(57)【要約】  本発明は、特に電気モータによって駆動可能な自動車駆動軸のための差動アセンブリに関する。差動アセンブリ２は、駆動歯車６と、入力部分１３及び２つの出力部分２０，２２を有する差動駆動装置３とを有しており、出力部分２０，２２が入力部分１３に駆動的に接続されており、かつ互いに対して差動効果を有しており、駆動歯車６と差動駆動装置３との間に有効に配置された継手４を有しており、継手４の閉鎖条件においてトルクが駆動歯車６から差動駆動装置３へ伝達され、継手４の開放条件においてトルクの伝達が中断されるようになっており、継手４を作動させるための制御可能なアクチュエータ５と、継手４の少なくとも３つの切替位置を決定するためのセンサ４４とを有する。さらに、本発明は、このような差動アセンブリ２を備えた駆動アセンブリ４７に関する。
2013512402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に電気モータによって駆動可能な自動車駆動軸のための差動アセンブリにおいて、
駆動歯車（６）と、
入力部分（１３）及び２つの出力部分（２０，２２）を備えた差動駆動装置（３）とが設けられており、
出力部分（２０，２２）が、入力部分（１３）に駆動可能に接続されておりかつ互いに対して差動効果を有しており、
駆動歯車（６）と差動駆動装置（３）との間に有効に配置された継手（４）が設けられており、該継手（４）の閉鎖された条件においてはトルクが駆動歯車（６）から差動駆動装置（３）へ伝達されるようになっており、継手（４）の開放した条件においてはトルクの伝達が中断されるようになっており、
前記継手（４）を作動させるための制御可能なアクチュエータ（５）が設けられており、
前記継手（４）の少なくとも３つの切替位置を測定するためのセンサ（４４）が設けられていることを特徴とする、差動アセンブリ。
【請求項２】
継手（４）の第１の継手部分（２５）が差動駆動装置（３）の差動キャリヤ（１３）に結合されており、継手（４）の第２の継手部分（２６）が、差動駆動装置（３）の差動ハウジング（７）に関して、回転方向で固定されかつ軸方向で可動に保持されている、請求項１記載の差動アセンブリ。
【請求項３】
前記アクチュエータ（５）が、電磁石（２９）及び軸方向に変位可能なピストン（３０）を有しており、該ピストン（３０）は、電磁石（２９）に電流が供給された時に継手（４）に向かって軸方向に付勢されるようになっており、前記ピストン（３０）が、電磁石（２９）の無電流条件においては継手（４）から離れて配置されている、請求項１又は２記載の差動アセンブリ。
【請求項４】
ピストン（３０）と第２の継手部分（２６）との間に、ピストン（３０）に関して第２の継手部分（２６）の回転運動を切り離すための滑動手段（３７）が配置されており、特に、滑動手段（３７）が常磁性である、請求項３記載の差動アセンブリ。
【請求項５】
前記滑動手段（３７）が滑動ブシュ（３７）を含み、該滑動ブシュが、少なくとも間接的に、第２の継手部分（２６）に軸方向で支持されている、請求項４記載の差動アセンブリ。
【請求項６】
滑動手段（３７）と第２の継手部分（２６）との間及び／又は滑動手段（３７）とピストン（３０）との間に対になった面が形成されており、前記対になった面が、低い摩擦係数を有する、請求項４又は５記載の差動アセンブリ。
【請求項７】
センサ（４４）と協働する送信機エレメント（３８）が設けられており、該送信機エレメント（３８）が、アクチュエータ（５）が作動させられた時に軸方向に移動させられるように設計されている、請求項２から６までのいずれか１項記載の差動アセンブリ。
【請求項８】
前記送信機エレメント（３８）が、少なくとも間接的に、第２の継手部分（２６）に結合されており、特に環状のディスクの形態で提供されており、アクチュエータ（５）が作動させられた時に送信機エレメント（３８）が第２の継手部分（２６）とともに軸方向に移動させられるようになっている、請求項７記載の差動アセンブリ。
【請求項９】
少なくとも間接的に第２の継手部分（２６）と差動ハウジング（７）との間に配置された戻しばね（４３）が設けられており、該戻しばね（４３）が、継手（４）を開放させる方向で第２の継手部分（２６）を負荷している、請求項２から８までのいずれか１項記載の差動アセンブリ。
【請求項１０】
前記送信機エレメント（３８）が、少なくとも間接的にピストン（３０）に結合されており、前記送信機エレメント（３８）が、特にピストン（３０）から半径方向外方へ延びている、請求項７記載の差動アセンブリ。
【請求項１１】
前記センサ（４４）が、送信機エレメント（３８）の経路を表す信号を決定する、請求項７から１０までのいずれか１項記載の差動アセンブリ。
【請求項１２】
前記センサ（４４）が無接触センサであり、特に磁界センサ（ホールセンサ）又は誘導センサである、請求項１から１１までのいずれか１項記載の差動アセンブリ。
【請求項１３】
前記センサ（４４）が、電磁石（２９）に隣接するように配置されており、特に電磁石（２９）の領域に軸方向に配置されておりかつ電磁石（２９）に半径方向で隣接している、請求項３から１２までのいずれか１項記載の差動アセンブリ。
【請求項１４】
特に電気モータ（４８）を制御するために働く電子制御ユニットが設けられており、センサ（４４）から電子制御ユニットへセンサ信号が送信されるようになっており、センサ信号が評価される時、特に電磁石（２９）のコイル電流を表す電流信号が考慮される、請求項２から１３までのいずれか１項記載の差動アセンブリ。
【請求項１５】
自動車の駆動軸を駆動するための駆動アセンブリであって、電気モータ（４８）と、該電気モータ（４８）によって駆動することができる差動アセンブリ（２）とが設けられている形式のものにおいて、
該差動アセンブリ（２）が、請求項１から１４までのいずれか１項記載のように設計されていることを特徴とする、自動車の駆動軸を駆動するための駆動アセンブリ。
【請求項１６】
電気モータ（５）が、特に完全に開放した位置と完全に閉鎖した位置との間の切替位置において、継手（４）の切替位置に依存して制御される、請求項１５記載の駆動アセンブリ（４７）における電気モータ（４８）を制御する方法。
【請求項１７】
電気モータが、電磁石を制御するための電流に依存して、好適には周囲温度にも関して制御される、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明
本発明は、特に自動車の動力伝達経路において使用するための、差動アセンブリに関する。前記形式の差動アセンブリは、トルクを駆動モータから駆動軸の２つの側軸へ伝達するために働く。さらに、本発明は、電気駆動装置及び電気駆動装置によって駆動することができるこのような差動アセンブリを備えた駆動アセンブリに関する。
【０００２】
米国特許第６０２７４２２号明細書から、四輪駆動車両のための切替可能な同期化装置が知られている。同期化装置は、二輪駆動及び四輪駆動に適しているように切り替えることができる。この目的のために、閉鎖状態においてはトルクを差動装置に伝達しかつ開放状態においてはトルクの流れを中断する切替可能な爪継手を備えた差動アセンブリが設けられている。
【０００３】
独国特許出願公開第１０２１６２９０号明細書から、二輪駆動から四輪駆動へ変化させるために適した同様の差動装置機構が知られている。差動機構は、差動駆動装置と、継手と、継手を作動させるための電磁アクチュエータとを有している。
【０００４】
独国特許出願第１０１５１７１３号明細書は、ハイブリッド車両のための差動システムを提案している。ハイブリッド車両は、内燃機関を備えた前輪駆動システムと、電気モータを備えた後輪駆動システムとを有する。減速歯車を介して、電気モータは、トルクを左側及び右側の側軸に伝達するアクスル差動装置を駆動する。駆動条件を記録しかつ電気モータのためのモータ信号を生成するためのセンサを備えた制御システムが設けられている。通常の駆動条件において、内燃機関は前輪を駆動する。必要であれば、例えば車両を始動又は加速する場合又は前輪がスリップする場合に、後輪が付加的に電気モータによって駆動される。
【０００５】
独国特許出願公告第１０２００４０３９８２６号明細書からクラッチユニットが知られており、入力軸の回転と出力軸の回転とが、係合のために適切になるために互いに対応するまで、ドッグクラッチの係合を制限することができる。これにより、トルクを減速機構を介して駆動源から車輪へ確実に伝達することができる。
【０００６】
米国特許出願公開第２００８／０１２２４３６号明細書から、電磁アクチュエータアセンブリ、及び電磁アクチュエータアセンブリを有する差動アセンブリが知られている。電磁アクチュエータアセンブリは、フレームと、可動なプランジャと、プランジャと共に移動するためにプランジャに結合された第１及び第２のセンサターゲットと、フレーム及び制御装置に結合された第１及び第２のセンサとを有する。第１及び第２のセンサは、第１又は第２のセンサターゲットの位置を検出し、検出に応答して第１及び第２のセンサ信号を生成するように構成されている。
【０００７】
電気モータは、制限された速度範囲を有し、したがって、通常は、電気モータに加えて主駆動装置としての内燃機関を有する自動車における補助的な駆動装置として使用される。したがって、電気モータは主として、例えば頻繁な始動及び制動運転が要求される都市交通において、車両を駆動するための低い車両速度のために使用される。電気モータによって提供される比較的高いトルク値により、良好なトラクション条件及び良好な始動挙動が存在する。より高い車両速度においては、例えば長距離運転の間は、電気モータはオフに切り替えられ、これにより、電気モータの抗力モーメントが自動車の効率及び燃料消費量に悪影響を与えることはない。電気モータをオフに切り替えるために、電気モータと差動装置駆動装置との間の動力伝達経路に配置された制御可能な継手が使用される。
【０００８】
本発明の課題は、特に自動車の動力伝達経路において電気モータによって駆動される駆動軸のための、差動アセンブリを提案することであり、この差動アセンブリは、継手の切替条件を確実に識別し、単純でかつスペース節約的な設計を有する。
【０００９】
前記課題は、駆動歯車と、入力部分及び２つの出力部分を有する差動駆動装置とが設けられており、出力部分が、入力部分に駆動的に接続されておりかつ互いに関して差動効果を有しており、駆動歯車と差動駆動装置との間に有効に配置された継手が設けられており、継手の閉鎖された条件においてはトルクが駆動歯車から差動駆動装置へ伝達され、継手の開放した条件においてはトルクの伝達が中断されるようになっており、継手を作動させるための制御可能なアクチュエータが設けられており、継手の少なくとも３つの切替位置を測定するためのセンサが設けられている、特に電気モータによって駆動可能な自動車駆動軸のための、差動アセンブリを提供することによって達成される。
【００１０】
ここでいう「少なくとも３つの切り替えられる位置」とは、センサが、継手が完全に開放した第１の切り替えられる位置及び継手が完全に閉鎖される第２の切り替えられる位置に加えて、少なくとも１つ、好適には２つ以上の、第１及び第２の切り替えられる位置の間の中間位置を識別することができることを意味する。センサが記録することができる中間位置が多くなるほど、継手の位置識別の精度が高まる。本発明による継手の切り替えられる位置の決定は、他の構成部材の切り替えられる位置の決定をも含み、その位置は、継手の切り替えられる位置を表す。差動駆動装置の入力部分は例えば差動キャリヤであることができ、この差動キャリヤは差動ケージと呼称することもできる。かさ歯車差動装置又はクラウン歯車差動装置が使用される場合、差動駆動装置の出力部分は側軸歯車であることができる。遊星歯車差動装置が使用される場合、出力部分は、中空歯車及び／又は太陽歯車であることもできる。
【００１１】
本発明の差動アセンブリの利点は、センサが、少なくとも１つの中間位置を記録することができ、この中間位置を、次いで、電気モータを制御するための入力値として使用することができることである。これにより、制御精度が高まり、エラー傾向が減じられる。センサが、継手の位置、又は継手の位置を表す構成部材の位置を、増大する段階で、すなわち連続的に決定することができると特に有利である。これにより、センサは、継手の切り替えられる位置を、少なくとも継手の切替移動の部分的範囲に亘って正確に記録することができる。このように、位置を特に正確に記録することができ、電気モータは、入力信号としてのセンサ信号に基づきより迅速かつより正確に制御することができる。好適な実施形態によれば、継手及びアクチュエータは、差動駆動装置の回転軸線に対して同軸に配置されている。これは、ユニット全体のコンパクトな設計を提供する。
【００１２】
継手は、好適には形状ロッキング継手の形態、特に好適には歯列継手又は爪継手の形態で提供されている。トルクの伝達を開始又は中断することができるその他の形式の継手、例えば摩擦継手も考えられることはいうまでもない。
【００１３】
好適な実施形態によれば、継手は、差動駆動装置の作動キャリヤに結合された第１の継手部分と、差動ハウジングに関して回転方向では固定されかつ軸方向では可動に保持された第２の継手部分とを有する。単純な製造及び組立て手順のために、差動キャリヤ及び第２の継手部分が一体に製造されると特に有利である。第１の継手部分は、歯、爪又は同様のものの形態で差動キャリヤの端面に設けることができる。第２の継手部分は、好適には、少なくとも部分的に差動ハウジング内に配置されており、アクチュエータは、好適には、差動ハウジングの外側に、特に軸方向で第２の継手部分に隣接するように配置されている。差動ハウジング内に位置決めされた継手を、差動ハウジングの外側に配置されたアクチュエータによって作動させることができるように、差動ハウジングには好適には軸方向の開口が設けられており、この開口を、第１の継手部分の軸方向突出部が通過する。さらに、有利な実施形態によれば、差動ハウジングは、アクチュエータが配置されたスリーブ突出部を有する。回転する差動ハウジングを固定されたハウジングに支持するために働くころがり接触軸受を介して、アクチュエータを軸方向で支持することができる。
【００１４】
好適な実施形態によれば、アクチュエータは、電磁石及びピストンを有する電磁アクチュエータである。ピストンは好適には、電磁石に電流が供給された時には継手に向かって軸方向に付勢され、無電流条件では継手から離れて電磁石に向かって移動するように設計されている。ピストンは好適には、特に強磁性材料から成るアンカエレメントの形態のピストンと、アンカエレメントにしっかり結合されかつ特に常磁性、若しくは非磁性の材料から成るスリーブとを有する。電磁アクチュエータは、差動ギヤボックスに近接して配置することができかつ付加的な構成部材を要しないので、スペースの観点から利点を有する。しかしながら、電磁アクチュエータの代わりに、液圧式アクチュエータ又は空圧式アクチュエータも使用できることはいうまでもない。
【００１５】
発明の好適な別の実施形態によれば、滑動手段がピストンと第２の継手部分との間に、特に滑動ブシュの形態で設けられている。滑動手段は、定置のピストンに関して、回転する第２の継手部分の回転運動を切り離すように働き、これにより、摩耗が減じられる。好適には、滑動手段は、常磁性、若しくは非磁性である。滑動手段は２つの機能を有する：第１に、電磁石と継手との間の間隔を増大させる機能であり、その結果、磁気漏れが減じられ、作動力が増大される。第２に、回転部分と、非回転部分、すなわちピストンとの間の摩擦値を減じる機能である。これにより、ピストン及びアンカは、回転部分と一緒に回転することを防止され、これにより、摩耗が減じられる。滑動手段は、ピストンと第２の継手部分との間の経路のどこかに配置された別個のエレメントを含むことができる。しかしながら、滑動手段は、摩擦低減コーティングの形態であってよく、このコーティングは、ピストンと第２の継手部分との間の経路に配置された部分のうちの少なくとも１つ、すなわち、ピストン及び／又はあらゆる中間部分及び／又は第２の継手部分に提供される。
【００１６】
好適な実施形態によれば、滑動手段は、第２の継手部分に、少なくとも間接的に、軸方向に支持された滑動ブシュの形態で設計されている。滑動手段により、滑動手段と、第２の継手部分又は第２の継手部分に結合された構成部材との間の表面対、若しくは滑動手段と、ピストン又はピストンに結合された構成部材との間の表面対は、より低い摩擦係数を特徴とする。より低い摩擦係数とは、特に、鋼／鋼組合せのものよりも小さな摩擦係数であることを意味する。滑動手段は、例えば、銅から形成することができるか又は銅を含むことができるが、あらゆるその他の適切な減摩材料から成ることもできる。
【００１７】
好適な実施形態によれば、送信機エレメントが設けられており、この送信機エレメントは、センサと協働し、アクチュエータが作動させられた時に軸方向に移動させられるように設計されている。第１の可能性によれば、送信機エレメントは少なくとも間接的にしっかりと第２の継手部分に結合されており、送信機エレメントは、作動装置が動作中の時に第２の継手部分と一緒に軸方向に移動する。送信機エレメントは、好適には、第２の継手部分にしっかりと結合されかつ第２の継手部分と一緒に回転軸線を中心に回転する環状のディスクの形態で提供されている。特に、環状のディスクは、第２の継手部分から半径方向外方へ突出している。第２の継手部分に固定されるために、環状のディスクは、好適には複数の係合エレメントを有しており、これらの係合エレメントは、第２の継手部分に設けられた対応する凹所に形状によりロックするように係合する。形状ロック結合を提供する代わりに、その他の固定手段、例えばボルトによる力ロッキング結合、又は溶接された結合の形態の材料ロッキング結合を用いることも可能である。第２の可能性によれば、送信機エレメントは、少なくとも間接的にピストンに結合されており、その場合、送信機エレメントは、特に、ピストンから半径方向外方へ突出している。送信機エレメントは第２の継手部分と一緒に回転しないが、ピストンの軸方向移動だけに追動するので、性能の損失が最小限に抑えられるという点で、この実施形態は有利である。送信機エレメントをピストンに結合するために、全ての上記可能性が適切である。
【００１８】
好適な実施形態によれば、少なくとも間接的に第２の継手部分とハウジングとの間に配置された戻しばねが設けられており、この戻しばねは、第２の継手部分を、開放する方向に付勢している。ここでいう「少なくとも間接的に」とは、戻しばねを作動ハウジング及び第２の継手部分それぞれに直接に支持することができるか、又は別の構成部材、例えば環状のディスクを介して間接的に支持することができることを意味する。戻しばねは、好適には、ハウジングと環状のディスクとの間に予め緊張させられた状態で位置決めされており、特に、板ばねの形態で提供されており、その他のばね、例えば１つ又は２つ以上のコイルばねも適している。
【００１９】
好適な実施形態によれば、センサは、送信機エレメントの経路を表す信号を決定し、すなわち、センサは経路センサの形態で提供されている。特に、センサは、無接触センサ、好適にはホールセンサとも称呼することもできる磁界センサ、又は誘導センサである。無接触センサを用いることは、低い性能損失及び低い程度の摩耗を達成する上で有利である。さらに、センサは、差動アセンブリが支持されている固定されたハウジングに外部から取り付けることができる。センサは、好適には、センタリングボアに対して平行に、ただしセンタリングボアに対してずれて位置決めされるように、センタリングボアとねじ山とを通って延びており、これにより、容易に交換することができる。シーリングは、センサと定置のハウジングとの間に有効に挿入されたＯリングによって行われる。ホールセンサ又は誘導センサは、送信機エレメント、若しくは環状のディスクからの距離を記録し、対応するセンサ信号を電子制御ユニットへ送信する。
【００２０】
好適な実施形態によれば、センサは、電磁石に隣接するように、特に電磁石の領域において軸方向に延びかつ電磁石に半径方向で隣接するように配置されている。これに関して、「電磁石の領域において軸方向」とは、側面図において、センサが少なくとも部分的に軸方向で電磁石と重なり合うように配置されていることを意味する。特に、センサが主延在方向を有し、センサが、第１の可能性によれば、主延在方向が差動駆動装置の回転軸線に対して平行に延びるように配置されていることが提案される。この場合、センサは、送信機エレメントからの距離を決定する。第２の可能性によれば、センサは、差動駆動装置の回転軸線に関して半径方向に配置することもでき、この場合、センサは、それぞれの送信機エレメントとの軸方向重なり合いを決定する。ホールセンサが使用される場合、送信機エレメントは強磁性材料から成る。誘導センサが使用される場合、送信機エレメントは、常磁性、若しくは非磁性材料から形成されている。
【００２１】
特にセンサがホールセンサの形態で提供されておりかつ電磁石に隣接するように配置されている場合、電磁石を作動させるための作動電流が、送信機エレメントの位置を記録する際に考慮されるならば有利である。好適な実施形態によれば、電気モータを制御する電子制御ユニットが提供されており、この場合、センサ信号はセンサから電子制御ユニットへ送信される。センサ信号を評価する際に継手の位置を特に正確に決定するために、電磁石のコイル電流を表す電流信号が考慮される。特に、センサの特性曲線は作動電流に線形に依存する。
【００２２】
発明の別の態様は、本発明による差動アセンブリにおけるアクチュエータを制御する方法を提供することであり、この場合、アクチュエータは、継手の切替位置に依存して又は関して、特に完全に開放した位置と完全に閉鎖した位置との間の切替位置において制御される。例えば、継手を閉鎖するために必要とされるアクチュエータの閉鎖力は、継手部分が互いに完全に係合する閉鎖位置に継手が位置する前に、既に減じられている。これにより、アクチュエータのエネルギ要求、例えば、電磁アクチュエータを使用する場合の電流要求を、完全に開放した位置と完全に閉鎖した位置との間の中間領域においてさえも、継手の切替位置に適応させることができる。
【００２３】
さらに、前記課題は、差動アセンブリが上述の実施形態のうちの１つに従って設計されている、電気モータと、電気モータによって駆動することができる差動アセンブリとを有する、自動車の駆動軸を駆動するための駆動アセンブリを提供することによって達成される。
【００２４】
本発明の駆動アセンブリを用いることにより、継手、特に第２の継手部分、若しくはピストンの位置を正確かつ確実に記録するという上述の利点を保証することができる。その結果、電気モータが正確かつ迅速に制御されることになり、これは、自動車の関連する駆動軸への駆動移動を確実かつ迅速に制御する。これにより、例えばＡＢＳ又はＥＳＰシステムに係合する場合に、電気モータを制御することによってそれぞれの駆動条件に迅速に応答することが可能となる。
【００２５】
発明の別の態様は、前記駆動アセンブリの電気モータを制御する方法を提供することであり、この場合、電気モータは、継手の切り替えられる位置に関して、特に完全に開放した位置と完全に閉鎖した位置との間のあらゆる中間位置においても制御される。例えば、継手が、継手部分が互いに完全に係合する最終的な閉鎖位置に到達する前に、電気モータを、駆動軸を駆動するように既に切り替えることができる。このように、継手の切り替えられる位置に関して、特に完全に開放した位置と完全に閉鎖した位置との間の中間範囲においても、電気モータは確実に制御される。
【００２６】
好適な実施形態において、電気モータは、電磁石を制御するために必要とされるアンペア数に関して、好適には周囲温度にも関して制御される。第１の可能性によれば、制御ユニットに学習機能をプログラムすることができ、この学習機能は、係合した条件及び解離した条件におけるセンサ信号をアンペア数及び周囲温度に関して記録する。この学習機能に基づき、既存のセンサ信号を用いて、継手が係合されているか又は解離されているかをより正確に評価することができる。電気モータを制御する第２の可能性によれば、アンペア数及び周囲温度に関して、特性曲線の形式でセンサ信号を記録し、かつこの特性曲線を制御ユニットにプログラムすることができ、これは、「マッピング」と称呼することもできる。これは、アンペア数、温度及びヒステリシスに関して、アクチュエータ位置及び継手位置の正確な検出を可能にする。
【００２７】
以下に図面を参照しながら好適な実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施形態における継手が継手の開放した位置を占めている、本発明による差動アセンブリの縦断面図である。
【図２】継手の閉鎖した位置における、図１による差動アセンブリを示している。
【図３】図１による差動アセンブリの分解された斜視図である。
【図４】図１による差動アセンブリの細部の縦断面図である。
【図５】第２の実施形態における本発明による差動アセンブリの縦断面図である。
【図６】第３の実施形態における本発明による差動アセンブリの縦断面図である。
【図７】図１による本発明の差動アセンブリを備えた本発明の駆動アセンブリの概略図である。
【図８】電磁石を制御するために用いられるアンペア数に関して、センサ信号と、送信機エレメントとセンサとの間の距離との関係を説明した特性曲線である。
【００２９】
図１から図４は、第１の実施形態における本発明の差動アセンブリ２を示しており、以下でまとめて説明される。差動駆動装置３と、継手４と、継手４を作動させるためのアクチュエータ５とを有する差動アセンブリ２が示されている。駆動モータ（図示せず）からトルクを導入するために駆動歯車６が設けられており、この駆動歯車６は特に溶接によって差動ハウジング７に堅く結合されている。駆動歯車６と差動ハウジング７との間の結合は、異なる形式で、例えばボルト結合又はその他の慣用の結合手段によって行うこともできることはいうまでもない。差動ハウジング７は２つの部分から構成されており、第１のカップ状のハウジング部分８と、第２のカップ状のハウジング部分９とを有しており、これらのハウジング部分はその開口端部の領域においてそれぞれフランジ部分１０，１２を有しており、これらのフランジ部分を介してハウジング部分は駆動歯車６に結合されている。第１のハウジング部分８は差動駆動装置３を有しており、この差動駆動装置３は、回転軸線Ａ（図７）を中心に回転駆動可能である。
【００３０】
差動駆動装置３は、実質的に円筒形の外面１４を有する差動キャリヤ１３を有しており、差動キャリヤ１３は前記外面１４によって、回転軸線Ａを中心に回転可能であるように、ハウジング部分８のそれぞれの内側円筒面部分１５に関して滑動可能に支持されている。差動キャリヤ１３には２つのボア１６が設けられており、これらのボア１６に、ジャーナル１７が挿入されかつ固定ピン１８によって固定されている。２つの差動歯車１９は、ジャーナル軸線Ｂ（図７）を中心に回転可能であるようにジャーナル１７に支持されている。２つの差動歯車１９は、回転軸線Ａに関して同軸に配置された第１及び第２の側軸歯車２０，２２の歯と係合している。２つの側軸歯車２０，２２はそれぞれ長手方向の歯２３、若しくはスプラインを有しており、この長手方向の歯若しくはスプラインを、側軸（図示せず）の対応する相手側の歯に挿入することができる。第１の側軸歯車２０は軸方向で第１のハウジング部分８に関して支持されており、好適には、第１の側軸歯車２０と第１のハウジング部分８の支持面との間に滑動ディスクが配置されている。したがって、軸方向の力を支持するために、滑動ディスクは第２の側軸歯車２２と第２のハウジング部分９との間にも配置されている。
【００３１】
本実施形態においては、継手４は、形状ロッキング継手、特に歯付き継手又はドッグクラッチの形態で提供されている。その他のタイプの継手、例えば摩擦継手を使用することもできることはいうまでもない。形状ロッキング継手４は、差動キャリヤ１３に堅く結合された第１の継手部分２５と、第１の継手部分２５に対して軸方向に可動な第２の継手部分２６とを有している。トルク伝達の目的のために、第２の継手部分２６を第１の継手部分２５と係合させることができ、これにより、２つの継手部分２５，２６の間に形状ロッキング結合が達せられる。第２の継手部分２６を再び解離させることにより、トルクの伝達を中断させることができる。第１の継手部分２５は、差動キャリヤ１３の端面に一体に形成された形状ロッキングエレメントとしての歯付リングを有する。したがって、第２の継手部分２６は、差動ハウジング７内に配置された対応する歯付リングを有する。さらに、第２の継手部分２６は、差動ハウジング７の対応する通路２８を通過した、周方向に分配された複数の軸方向突出部２７を有する。アクチュエータ５を適切に制御することにより、第２の継手部分２６を第１の継手部分２５に対して軸方向に移動させることができ、この場合、係合した条件においては駆動歯車６から差動歯車１９へのトルクの伝達が保証されるのに対し、解離した条件においてはトルクの伝達は中断される。
【００３２】
アクチュエータ５は、電磁石２９及びピストン３０を有する。アクチュエータ５は、電磁石２９に電流を供給するとピストン３０が継手４に向かって付勢されるように設計されている。この目的のために、電磁石２９は、継手４に面した半径方向内側の端部に開口２８を有する環状のハウジング３２を有している。ピストン３０は、前記ハウジング部分内で軸方向に可動であるように配置されている。ハウジング３２は、キャリヤエレメント３１によって第２のハウジング部分９のスリーブ部分に配置されている。ピストン３０は、強磁性材料、例えば鉄材料から形成されたアンカエレメント３４と、常磁性材料、若しくは非磁性材料、例えばステンレス鋼、銅、又はアルミニウムから成るスリーブ３５とを有する。アンカエレメント３４は、スリーブ状であり、スリーブ３５に押し付けられている。
【００３３】
アンカエレメント３４は強磁性材料から製造されているので、電磁石２９が作動させられるとアンカエレメント３４は継手４に向かって移動させられ、ギャップ３３がブリッジされる。終端位置において、アンカエレメント３４は磁気ハウジング３２の肩部３６に当接し、摩擦接触が生じる。スリーブ３５は、他の構成部材への望ましくない磁気流れ漏れを防止するために、常磁性、若しくは非磁性である。
【００３４】
スリーブ３５は、アンカエレメント３４よりも軸方向に長く、滑動手段３７と接触する端面を有する。滑動手段３７は、滑動リング３７とも称呼することができる滑動ブシュの形態である。滑動手段３７は、青銅、焼結金属等の低摩擦材料又はあらゆるその他の適切な低摩擦材料から形成されている。これにより、滑動手段３７は、回転する第２の継手部分２６の回転運動を定置のピストン３０に関して切り離すために適している。滑動リング３７は、送信機エレメント３８を介して第２の継手部分２６に関して間接的に軸方向に支持されている。もちろん、滑動手段は、別の部分に関して回転している部分のうちの少なくとも１つ、すなわち、グループスリーブ３５の１つの部分、スリーブ３５と第２の継手部分２６との間のあらゆる中間部分、例えば送信機エレメント３８、及び第２の継手部分２６、に設けられた減摩コーティングの形態であることもできる。滑動手段３７は、低摩擦材料から形成された一体の滑動スリーブを形成するために、スリーブ３５と一体に形成することもできる。滑動手段３７は、低摩擦材料から形成された一体の滑動送信機エレメントを形成するように、送信機エレメント３８と一体に形成することもできる。
【００３５】
本実施形態においては、送信機エレメント３８は、環状のディスクの形態で提供されており、この環状のディスクは、半径方向内側において、複数の、周方向に分配された、軸方向に延びた弾性の係合エレメント３９を有しており、これらの係合エレメント３９は、端部によって、第２の継手部分２６の１つ又は複数のアンダカット４０に形状ロック式に係合している。半径方向外側の端部において、環状のディスクは円筒形の部分４２を有している。差動ハウジング７若しくは第２のハウジング部分９と送信機エレメント３８との間には戻しばね４３が配置されている。本実施形態においては戻しばね４３は板ばねの形態で提供されているが、コイルばねのようなその他のタイプのばねを使用することもできることはいうまでもない。
【００３６】
さらに、アクチュエータ５の領域に軸方向に配置されかつ送信機エレメント３８と協働するセンサ４４が設けられている。本実施形態においては、センサ４４は、無接触形式で送信機エレメント３８からの距離を記録することができるホールセンサの形態で提供されている。誘導センサ等の別のタイプの無接触センサを使用することも可能である。センサ４４は、図４に部分的に示された定置のハウジング４１に収容されており、センサ４４の主延在方向が差動駆動装置３の回転軸線Ａに対して平行に延びるように配置されている。継手４の開放した位置、つまり、送信機エレメント３８が軸方向でセンサ４４に接近した位置において、送信機エレメント３８とセンサ４４との間にはギャップが設けられている。継手４が開放しているこの位置は、図１に示されている。これに対して、図２は、切り替えられた位置を示しており、この位置においては、トルクを駆動歯車６から差動キャリヤ１３へ伝達するために、継手４は係合した位置を占めている。送信機エレメント３８が第２の継手部分２６とともにセンサ４４に対して第１の継手部分２５及び差動駆動装置３に向かってそれぞれ移動させられていることが示されている。
【００３７】
図１、図２及び図３は、接続ケーブル４５、及びケーブル４５を固定されたハウジング４１内で案内するためのケーブルダクト４６も示している。図４は、センサ４４が配置された細部の形式で定置のハウジング４１を部分的に示している。この目的のために、ハウジング４１は開口を有しており、この開口を通じて、センサ４４を回転軸線Ａに対して軸平行に延びた方向に挿入することができる。シーリングリング（図示せず）は、センサ４４に対してハウジング４１をシールするために設けられている。
【００３８】
図５は、図１から図４の実施形態にほぼ対応する第２の実施形態における本発明の差動アセンブリ２を示しており、共通の特徴については、上記説明が参照される。同一の又は変更された構成部材には図１から図４までと同じ符号が付されており、あらゆる相違点が以下で説明される。
【００３９】
本実施形態の特別な特徴は、送信機エレメント３８が、ピストン３０、特にピストン３０のスリーブ３５に堅く結合されているということである。送信機エレメント３８は、スリーブ３５の軸方向端部に固定されており、あらゆる固定形式、例えば形状ロッキング、力ロッキング又は材料ロッキング結合が許容可能である。送信機エレメント３８は、スリーブ３５から半径方向外方へ突出しており、センサ４４の領域において終わっている。図１から図４の実施形態において既に説明したように、送信機エレメント３８は強磁性材料から成る。本実施形態の利点は、送信機エレメント３８がピストン３０に固定されており、これにより、回転運動を行わず、並進移動のみを行うということである。その結果、送信機エレメント３８は、周方向でみて、ほぼセンサの部分的な領域にしか延びている必要がなく、これにより、送信機エレメントが全体的により軽量となるということである。さらに、本発明における性能損失は極めて小さい。
【００４０】
図６は、図１から図４の実施形態にほぼ対応する第３の実施形態における本発明の差動アセンブリ２を示しており、共通の特徴については上記説明が参照される。同一の又は変更された構成部材には図１から図４までと同じ符号が付されており、あらゆる相違点が以下で説明される。
【００４１】
本発明の特別な特徴は、センサ４４の主延在方向が差動駆動装置３の回転軸線Ａに対して半径方向に延びているということである。ある空間的な条件においては、これは有利であることができる。本実施形態において、センサは、センサ４４との送信機エレメント３８の外側の、特に円筒形の部分の軸方向重なり合いに依存するセンサ信号を生成する。上記実施形態のように、センサ４４は、固定されたハウジング４１に収容されている。
【００４２】
図７は、図１から図４による本発明の差動アセンブリ２を備えた本発明の駆動アセンブリ４７を概略図で示している。ギヤボックスアセンブリ４７は電気モータ４８を有しており、この電気モータ４８は、トランスミッション段４９を介して、差動アセンブリ２、すなわち差動アセンブリ２の駆動歯車６を駆動する。継手４が閉鎖されると、トルクは差動駆動装置３から２つの側軸歯車２０，２２へ伝達される。トルク伝達のために、側軸５０，５２は、長手方向の歯２３、若しくはスプライン結合によって、側軸歯車２０，２２に回転方向で固定されて結合されている。側軸５０，５２の端部には、定速度自在継手５３，５４が配置されており、この定速度自在継手５３，５４自体は、駆動軸５５，５６及び定速度継手５７，５８を介して、自動車の車輪５９，６０にトルクを伝達するために車輪５９，６０に結合されている。差動アセンブリ２は、回転軸線Ａに関して回転可能であるように定置のハウジング４１に対して軸受６１，６２によって支持されている。
【００４３】
図８は、電磁石２９を制御するための様々なアンペア数の値に関して、送信機エレメント３８とセンサ４４との間の距離に関するセンサ信号の関係を説明する図である。Ｙ軸には、センサ信号が、パルス幅変調（ＰＷＭ）のパーセンテージとして与えられている。Ｘ軸には、送信機エレメント３８とセンサ４４との間の距離がミリメートルで示されている。連続的な線６３，６４は、電磁石２９に供給されるアンペア数を示しており、下側の、より傾斜の緩い線６３は、２．３Ａのアンペア数の経過を示しているのに対し、上側の線６４は、３．０Ａのアンペア数の経過を示している。点線は、第１及び第２の連続的な線６３，６４のための上側及び下側の許容限界をマークしている。
【００４４】
３つのグレーの領域６５，６６及び６７は、継手４の異なる切り替えられた条件を表している。約０．４５ｍｍ及び０．６５ｍｍの送信機エレメント３８とセンサ４４との間の距離、及び約１０ＰＷＭ〜２１ＰＷＭのセンサ信号によって特徴付けられる下側の領域６５は、継手４が確実にオフに切り替えられている、つまり、第２の継手部分２６が第１の継手部分２５から明らかに解離されている特徴的範囲を示している。約１．４３ｍｍ及び２．０５ｍｍの送信機エレメント３８とセンサ４４との間の距離、及び約２９ＰＷＭ〜５９ＰＷＭのセンサ信号によって特徴付けられる中央の領域６６は、継手４が部分的に閉鎖されている、つまり、第２の継手部分２６の歯が第１の継手部分２５の歯に既に部分的に係合している中間位置を示している。約３．１１ｍｍ及び３．７ｍｍの送信機エレメント３８とセンサ４４との間の距離、及び約６９ＰＷＭ〜９０ＰＷＭのセンサ信号によって特徴付けられる第３の領域６７は、継手４が確実にオンに切り替えられている、つまり、第１の継手部分２５と第２の継手部分２６とが完全に係合させられている特徴的範囲を示している。この位置において、アンカエレメント３４はカラー３６と面接触しており、面接触の場合に２つのエレメントの間に存在する摩擦力がアンカエレメント３４及びピストン３０が回転することを防止する。これにより、摩耗も最小限に抑えられる。この完全に係合した位置において、電磁石２９のアンペア数を低い保持電流に保つことができ、これは、エネルギ節約に有利な効果を有する。
【００４５】
中央領域６６の上側の端部には、継手４の係合のための第１の限界線６８がマークされている。前記第１の限界線６８の上側では、継手４は、トルクを伝達することができる程度に係合させられており、つまり、電気モータ４８は、継手４が完全に閉鎖される前にトルクを差動アセンブリ２へ導入することができる。これにより、この実施形態は、電気モータ４８の正確でかつ改良された制御を可能にする。第２の限界線６９は、継手４の係合のための中央領域６６の下側の端部をマークしており、つまり、前記第２の限界線６９よりも下側では、継手４は、もはやトルクを伝達することができない程度に解離させられている。上側の第１の限界線６８と下側の第２の限界線６９との間に形成された中央領域は、第１及び第２の継手部分２５，２６の歯が互いに当接する、切り替えられる位置を示している。この領域において、歯はまだ互いに係合していない。送信機エレメント３８とセンサ４４との間の距離が、限界線６８，６９によって規定されたこの中央領域６６内にある場合には、２つの継手部分２５，２６の間のトルクの確実な伝達がまだ保証されていないので、トルクは電気モータ４８によって差動アセンブリ２へ導入されてはならない。第１の限界線６８（５９％ＰＷＭ）よりも上側では、歯は係合させられ、電気モータ４８はトルクを差動アセンブリ２に導入することができる。
【００４６】
図８において、送信機エレメント３８とセンサ４４との間の距離が、同じセンサ信号の場合に、電磁石２９に供給されるアンペア数に依存することが見られる。例えば、電磁石２９に３．０Ａのアンペア数が供給され、センサ４４によって５０ＰＷＭの信号が生成されたならば、このことから、送信機エレメント３８とセンサ４４との間の距離が２．０ｍｍであることを導き出すことができる。２．３Ａのアンペア数において５０ＰＷＭの同じセンサ信号が決定されると、これは、送信機エレメント３８とセンサ４４との間の距離がより大きく、約２．１に達することを意味する。したがって、送信機エレメント３８とセンサ４４との間の距離をできるだけ正確に決定するために、計算を行う際には、電磁石２９を制御するためのアンペア数が考慮されると有利である。これにより、継手４の閉鎖された位置に関する特に確実な情報を得ることが可能である。
【００４７】
送信機エレメント３８とセンサ４４との間の距離を決定するプロセスは、中央制御ユニット（図示せず）で行われる。入力データは、少なくともセンサ４４のセンサ信号と、電磁石２９のアンペア数信号であり、次いで、これらから、センサ４４と送信機エレメント３８との間の距離が計算され、これから、第１の継手部分２５における第２の継手部分２６の係合の深さに関する値の結果を引き出すことができる。
【００４８】
概して、本発明の駆動アセンブリ４７及び本発明の差動アセンブリ２は、継手４の位置を正確に記録することが可能になるという点で有利である。これにより、継手４の係合の条件に関する情報が確実に提供され、つまり、形状ロッキング継手が使用されているならば、歯の重なり合いが、差動ギヤボックス３及び駆動軸にトルクを伝達するのに十分であるかどうかを決定することができる。さらに、切り替えられた位置を正確に決定することによって、あらゆる欠陥を早期の段階で検出することができ、あらゆる故障を防止することができる。
【符号の説明】
【００４９】
２  差動アセンブリ
３  差動駆動装置
４  継手
５  アクチュエータ
６  駆動歯車
７  差動ハウジング
８  第１のハウジング部分
９  第２のハウジング部分
１０  フランジ部分
１１  −
１２  フランジ部分
１３  差動キャリヤ
１４  外面
１５  表面部分
１６  ボア
１７  ジャーナル
１８  固定ピン
１９  差動歯車
２０  側軸歯車
２１  −
２２  側軸歯車
２３  長手方向の歯
２４  −
２５  第１の継手部分
２６  第２の継手部分
２７  突出部
２８  開口
２９  電磁石
３０  ピストン
３１  キャリヤエレメント
３２  磁気ハウジング
３３  ギャップ
３４  アンカエレメント
３５  スリーブ
３６  肩部
３７  滑動リング
３８  送信機エレメント
３９  係合エレメント
４０  アンダカット
４１  定置のハウジング
４２  円筒形の部分
４３  戻しばね
４４  センサ
４５  ケーブル
４６  ケーブルダクト
４７  駆動アセンブリ
４８  電気モータ
４９  トランスミッション
５０  軸
５１  −
５２  軸
５３  継手
５４  継手
５５，５６  駆動軸
５７，５８  継手
５９，６０  車輪
６１，６２  軸受
６３，６４  線
６５，６６，６７  領域
６８，６９  限界線
Ａ  回転軸線
Ｂ  ジャーナル軸線
【図１】
2013512402.tif 000003
【図２】
2013512402.tif 000004
【図３】
2013512402.tif 000005
【図４】
2013512402.tif 000006
【図５】
2013512402.tif 000007
【図６】
2013512402.tif 000008
【図７】
2013512402.tif 000009
【図８】
2013512402.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月29日(2012.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に電気モータによって駆動可能な自動車駆動軸のための差動アセンブリにおいて、
駆動歯車（６）と、
入力部分（１３）及び２つの出力部分（２０，２２）を備えた差動駆動装置（３）とが設けられており、
出力部分（２０，２２）が、入力部分（１３）に駆動可能に接続されておりかつ互いに対して差動効果を有しており、
駆動歯車（６）と差動駆動装置（３）との間に有効に配置された継手（４）が設けられており、該継手（４）の閉鎖された条件においてはトルクが駆動歯車（６）から差動駆動装置（３）へ伝達されるようになっており、継手（４）の開放した条件においてはトルクの伝達が中断されるようになっており、
前記継手（４）を作動させるための制御可能なアクチュエータ（５）が設けられており、
前記継手（４）の少なくとも３つの切替位置を測定するためのセンサ（４４）が設けられていることを特徴とする、差動アセンブリ。
【請求項２】
自動車の駆動軸を駆動するための駆動アセンブリであって、電気モータ（４８）と、該電気モータ（４８）によって駆動することができる差動アセンブリ（２）とが設けられている形式のものにおいて、
該差動アセンブリ（２）が、請求項１記載のように設計されていることを特徴とする、自動車の駆動軸を駆動するための駆動アセンブリ。
【国際調査報告】
2013512402.tif 000011
2013512402.tif 000012