(57)【要約】本発明は、車両用変速機における少なくとも１個のシフト要素のための電気機械式アクチュエータ装置に関する。本発明による電気機械式アクチュエータ装置は、少なくとも１個の駆動手段を備え、この駆動手段はシフト要素を操作するための操作手段に結合する。操作手段は、球面状斜面（４）に連結動作するよう連結した少なくとも１つのばね系と、シフト要素を操作するために球面状斜面（４）に加えられる操作力を操作するための操作機構とを有する。【選択図】図３
2013503304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用変速機における少なくとも１個のシフト要素のための電気機械式アクチュエータ装置であって、少なくとも１個の駆動手段を備え、該駆動手段は前記シフト要素を操作するための操作手段に結合する電機機械式アクチュエータ装置において、
前記操作手段は、球面状斜面（４）に連係動作するよう連結した少なくとも１つのばね系と、前記シフト要素を操作するために前記球面状斜面（４）に加えられる操作力を操作するための操作機構とを有する構成としたことを特徴とする電気機械式アクチュエータ装置。
【請求項２】
請求項１記載の電気機械式アクチュエータ装置において、前記操作機構は、前記駆動手段により回転可能な少なくとも１個の中空ギヤセグメント（５）を有し、前記ばね系の一方の端部を前記中空ギヤセグメント（５）に連結し、前記ばね系の他方の端部をレバー要素（８）を介して前記球面状斜面（４）に連結したことを特徴とする電気機械式アクチュエータ装置。
【請求項３】
請求項２記載の電気機械式アクチュエータ装置において、最大の操作力を発生させるために前記ばね系におけるばね力の方向を前記球面状斜面（４）の回転軸線（１０）に対して接線方向に指向させるとぎ、前記ばね系の前記ばね力を、前記レバー要素（８）を介して前記球面状斜面（４）の第１環状ハーフ（９）に対して周方向に加える構成としたことを特徴とする電気機械式アクチュエータ装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の電気機械式アクチュエータ装置において、前記操作力を生じないようにするには、前記ばね系の前記ばね力を、前記球面状斜面（４）の前記回転軸線（１０）に向けて半径方向に指向させるよう構成したことを特徴とする電気機械式アクチュエータ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の電気機械式アクチュエータ装置において、前記球面状斜面（４）の前記操作力は、操作要素（１１）を介して前記シフト要素として構成した操作すべき多板クラッチ（３）するに伝達可能に構成したことを特徴とする電気機械式アクチュエータ装置。
【請求項６】
請求項５記載の電気機械式アクチュエータ装置において、前記操作要素（１１）は、対応する傾斜輪郭を設けて構成した第２環状ハーフによる球面状斜面の回転に伴い、前記多板クラッチ（３）の摩擦板セットを軸線方向に変位可能とし、これにより所定の操作力が発生するよう構成したことを特徴とする電気機械式アクチュエータ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項記載の電気機械式アクチュエータ装置において、前記ばね系を２個の互いに入れ子式に配置したばね（６，７）で構成したことを特徴とする電気機械式アクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項２記載の電気機械式アクチュエータ装置において、少なくとも前記ばね系及び前記操作機構を、前記シフト要素として構成した多板クラッチ（３）の半径方向外側に配置したことを特徴とする電気機械式アクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段においてより詳細に記載する、車両用変速機における少なくとも１個のシフト要素のための電気機械式アクチュエータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車技術において周知のように、自動変速機におけるシフト要素は油圧により操作される。この目的のため、オイルポンプを車両の内燃機関におけるクランク軸によって駆動し、制御装置及び関連する制御弁により上記油圧媒体で、シフト要素を操作するピストンに負荷を加える。このことは、油圧操作のために大きな構造的占有空間が必要であるだけでなく、シフト要素の操作が内燃機関の駆動中にしかできないという欠点を有する。この結果、車両における始動・停止機能及びハイブリッド機能が制約を受ける。
【０００３】
さらに、特許文献１（独国特許出願公開第１０２３６５１６号）には、電気機械的に操作するクラッチが開示されており、このクラッチに必要な押圧力は環状の傾斜面システムにより発生させる。この傾斜面システムは電気的駆動ユニットで変位し、傾斜面システムにおける伝達リングの回転により生じた軸線方向力がクラッチの押圧プレートに加えられることによりクラッチが繋がる。この場合、電気的駆動ユニットを所要の押圧力、又は操作力を発生可能に構成する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２３６５１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、できるだけ僅かな構造的占有空間及び駆動力しか必要としない、上述したタイプの電気機械式アクチュエータ装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１記載の特徴により解決することができる。本発明の有利な実施形態は、従属請求項及び図面に記載したとおりである。
【０００７】
本発明は、少なくとも１個のシフト要素、特に自動変速機における動力シフト要素のための電気機械式アクチュエータ装置を提供する。本発明による電気機械式アクチュエータ装置は、少なくとも１個の駆動手段を備え、この駆動手段はシフト要素を操作するための操作手段に結合する。上記操作手段は、球面状斜面と連係動作するよう連結した少なくとも１つのばね系と、シフト要素を作動させるために球面状斜面に加えられるばね力を操作するための操作機構とを有する。
【０００８】
これにより、本発明のアクチュエータ装置においては、ばね補償によるシフト要素操作が実現され、この場合、プリセットしたばね力によって所要の操作力に操作するには、単に駆動手段によって球面状斜面に作用するばね力の向きを変えるだけでよく、このためには、僅かな仕事率でも大きな操作力を得ることができる。向き又はばね系の操作は、駆動手段で動作する操作機構により電気機械的に生ずる。本発明におけるアクチュエータ装置の補償システムにおいては、ばね系により大きな操作力をポテンシャルエネルギーとして蓄積することができる。この場合、上記駆動手段は単にばね系を制御する、又はばね系の力の向きを制御するだけであり、このためには、必要とされる電力も相応に少なくて済む。
【０００９】
また、本発明の電機機械式アクチュエータ装置は、油圧駆動手段に対して省力化を可能にするものであり、このことは必要とされる油圧による仕事率の減少により達成される。さらに、車載電気系統からのエネルギー供給を所要量に応じて適合させることが、本発明によるアクチュエータ装置の電気的駆動手段により実現可能である。これに加え、コストのかかるチャネルや油圧駆動手段に不可欠な構成部材を使用する必要がない。本発明によるアクチュエータ装置のさらなる利点として、内燃機関及びハイブリッド駆動ユニットにおける始動・停止機能が実現可能な点を挙げることができる。
【００１０】
本発明の特に好適な一実施形態において、操作機構は、駆動手段により回転可能な少なくとも１個の中空ギヤセグメントを有する。この中空ギヤセグメントには、ばね系の一方の端部を固定し、ばね系の他方の端部はレバー要素を介して球面状斜面の第１環状ハーフに連結する。これにより、ばね系の力の向き、及びこの力の向きに応じて球面状斜面に加わる回転モーメントを操作するために、中空ギヤセグメント又は中空ギヤを使用することができる。この中空ギヤセグメントを、例えば電気的に駆動される駆動ギヤで駆動させることによりばね作用の及ぶ方向を規定することができる。ばね系における力線が中心軸線、又は球面状斜面の回転軸線を通るよう延在する場合には、球面状斜面に対して回転モーメント又は操作力が及ばないため、ばね系が生ずるばね力でシフト要素又は多板クラッチを操作することはない。ばね系における力線が球面状斜面の回転軸線に対して接線方向に指向する場合には、球面状斜面に対して最大の操作モーメントが加わり、従って操作すべきシフト要素に対しても最大の操作力が及ぶ。中空ギヤセグメントを異なる中間位置に位置させることにより、操作力の値をゼロから最大値の間で設定することができる。
【００１１】
所定の操作力をシフト要素に伝達するため、本発明における別の一実施形態においては、球面状斜面を操作要素又はこれに類似したものに連結し、この操作要素を介して球面状斜面の回転をシフト要素に作用する操作力として伝達させることができる。例えば操作要素は、対応する傾斜輪郭を設けた第２環状ハーフに基づく球面状斜面の回転に伴い、シフト要素として構成した多板クラッチの摩擦板セットを軸線方向に変位させ、所定の操作力を加えることができる。すなわち、操作要素は、球面状斜面又は球面状斜面の第２環状ハーフにより軸線方向に変位し、これによりばね系で発生したポテンシャルエネルギーを操作力として多板クラッチに伝達する。
【００１２】
ばね系は、例えば２個の互いに入れ子式に配置したばねで構成することができるが、他のばね機構、又は１個のばねのみを使用することもできる。
【００１３】
構造的占有空間をコンパクトにするため、例えば少なくともばね系及び操作機構を、変速機ハウジング内においてシフト要素として構成した多板クラッチの半径方向外側に配置することができるが、他の配置法も実施可能である。
【００１４】
以下、本発明を添付図面につき、さらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】シフト要素用の、本発明による電気機械式アクチュエータ装置における全体の作動原理を示す略図である。
【図２】本発明による電気機械式アクチュエータ装置を示す部分断面図である。
【図３】図２に示すＡ‐Ａ線上の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明による電気機械式アクチュエータ装置における全体の作動原理を示す。図示のように、アクチュエータ装置は、電動モータ１に駆動される駆動ギヤ２を駆動手段として備え、この駆動手段は、多板クラッチ３として構成したシフト要素を操作するための操作手段に結合する。この操作手段は、球面状斜面４に連係動作するよう連結したばね系と、多板クラッチ３を操作するために球面状斜面４に作用する操作力を操作するための操作機構とを有する。操作機構としては、駆動ギヤ２により回転可能な中空ギヤセグメント５を設ける。図１は、操作機構における２つの位置のみを例示するが、図面の双頭矢印は、図示の操作機構における２つの位置以外の中間位置にも操作機構を配置できることを示す。
【００１７】
図２及び図３は、本発明によるアクチュエータ装置におけるあり得る一実施形態を示す。ばね系は２個の互いに入れ子式に配置したばね６，７で構成し、この場合、それぞれのばね６，７における第１端部を回転可能な中空ギヤセグメント５に固定し、それぞれのばね６，７における第２端部はレバー要素８を介して球面状斜面４の第１環状ハーフ９に固定する。
【００１８】
図２は、操作機構又は中空ギヤセグメント５を、ばね６，７の弾性力、又は力のベクトルが球面状斜面４の回転軸線１０に対して平行に指向した状態で示しているため、ばね力はレバー要素８を介して球面状斜面４の第１環状ハーフ９に対して周方向に加えられる。この状態では、最も大きな操作モーメントが球面状斜面４に加えられる。
【００１９】
図３に示す中空ギヤセグメント５の位置においては、ばね６，７の弾性力が球面状斜面４の回転軸線１０方向に指向しており、ばね力又は操作モーメントが球面状斜面４に作用しない。従って、この状態では、操作すべき多板クラッチ３には何ら操作力が作用しない。また、特に、やはり図３から明らかなように、球面状斜面４に加わるばね力は、操作要素１１を介して操作すべき多板クラッチ３の摩擦板セットに伝達される。このために、操作要素１１は、対応する傾斜輪郭を設けて構成した球面状斜面４の第２環状ハーフに連結する。この構成によれば、第２環状ハーフ１２の回転に伴い操作要素１１の軸線方向変位を生じ、これにより、多板クラッチ３の摩擦板セットの方向に所定の操作力を加えることができる。両環状ハーフ９，１２は、転動体１３を介して互いに隣接させて配置する。
【００２０】
本発明によるアクチュエータ装置によれば、球面状斜面４が操作要素１１を介して多板クラッチ３の摩擦板セットを直接的に操作する。球面状斜面４の操作は、ばね系によって生じ、このばね系の力の方向、又は力のベクトルは、操作機構により変化することができる。すなわち、ばね系はレバー要素を介して球面状斜面４に作用し、その際、操作機構の歯付きの中空ギヤセグメント５により、ばね力の向きを変えることができる。好適には、操作機構は、多板クラッチ３の摩擦板セットの半径方向外側に配置することができる。上述したように、本発明によるアクチュエータ装置は、多板クラッチ３を操作するための回転角制御システムを備える。
【符号の説明】
【００２１】
１    電動モータ
２    駆動ギヤ
３    多板クラッチ
４    球面状斜面
５    中空ギヤセグメント
６    ばね
７    ばね
８    レバー要素
９    球面状斜面の第１環状ハーフ
１０  球面状斜面の回転軸線
１１  操作要素
１２  球面状斜面の第２環状ハーフ
１３  転動体
【図１】
2013503304.tif 000003
【図２】
2013503304.tif 000004
【図３】
2013503304.tif 000005
【国際調査報告】
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2013503304.tif 000007
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2013503304.tif 000009
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