤ、及び、ギヤケース内に配置され、一対の前記サイドギヤの一方に動作可能に関連し、サイドギヤに対して軸方向に移動可能なロックプレートを有する電子作動式ロッキングディファレンシャルを含む。また、電子作動式ロッキングディファレンシャルは、ギヤケース内に配置され、ロックプレートと協働して、ロックプレートを軸方向に前記サイドギヤの一方から離れるように付勢するリターンスプリングと、ロックプレートと協働する電子アクチュエータとを含み、電子アクチュエータは、ギヤケースの一部の周囲に配置された非回転の固定子、この固定子に関連する電磁コイル、及び、ロックプレートに結合され、固定子に対して軸方向に移動可能な電機子を有する。電磁コイルに直流（ＤＣ）電力が供給されたとき、固定子内で磁気エネルギが生じて、電機子と前記固定子との間に引力を生成して、ロックプレートに力を伝達し、ロックプレートがリターンスプリングの圧縮して、サイドギヤに係合し、サイドギヤをギヤケースにロックし、これにより、一対の車軸ハーフシャフトにロックする。

本教示の一態様において、新規な非回転の電子アクチュエータは、電磁コイルから離してスリップリングを再配置して、固定子及び電機子の両方をディファレンシャルの回転に対して静止状態で維持することによりロック検知の容易さを確保にする。電機子を回転させないことにより、電機子と固定子との間にいかなる摩擦抵抗もなくなるので、ディファレンシャルがロックされるとき、寄生損失を解消することができる。また、本教示の電子アクチュエータは、摩擦を低減することにより、ディファレンシャル内で発生する熱を小さくする。電機子は、ロックプレートに機械的に結合されているので、電機子の軸方向位置に基づいて、ディファレンシャルのロック及びロック解除は、検出又は検知することができる。電機子が回転しないので、本教示の電子アクチュエータは、接触センサを使用したときの回転時のぶれ又はギャップの変化に関係せず、また、接触センサを使用したときの機械的又は電子的スリップリングの構造に関係しない。

本教示の他の態様は、同じものが添付図面に関連して以下の説明を読んだ後にさらによく理解されることとなるように、容易に理解されるであろう。

図１は、本教示の電子作動式ロッキングディファレンシャルの部分的な斜視部分図である。 図２は、本教示の電子作動式ロッキングディファレンシャルの分解図である。

本教示によって考慮されたタイプの電子作動式ロッキングディファレンシャルの１つの代表例は、図１及び２に全体として符号１０で示される。図１及び２に示すように、ディファレンシャル１０は、全体として符号１２で示されるギヤケース及びエンドキャップ（図示せず）を含み、エンドキャップは、複数のボルト（図示せず）等のあらゆる適切な締め具によってギヤケース１２に固定される。ギヤケース１２及びエンドキャップは、互いに協働して、全体として符号１４で示されるギヤチャンバを形成する。ディファレンシャル１０へのトルク入力は、入力リングギヤ（図示せず）が一般的であり、入力リングギヤは、フランジ１６に取付けられる。ギヤセットは、ギヤチャンバ１４内に支持され、少なくとも一対の入力ピニオンギヤ１８を有する。ピニオンギヤ１８は、ピニオンシャフト２０周りに回転可能に取付けられ、ピニオンシャフト２０は、あらゆる適切な機構によってギヤケース１２に対して固定される。ピニオンギヤ１８は、ギヤセットの入力ギヤであり、全体として符号２２，２４で示される一対の左右のサイドギヤのそれぞれに噛合う。サイドギヤ２２，２４は、それぞれ、一対の左右の車軸（図示せず）上の噛合い外部スプラインにスプライン係合するように構成された内部ストレートスプライン２６のセット（一方のみがギヤ２２に対して示される）を形成する。ギヤケース１２は、それぞれ、一対のベアリングセット（図示せず）を取付けることができる環状のハブ部２８，３０を形成し、一対のベアリングセットは、それぞれ、アウターハウジング又はキャリア（図示せず）に対してディファレンシャル１０を回転支持するために用いられる。

全体として符号３２で示される回転防止機構は、ほぼ環状のカラー部材、すなわち、ロックプレート３４を有し、完全にギヤケース１２内に配置され、サイドギヤ２２（第１出力ギヤ）と作動可能に関連している。ロックプレート３４は、サイドギヤ２２から間隔を置いて配置され、サイドギヤ２２の外面に沿って摺動可能である。全体として符号３６で示される電子アクチュエータは、本来的にギヤケース１２の外部に配置される。より具体的には、電子アクチュエータ３６は、サイドギヤ２２（第１出力ギヤ）に隣接するギヤケース１２の端部の周囲に配置される。電子アクチュエータ３６は、本来的にギヤケース１２の外部に固定子３８を有する。より具体的には、固定子３８は、フランジ１６に隣接するギヤケース１２の端部の周囲に配置される。固定子３８は、ギヤケース１２に対して固定され、かつ、非回転である。また、電子アクチュエータ３６は、全体として符号４０で示される電磁コイルを有し、電磁コイル４０は、固定子３８のキャビティ４２内に配置される。電磁コイル４０は、一対の導線４４によって励磁され、電源（図示せず）から直流（ＤＣ）を受取る。また、電子アクチュエータ３６は、電磁コイル４０から間隔を置いた、全体として符号４６で示される電機子を有し、電磁コイル４０と電機子４６との間に隙間４８を形成する。電機子４６は、ほぼ円形のプレートであり、軸方向に延びる外側フランジ５０、及び、外側フランジ５０から半径方向に間隔を置いて配置されて軸方向に延びる内側フランジ５２を有する。電機子４６は、環状のスリップリング５４によってロックプレート３４に機械的に結合される。内側フランジ５２は、その円周方向に間隔を置いて配置された複数の切り欠き部５６を有する。電機子４６に半径方向に配置された切り欠き部５６は、電磁エネルギを集め、この領域に潜在する力を最大にする。また、電機子４６は、外側フランジ５０から外側に延び、半径方向に延びるターゲットフランジ５８を有する。電機子４６は、固定子３８に対して非回転であるが、軸方向に移動可能である。アクチュエータ３６は、ギヤケース１２のフランジ１６に取付けられて、電機子４６のターゲットフランジ５８に対向して配置され、電機子４６の軸方向位置に基づいてディファレンシャル１０がロック又はロック解除されたことを感知するセンサ６０を含む。センサ６０は、接触センサである。ロックプレート３４は、波形ばね等のリターンスプリング６２によって非作動の「ロック解除」モードへ向かって付勢される。当然のことながら、例えば、ホール効果又は近接センサといった非接触センサ等の他のタイプのセンサを用いることができる。

電機子４６に半径方向に配置された切り欠き部５６は、電磁エネルギを集め、これらの領域でアクチュエータ３６に潜在する力を最大にするが一部の電磁エネルギは、パイロット領域で取り出され、使用可能な力に変化しない。この切り欠き部５６は、本教示の潜在する力の最適化と相関関係にある。図２は、図１の後方分解斜視図である。

ディファレンシャル１０が使用される車両の通常の前進運転中に、左右の車軸間、すなわち、左右のサイドギヤ２２，２４間に差動は発生しない。従って、ピニオンギヤ１８は、ピニオンシャフト２０に対して回転しない。結果として、ギヤケース１２、ピニオンギヤ１８及びサイドギヤ２２，２４は、あたかも一個の固体であるかのように、全て１つの回転軸周りに回転する。

直流電力（ＤＣ）が電磁コイル４０に供給されたとき、電磁エネルギが固定子３８内に生成されて、電機子４６と固定子３８との間に、約４０ポンドで始まり約２５０ポンドで終わる引力を生じ、電機子４６を固定子３８へ向けて移動させる。この力は、スリップリング５４を介してロックプレート３４に伝達され、ロックプレート３４が要求制動トルクをサイドギヤ２２に作用させるまで、リターンスプリング６２を圧縮して、サイドギヤ２２をディファレンシャルケース１２にロックし、その結果、ドライブラインの回転にかかわらず左側（ＬＨ）と右側（ＲＨ）の車軸をロックする。当然のことながら、本開示に照らして、ディファレンシャル１０は、ＬＨとＲＨの車軸を車両進行方向にかかわらずロック状態を維持できるようにする。ディファレンシャル１０は、除雪中のように、ロックサイクル又は方向転換が頻繁である用途に望ましいことが本開示を踏まえて理解されるでべきである。また、ディファレンシャル１０は、電磁コイル４０から離してスリップリング５４を再配置して、固定子３８及び電機子４６の両方をディファレンシャル１０の回転に対して静止状態で維持することによりロック検知の容易さを確保にすることが本開示を踏まえて理解されるでべきである。

ディファレンシャル１０は、手動で制御することができ、車両の運転者が「ロック」モード（「ロック解除」モードではなく）を手動で選択して、ディファレンシャル１０を作動させる。例えば、車両が停止しているとき、運転者は、車両のダッシュ又はコンソール（図示せず）に取付けられた単純な瞬間タイプの「オン／オフ」トグル若しくはロッカースイッチ、又は、プッシュボタン等のスイッチ又はボタン（図示せず）を単純に手動で作動させる。この場合、電気回路（図示せず）が閉じられ、これにより、回路に電流が流れ、そして、トグルスイッチ又はボタンの近くに置かれたランプ（図示せず）を点燈して、ディファレンシャル１０が作動されることを運転者に知らせる。電流は、回路に流れて、最終的に、ディファレンシャル１０の電磁コイル４８に流れる。そして、ディファレンシャル１０は、「ロック」モードで作動する（すなわち、車両がファーストギヤ又はリバースのとき）。この場合、第１出力ギヤ２２は、ギヤケース１２に対してロックされ、第１出力ギヤ２２とギヤケース１２との間のそれ以上の差動を阻止する。

電機子４６を回転させないことにより、電機子４６と固定子３８との間にいかなる摩擦抵抗もなくなるので、ディファレンシャル１０がロックされるとき、寄生損失を解消することができる。本教示の電子アクチュエータ３６は、摩擦を低減することにより、ディファレンシャル１０内で発生する熱を小さくする。電機子４６は、ロックプレート３４に機械的に結合されているので、電機子４６の軸方向位置に基づいて、ディファレンシャル１０のロック及びロック解除は、検出又は検知することができる。

本教示は、以上の明細書に相当に詳細に記載されており、本教示の多くの態様の様々な変更及び改良は、この明細書を読んで、理解することにより、当業者に明らかになるであろうと考える。すべてそのような変更及び改良は、添付された特許請求の範囲の技術的範囲内に入る限りにおいて、本教示に含まれるものとする。

以下は、本開示に用いた参照符号のリストである。
１０ ディファレンシャル
１２ ギヤケース
１４ ギヤチャンバ
１６ フランジ
１８ ピニオンギヤ
２０ ピニオンシャフト
２２，２４ サイドギヤ
２６ スプライン
２８，３０ ハブ部
３２ 回転防止機構
３４ ロックプレート
３６ 電子アクチュエータ
３８ 固定子
４０ 電磁コイル
４２ キャビティ
４４ 導線
４６ 電機子
４８ 隙間
５０ 外側フランジ
５２ 内側フランジ
５４ スリップリング
５６ 切り欠き部
５８ ターゲットフランジ
６０ センサ
６２ リターンスプリング

電機子４６に半径方向に配置された切り欠き部５６は、電磁エネルギを集め、これらの領域でアクチュエータ３６に潜在する力を最大にするが一部の電磁エネルギは、パイロット領域で取り出され、使用可能な力に変化しない。この切り欠き部５６は、本教示の潜在する力の最適化と相関関係にある。

Claims (16)

1. ギヤケースと、
   前記ギヤケース内に配置され、対応する一対の車軸ハーフシャフトと共に回転するように動作可能に構成された一対のサイドギヤと、
   前記ギヤケース内に配置され、一対の前記サイドギヤの一方に動作可能に関連し、該サイドギヤに対して軸方向に移動可能なロックプレートと、
   前記ギヤケース内に配置され、前記ロックプレートと協働して、該ロックプレートを軸方向に前記サイドギヤの一方から離れるように付勢するリターンスプリングと、
   前記ロックプレートと協働する電子アクチュエータと、を備え、
   前記電子アクチュエータは、前記ギヤケースの一部の周囲に配置された非回転の固定子と、該固定子に関連する電磁コイルと、前記ロックプレートに結合され、前記固定子に対して軸方向に移動可能な電機子とを含み、
   前記電磁コイルに直流（ＤＣ）電力が供給されて、前記固定子内で磁気エネルギが生じて、前記電機子と前記固定子との間に引力を生成して、前記ロックプレートに力を伝達し、前記ロックプレートが前記リターンスプリングの圧縮して、前記サイドギヤに係合し、前記サイドギヤを前記ギヤケースにロックし、これにより、一対の前記車軸ハーフシャフトをロックすることを特徴とする電子作動式ロッキングディファレンシャル。
2. 前記アクチュエータは、半径方向に延びるターゲットフランジを有することを特徴とする請求項１に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
3. 前記ターゲットフランジに対向して前記固定子に取付けらたセンサを含み、
   前記センサは、該センサに対する前記ターゲットフランジの軸方向の位置に基づいて、ロック状態であるか又はロック解除状態であるかを検出することを特徴とする請求項１に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
4. 前記センサは、接触センサであることを特徴とする請求項３に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
5. 前記センサは、非接触センサであることを特徴とする請求項３に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
6. 前記電機子は、ほぼ円形のプレートであり、軸方向に延びる外側フランジと、軸方向に延びる内側フランジとを有することを特徴とする請求項１に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
7. 前記内側フランジは、周方向に間隔を置いて配置された複数の切り欠き部を有し、その領域に電磁エネルギを集め、潜在する力を最大にすることを特徴とする請求項６に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
8. 前記電機子及び前記ロックプレートに機械的に結合するするスリップリングを有することを特徴とする請求項１に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
9. 前記固定子は、キャビティを有し、前記電磁コイルは、前記固定子の前記キャビティに収納されることを特徴とする請求項１に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
10. ギヤケースと、
    前記ギヤケース内に配置され、対応する一対の車軸ハーフシャフトと共に回転するように動作可能に構成された一対のサイドギヤと、
    前記ギヤケース内に配置され、一対の前記サイドギヤの一方に動作可能に関連し、該サイドギヤに対して軸方向に移動可能なロックプレートと、
    前記ギヤケース内に配置され、前記ロックプレートと協働して、該ロックプレートを軸方向に前記サイドギヤの一方から離れるように付勢するリターンスプリングと、
    前記ロックプレートと協働する電子アクチュエータと、を備え、
    前記電子アクチュエータは、前記ギヤケースの一部の周囲に配置された非回転の固定子と、該固定子に関連する電磁コイルと、前記ロックプレートに結合され、前記固定子に対して軸方向に移動可能な電機子とを含み、
    前記電磁コイルに直流（ＤＣ）電力が供給されて、前記固定子内で磁気エネルギが生じて、前記電機子と前記固定子との間に引力を生成して、前記ロックプレートに力を伝達し、前記ロックプレートが前記リターンスプリングの圧縮して、前記サイドギヤに係合し、前記サイドギヤを前記ギヤケースにロックし、これにより、一対の前記車軸ハーフシャフトをロックし、
    更に、前記電機子から半径方向に延びるターゲットフランジと、
    前記ターゲットフランジに対向して前記固定子に取付けられ、前記センサに対する前記ターゲットフランジの軸方向の位置に基づいて、ロック状態であるか又はロック解除状態であるかを検出するセンサとを備えることを特徴とする電子作動式ロッキングディファレンシャル。
11. 前記センサは、接触センサであることを特徴とする請求項１０に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
12. 前記センサは、非接触センサであることを特徴とする請求項１０に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
13. 前記電機子は、ほぼ円形のプレートであり、軸方向に延びる外側フランジと、軸方向に延びる内側フランジと、前記外側フランジから延びる前記ターゲットフランジとを有することを特徴とする請求項１０に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
14. 前記内側フランジは、周方向に間隔を置いて配置された複数の切り欠き部を有し、その領域に電磁エネルギを集め、潜在する力を最大にすることを特徴とする請求項１３に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
15. 前記電機子及び前記ロックプレートに機械的に結合するするスリップリングを有することを特徴とする請求項１０に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。
16. 前記固定子は、キャビティを有し、前記電磁コイルは、前記固定子の前記キャビティに収納されることを特徴とする請求項１０に記載の電子作動式ロッキングディファレンシャル。

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