CN107110328A - 差动齿轮 - Google Patents

Abstract

差动装置具备：外壳，其接受转矩而能够绕轴旋转；离合器，其包含内壳和离合器环，该内壳支承差动齿轮组，该离合器环为了从外壳传递转矩而与外壳驱动地卡合，并在轴向上移动而与内壳以能够分离的方式连结，且该离合器环具有引出到外壳的外部的端部；第一弹簧，其在将离合器环从内壳分离的方向上发挥弹簧力；第二弹簧，其在将离合器环与内壳连结的方向上发挥弹簧力；以及促动器，其具备柱塞和螺线管，该柱塞被定位于能在轴向上对离合器环的端部发挥推力的位置，该螺线管在电力投入时在将离合器环从内壳分离的方向上或者将离合器环与内壳连结的方向上驱动柱塞。

Description

差动齿轮

技术领域

本发明涉及具备离合器的差动齿轮，该离合器在其连结以及分离中利用螺线管，更详细而言涉及将两个以上的弹簧与螺线管组合来利用的差动齿轮。

背景技术

众所周知，汽车具备一个或者一个以上的差动齿轮，其各自例如用于将输入到差动齿轮壳体的转矩以允许差动的方式传递到一对输出轴。

几个差动齿轮具备用于在适当的控制下限制甚至锁定差动的机构，而即使任意的车轮失去与路面的接触也防止车轮失去牵引。这有时被称为“锁止(lock up)差动齿轮”。而且其他的差动齿轮是差动齿轮组能够从差动齿轮壳体自由地旋转，具备以能够控制的方式将转矩从差动齿轮壳体向差动齿轮组传递的机构。将后者常常称为“自由运转(freerunning)差动齿轮”，用于实现所谓的“分时四驱(part-time 4WD)”等的目的。

上述的各机构例如由嵌入于差动齿轮的离合器和将该离合器连结以及分离的促动器的组合来实现。作为促动器有时利用螺线管。

螺线管在往返方向上发挥推力，有时为了将其动作简单化等的目的，采用使螺线管仅在专门一个方向上发挥推力的结构，并在此组合复位弹簧。专利文献1、2公开了相关技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利申请公开2011－099460号

专利文献2:日本专利申请公开2011－122653号

发明内容

从上述的说明可知，为了实现作为锁止差动齿轮、自由运转差动齿轮的动作，利用一个弹簧便已足够。然而本发明者们进一步详细研究，在上述结构中发现应进一步改善的问题。

例如若在连结离合器的朝向使用弹簧，则对于该弹簧而言，需要即使施加转矩也能够保持连结的足够强的弹簧力。若使用螺线管使其发挥与该弹簧力反方向的推力，则需要反抗该强的弹簧力而将离合器分离的大的推力。即需要强力的螺线管，而且需要为其动作投入大的电力。

本发明者们鉴于上述的问题研究出新的促动器的构造，而想到了本发明。

根据本发明的一个方案，差动装置具备：外壳，其接受转矩而能够绕轴旋转；差动齿轮组，其被收纳于上述外壳，能够与第一以及第二车轴结合，且在上述第一以及第二车轴间以允许差动的方式啮合；离合器，其包含内壳和离合器环，该内壳支承上述差动齿轮组，该离合器环为了从上述外壳传递上述转矩而与上述外壳驱动地卡合，并在轴向上移动而与上述内壳以能够分离的方式连结，且该离合器环具有引出到上述外壳的外部的端部；第一弹簧，其在将上述离合器环从上述内壳分离的方向上发挥弹簧力；第二弹簧，其在将上述离合器环与上述内壳连结的方向上发挥弹簧力；以及促动器，其具备柱塞和螺线管，该柱塞被定位于在轴向上对上述离合器环的上述端部发挥推力的位置，该螺线管在电力投入时在将上述离合器环从上述内壳分离的方向上或者将上述离合器环与上述内壳连结的方向上驱动上述柱塞。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的差动齿轮装置的剖视立面图。

图2A是将其促动器以及离合器放大来显示的上述差动齿轮装置的剖视立面图，表示离合器连结的状态。

图2B是将其促动器以及离合器放大来显示的上述差动齿轮装置的剖视立面图，表示离合器分离的状态。

图3是其他的实施方式的差动齿轮装置的剖视立面图。

图4是一变形例的螺线管的剖视立面图。

图5是其他的变形例的螺线管的剖视立面图。

图6是一个例子的用于感测离合器的连结·分离的开关以及压力板的立面图。

图7是示意性地表示针对行程的弹簧力以及推力的变化的图表。

具体实施方式

参照图1至图7，以下说明本发明的几个例示实施方式。

通过以下的说明以及技术方案的保护范围，轴向这个词只要没有特别的说明，则意味着沿着差动装置的旋转轴的方向。而且为了便于说明而区分了左右，然而即使反转左右也能够实施以下的实施方式。并且，利用“接受转矩”、“输出转矩”等的表达，然而这些只是为了便于说明，也有转矩向与说明反方向传递的情况。

以下的说明主要涉及自由运转差动齿轮，然而相同的构造也能够适用于锁止差动齿轮。

参照图1，根据本发明的一实施方式，差动装置主要具备：从发动机或者电动马达接受转矩而绕轴C旋转的外壳1；向右以及左的车轴差动分配转矩的差动齿轮组3；将外壳1和差动齿轮组3以能够分离的方式连结的离合器5；用于驱动离合器5的促动器7；向分离的方向对离合器5施力的第一弹簧9；向连结的方向对离合器5施力的第二弹簧11。与以往的技术不同，利用在相互相反方向上发挥弹簧力的两个弹簧9、11。

差动齿轮组3被支承于内壳31，内壳31从外壳1独立而能够旋转。若离合器5连结，则转矩从外壳1经由内壳31传递到差动齿轮组3，差动齿轮组3将该转矩差动分配给右以及左的车轴。在离合器5分离时转矩不会传递而两车轴能够自由旋转。该差动装置例如能够用于实现分时四驱。当然本实施方式也能够用于其他的目的。

外壳1相对于轴C呈旋转对称的形状，大致为圆筒形，在其内部能够收纳差动齿轮组3、其他的要素。为了便于收纳内部的要素，外壳1可以分割为两个以上，图示的例中在其凸缘部，罩体13能够从主体分离。在卸下罩体13的状态下收纳内部的要素后，未图示的齿圈和罩体13通过螺栓等紧固于主体。齿圈固定于凸缘部，用于接受转矩。

外壳1具备向沿着轴C的方向突出的突起部15、17，通过突起部15、17以能够旋转的方式支承于行星架，而能够绕轴C旋转。一方的突起部15比另一方的突起部17长，能够在此嵌合促动器7。

差动齿轮组3能够适用以能够允许差动的方式啮合的任意类型的齿轮组。图示的例是伞齿轮式，由以下构成：被支承于内壳31的多个小齿轮轴33；以能够绕其周围旋转的方式分别被支承于小齿轮轴33的多个小齿轮35；分别与小齿轮35啮合而相互能够差动的右侧齿轮37和左侧齿轮39。通常，侧齿轮37、39具备如齿条37S、39S的结合装置，而与右以及左的车轴结合。

与图1组合来参照图2A、2B，差动装置为了从外壳1传递转矩，而具备与其卡合的离合器环51。离合器环51的整体大致为环状，在外壳1内，面向内壳31地、而且例如与侧齿轮37的外侧同轴状地配置，在轴向上可动。

离合器环51中，面向内壳31的一端具备离合器齿53。对应地内壳31的一端具备离合器齿55。离合器齿53和离合器齿55被刻为能够相互啮合，而构成离合器5。

离合器环51具备向与面向内壳31的一侧相反方向突出的多个凸部57。该凸部57在周向排列，优选配置为相对于轴C旋转对称。外壳1具备与凸部57对应的多个贯通孔21，通过此处凸部57能够引出到外壳1外。凸部57的侧壁和贯通孔21的侧壁抵接，从而离合器环51从外壳1接受转矩。为了将转矩的一部分转换为轴向的力，也可以是凸部57的侧壁和贯通孔21的侧壁对应地在周向上倾斜。这能成为维持离合器5的连结的辅助。

如图2A所示，若离合器5连结(离合器环51与内壳31连结)，则转矩被传递到差动齿轮组3，如图2B所示，若离合器5分离(离合器环51从内壳31分离)，则差动齿轮组3从外壳1被解放而能自由旋转。

在凸部57的一端，也可以为了便于与后述的柱塞8的抵接，在外壳1的外部结合压力板59。压力板59呈至少一部分在周向上连续的圆盘状。凸部57与压力板59的结合例如能够利用螺纹固定，而能够将离合器环51收纳于外壳1后将压力板59结合于此，但不限于此。

促动器7具备按照被投入的电力来产生磁通的螺线管71、通过该磁通而被驱动的柱塞8。螺线管71可以为包围轴C的形状，柱塞8与其外周、内周或者任意的部位邻接，按照磁通而在轴向上被驱动。附图表示与螺线管71的内周邻接的例。

为了高效地引导磁通，也可以是由具有磁性的材料构成的磁芯73包围螺线管71。而且磁芯73在面向柱塞8的一侧具备间隙75，该情况下，柱塞8以横跨间隙75的方式配置。磁通以不跳跃间隙75而迂回到柱塞8的方式流动，该磁通驱动柱塞8。

磁芯73可以是其整体由具有磁性的材料构成，但也可以是仅包围螺线管71的部分具有磁性，而柱塞8所接触的部分由非磁性材料构成。而且也可以具备从该部分延长的套筒77，优选该套筒77由非磁性材料构成。套筒77与突起部15嵌合，从而螺线管71以及磁芯73相对于轴C被定位于同轴。这些部分由非磁性材料构成有助于防止磁通的泄漏。磁性部分和非磁性部分的结合例如能够利用熔接，然而也可以利用钎焊、螺丝紧固、或者压入等的其他的手段。

为了防止促动器7脱落，也可以以与套筒77接触的方式将挡板79嵌合于突起部15。为了固定挡板79，可以利用压入、钎焊、熔接等的手段。

柱塞8可以是其整体由具有磁性的材料构成，也可以是仅面向磁芯73的部分81具有磁性，面向突起部15以及压力板59的部分83由非磁性材料构成。这有助于提高磁通的利用效率，而且防止磁通的泄漏。磁性部分81和非磁性部分83的结合例如能够利用压入，然而也可以利用粘合、钎焊、或者熔接等的其他的手段。

柱塞8(特别是其磁性部分81)可以以覆盖间隙75的整体的方式配置，也可以以覆盖一部分的方式配置。在产生磁通前的状态下，如图2A所示，柱塞8覆盖间隙75的一部分，如图2B所示，在产生磁通而柱塞8移动到终端时，柱塞8和间隙75的重合变大。或者在该状态下，能够以柱塞8实际覆盖间隙75的整体的方式，设置柱塞8和间隙75的尺寸。根据这样的构造，如图7中曲线M所示，柱塞8处于最初的位置(图2A的位置)时柱塞8和间隙75重合少所以推力小，随着柱塞8移动到终端的位置(图2B的位置)重合变大所以推力急剧变大。

根据如上说明可知，若电力被投入则螺线管71将柱塞8向各图中右方，即向将离合器环51从内壳31分离的方向驱动。或者代替此，也可以是若电力被投入则螺线管71将柱塞8向各图中左方，即向将离合器环51与内壳31连结的方向驱动。而且在图1至图2B所示的例中，随着柱塞8向离合器5分离的方向移动，间隙75的位置(图中靠右)使推力变大。代替此，也可以是间隙75位于随着柱塞8向离合器5连结的方向移动使推力变大的位置(图中靠左)。

返回参照图1至图2B，第一弹簧9例如在压力板59和外壳1之间，被压缩夹设而产生弹簧力，向将离合器环51从内壳31分离的方向对压力板59施力。

第二弹簧11例如在柱塞8和磁芯73之间，被压缩夹设而产生弹簧力，向将离合器环51与内壳31连结的方向对柱塞8施力。柱塞8能够具备与第二弹簧11对应的圆筒状的空洞，也可以在其中内设第二弹簧11。

柱塞8的形状以及两个弹簧9、11的配置可以有各种变形。例如也可以如图3所示，柱塞8的一部分、例如与压力板59相接的一端向径向外侧以凸缘状突出，也可以在该部分和磁芯73之间夹设第二弹簧11。

进一步，或者虽未图示，也可以是该凸缘状部分越过压力板59向离合器5的方向延伸，从该部分向径向外侧以凸缘状突出，而与压力板59的背面(面向离合器5的面)卡合。该情况下，螺线管71由于其推力，而拉动柱塞8。并且，第一弹簧9也可以在该凸缘状部分和压力板59的背面之间弹性夹设。而且第二弹簧11也可以配置为在外壳1内推压离合器环51的背面。

如上述的任意实施方式，通过组合在相互相反方向上发挥弹簧力的两个弹簧9、11，而如图7所示对离合器环51施加弹簧力。图7中，折线D表示相对于离合器环51的行程S的弹簧力F。在双方的弹簧未达到伸缩极限的范围(图中虚线左侧)内，双方的弹簧的弹簧力相互抵消，所以折线D的倾斜比较小。若一方的弹簧达到伸缩极限(图中虚线右侧)，则仅有另一方的弹簧的弹簧力作用于离合器环51，折线D的倾斜急剧变大。

能够容易理解，折线D的形状可以根据两个弹簧9、11的弹簧系数以及伸缩极限的长度来适当地调整。即，在双方的弹簧未达到伸缩极限的范围内的倾斜取决于两个弹簧9、11的弹簧系数之差，达到后的倾斜取决于另一方的弹簧的弹簧系数。折线D的弯曲点取决于两者的伸缩极限的长度的关系。

并且，通过适当地选择两个弹簧9、11以及促动器7的结构，从而能够变更对电力的投入的离合器5的响应。图7所示的例中，第二弹簧11的弹簧系数更大，对应于离合器5常时连结的方式。该情况下，促动器7构成为在投入电力时螺线管71将离合器5分离(电力接通－离合器自由(free))。代替此，若使第一弹簧9的弹簧系数更大，则离合器5常时分离。该情况下，促动器7构成为在投入电力时螺线管71将离合器5连结(电力断开－离合器自由)。

不管怎样，在投入电力的最初，促动器7只能发挥比较小的推力，而且其上升也比较小，然而由于两个弹簧9、11的抗力的上升也比较小，所以促动器7的推力能够始终超过该抗力。在驱动的终端附近促动器7的推力急剧上升，所以即使两个弹簧9、11的抗力急剧上升，也是促动器7的推力始终超过该抗力。对于弹簧的抗力，不需要采用过度强力的螺线管，不需要投入大的电力。而且如果减去弹簧9、11的抗力(图7中曲线M和折线D之差)，则促动器7的推力，不取决于行程而几乎恒定。这些有助于省电化、稳定的推力的发挥、或者防止对柱塞施加过大的冲击。

能够采用限制柱塞8的可动域的构造。例如能够将这些尺寸设计为在图2B所示的促动器7的驱动的终端，柱塞8与磁芯73接触。如果这样则能够利用促动器7的推力最大的附近，所以能够高效地利用电力。而且柱塞8仅通过促动器7被准确地定位，所以不需要用于规定柱塞8的位置的其他的要素，例如不需要将离合器环51、压力板59的位置关系精密地规定，所以加工、组装明显变得容易。

而且也可以将柱塞8的尺寸设计为在柱塞8移动到终端时，柱塞8的前端从压力板59稍微分离。压力板59属于旋转系然而柱塞8属于静止系，所以如果两者相接则相互产生摩擦而成为能量损失的原因。通过柱塞8的前端从压力板59稍微分离，从而能够防止该能量损失。

相反方向(将离合器5连结的方向)上可动域自动被限制。例如如果不对螺线管71投入电力，则在两个弹簧9、11的弹簧力抗衡的点上柱塞8停止。

当然也能够采用将可动域能动地限制的构造。例如如图4所示，在柱塞8，例如在其非磁性部分83形成接触面83F，以与该接触面83F抵接的方式设置限位器85。限位器85例如能够固定于套筒77。或者如图5所示，也可以使套筒77向径向外侧弯曲，该部分77P与接触面83F抵接从而限制柱塞8的可动域。

通过如上述限制可动域，例如能够使离合器齿53的齿顶不与离合器齿55的齿底(或者离合器齿55的齿顶不与离合器齿53的齿底)接触。若在齿顶与齿底接触的状态下施加转矩，则有可能对齿顶产生预想不到的较大的集中应力，这是缩短离合器齿53、55的寿命的重要因素。通过限制可动域而使齿顶不与齿底接触，则延长离合器齿53、55的寿命，或者提高针对苛刻的使用环境的耐久力。

差动装置也可以还具备检测离合器5是否连结的装置。例如能够利用图6所示的电开关19。开关19例如具备伸缩的杆91、用于固定于行星架的挡板93、被引出到外部的电缆95。杆91的前端例如与压力板59抵接，开关19根据压力板59的位置开/关，能够经由电缆95从外部检测离合器5是否连结。该装置根据压力板59的位置来直接检测离合器5的连结/分离，与根据是否对促动器投入电力来间接检测相比，更可靠地检测离合器5的状态。

通过直接检测离合器5是否连结，能够将差动装置更省电地运用。根据图7可知，促动器7的推力始终超过弹簧9、11的抗力，然而离合器5的连结(或者分离)结束后，该推力过大。因此也可以在检测到连结(或者分离)后，降低投入电力，来抑制电力消耗。

通过优选的实施方式来说明了本发明，然而本发明不限于上述实施方式。基于上述公开内容，具有本技术领域的通常的技术的技术人员可以通过实施方式的修正或者变形来实施本发明。

工业上的利用可能性

提供省电且组装容易的差动装置。

Claims (9)

1.一种差动装置，其特征在于，具备：

外壳，其接受转矩而能够绕轴旋转；

差动齿轮组，其被收纳于上述外壳，能够与第一以及第二车轴结合，且在上述第一以及第二车轴间以允许差动的方式啮合；

离合器，其包含内壳和离合器环，该内壳支承上述差动齿轮组，该离合器环为了从上述外壳传递上述转矩而与上述外壳驱动地卡合，并在轴向上移动而与上述内壳以能够分离的方式连结，且该离合器环具有引出到上述外壳的外部的端部；

第一弹簧，其在将上述离合器环从上述内壳分离的方向上发挥弹簧力；

第二弹簧，其在将上述离合器环与上述内壳连结的方向上发挥弹簧力；以及

促动器，其具备柱塞和螺线管，该柱塞被定位于在轴向上对上述离合器环的上述端部发挥推力的位置，该螺线管在电力投入时在将上述离合器环从上述内壳分离的方向上或者将上述离合器环与上述内壳连结的方向上驱动上述柱塞。

2.根据权利要求1所述的差动装置，其特征在于，

上述螺线管具备磁芯，该磁芯为了引导基于上述电力而产生的磁通而至少一部分由具有磁性的材料构成且包围上述螺线管，上述第二弹簧弹性地夹设在上述磁芯和上述柱塞之间。

3.根据权利要求2所述的差动装置，其特征在于，

上述柱塞、上述磁芯以及上述第二弹簧的尺寸被设计为上述柱塞与上述磁芯接触而停止。

4.根据权利要求2所述的差动装置，其特征在于，

上述磁芯具备间隙，上述柱塞被配置为与上述间隙邻接，且能够从部分覆盖上述间隙的位置移动到覆盖上述间隙的整体的位置。

5.根据权利要求1所述的差动装置，其特征在于，

上述离合器环还具备能够与上述柱塞抵接的压力板。

6.根据权利要求5所述的差动装置，其特征在于，

上述第一弹簧弹性地夹设在上述压力板和上述外壳之间。

7.根据权利要求5所述的差动装置，其特征在于，

上述柱塞或者上述第二弹簧的尺寸被设计为在上述离合器环与上述内壳连结时上述柱塞不与上述压力板相接。

8.根据权利要求1所述的差动装置，其特征在于，

上述第二弹簧被弹性地内置于上述柱塞。

9.根据权利要求1所述的差动装置，其特征在于，

上述第二弹簧弹性地夹设在上述柱塞和上述磁芯的外表面之间。