本發(fā)明涉及具備離合器的差動(dòng)齒輪，該離合器在其連結(jié)以及分離中利用螺線管，更詳細(xì)而言涉及將兩個(gè)以上的彈簧與螺線管組合來(lái)利用的差動(dòng)齒輪。

背景技術(shù)：

眾所周知，汽車具備一個(gè)或者一個(gè)以上的差動(dòng)齒輪，其各自例如用于將輸入到差動(dòng)齒輪殼體的轉(zhuǎn)矩以允許差動(dòng)的方式傳遞到一對(duì)輸出軸。

幾個(gè)差動(dòng)齒輪具備用于在適當(dāng)?shù)目刂葡孪拗粕踔伶i定差動(dòng)的機(jī)構(gòu)，而即使任意的車輪失去與路面的接觸也防止車輪失去牽引。這有時(shí)被稱為“鎖止(lockup)差動(dòng)齒輪”。而且其他的差動(dòng)齒輪是差動(dòng)齒輪組能夠從差動(dòng)齒輪殼體自由地旋轉(zhuǎn)，具備以能夠控制的方式將轉(zhuǎn)矩從差動(dòng)齒輪殼體向差動(dòng)齒輪組傳遞的機(jī)構(gòu)。將后者常常稱為“自由運(yùn)轉(zhuǎn)(freerunning)差動(dòng)齒輪”，用于實(shí)現(xiàn)所謂的“分時(shí)四驅(qū)(part-time4wd)”等的目的。

上述的各機(jī)構(gòu)例如由嵌入于差動(dòng)齒輪的離合器和將該離合器連結(jié)以及分離的促動(dòng)器的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為促動(dòng)器有時(shí)利用螺線管。

螺線管在往返方向上發(fā)揮推力，有時(shí)為了將其動(dòng)作簡(jiǎn)單化等的目的，采用使螺線管僅在專門一個(gè)方向上發(fā)揮推力的結(jié)構(gòu)，并在此組合復(fù)位彈簧。專利文獻(xiàn)1、2公開了相關(guān)技術(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:日本專利申請(qǐng)公開2011－099460號(hào)

專利文獻(xiàn)2:日本專利申請(qǐng)公開2011－122653號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

從上述的說(shuō)明可知，為了實(shí)現(xiàn)作為鎖止差動(dòng)齒輪、自由運(yùn)轉(zhuǎn)差動(dòng)齒輪的動(dòng)作，利用一個(gè)彈簧便已足夠。然而本發(fā)明者們進(jìn)一步詳細(xì)研究，在上述結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)應(yīng)進(jìn)一步改善的問(wèn)題。

例如若在連結(jié)離合器的朝向使用彈簧，則對(duì)于該彈簧而言，需要即使施加轉(zhuǎn)矩也能夠保持連結(jié)的足夠強(qiáng)的彈簧力。若使用螺線管使其發(fā)揮與該彈簧力反方向的推力，則需要反抗該強(qiáng)的彈簧力而將離合器分離的大的推力。即需要強(qiáng)力的螺線管，而且需要為其動(dòng)作投入大的電力。

本發(fā)明者們鑒于上述的問(wèn)題研究出新的促動(dòng)器的構(gòu)造，而想到了本發(fā)明。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，差動(dòng)裝置具備：外殼，其接受轉(zhuǎn)矩而能夠繞軸旋轉(zhuǎn)；差動(dòng)齒輪組，其被收納于上述外殼，能夠與第一以及第二車軸結(jié)合，且在上述第一以及第二車軸間以允許差動(dòng)的方式嚙合；離合器，其包含內(nèi)殼和離合器環(huán)，該內(nèi)殼支承上述差動(dòng)齒輪組，該離合器環(huán)為了從上述外殼傳遞上述轉(zhuǎn)矩而與上述外殼驅(qū)動(dòng)地卡合，并在軸向上移動(dòng)而與上述內(nèi)殼以能夠分離的方式連結(jié)，且該離合器環(huán)具有引出到上述外殼的外部的端部；第一彈簧，其在將上述離合器環(huán)從上述內(nèi)殼分離的方向上發(fā)揮彈簧力；第二彈簧，其在將上述離合器環(huán)與上述內(nèi)殼連結(jié)的方向上發(fā)揮彈簧力；以及促動(dòng)器，其具備柱塞和螺線管，該柱塞被定位于在軸向上對(duì)上述離合器環(huán)的上述端部發(fā)揮推力的位置，該螺線管在電力投入時(shí)在將上述離合器環(huán)從上述內(nèi)殼分離的方向上或者將上述離合器環(huán)與上述內(nèi)殼連結(jié)的方向上驅(qū)動(dòng)上述柱塞。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的差動(dòng)齒輪裝置的剖視立面圖。

圖2a是將其促動(dòng)器以及離合器放大來(lái)顯示的上述差動(dòng)齒輪裝置的剖視立面圖，表示離合器連結(jié)的狀態(tài)。

圖2b是將其促動(dòng)器以及離合器放大來(lái)顯示的上述差動(dòng)齒輪裝置的剖視立面圖，表示離合器分離的狀態(tài)。

圖3是其他的實(shí)施方式的差動(dòng)齒輪裝置的剖視立面圖。

圖4是一變形例的螺線管的剖視立面圖。

圖5是其他的變形例的螺線管的剖視立面圖。

圖6是一個(gè)例子的用于感測(cè)離合器的連結(jié)·分離的開關(guān)以及壓力板的立面圖。

圖7是示意性地表示針對(duì)行程的彈簧力以及推力的變化的圖表。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1至圖7，以下說(shuō)明本發(fā)明的幾個(gè)例示實(shí)施方式。

通過(guò)以下的說(shuō)明以及技術(shù)方案的保護(hù)范圍，軸向這個(gè)詞只要沒有特別的說(shuō)明，則意味著沿著差動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)軸的方向。而且為了便于說(shuō)明而區(qū)分了左右，然而即使反轉(zhuǎn)左右也能夠?qū)嵤┮韵碌膶?shí)施方式。并且，利用“接受轉(zhuǎn)矩”、“輸出轉(zhuǎn)矩”等的表達(dá)，然而這些只是為了便于說(shuō)明，也有轉(zhuǎn)矩向與說(shuō)明反方向傳遞的情況。

以下的說(shuō)明主要涉及自由運(yùn)轉(zhuǎn)差動(dòng)齒輪，然而相同的構(gòu)造也能夠適用于鎖止差動(dòng)齒輪。

參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，差動(dòng)裝置主要具備：從發(fā)動(dòng)機(jī)或者電動(dòng)馬達(dá)接受轉(zhuǎn)矩而繞軸c旋轉(zhuǎn)的外殼1；向右以及左的車軸差動(dòng)分配轉(zhuǎn)矩的差動(dòng)齒輪組3；將外殼1和差動(dòng)齒輪組3以能夠分離的方式連結(jié)的離合器5；用于驅(qū)動(dòng)離合器5的促動(dòng)器7；向分離的方向?qū)﹄x合器5施力的第一彈簧9；向連結(jié)的方向?qū)﹄x合器5施力的第二彈簧11。與以往的技術(shù)不同，利用在相互相反方向上發(fā)揮彈簧力的兩個(gè)彈簧9、11。

差動(dòng)齒輪組3被支承于內(nèi)殼31，內(nèi)殼31從外殼1獨(dú)立而能夠旋轉(zhuǎn)。若離合器5連結(jié)，則轉(zhuǎn)矩從外殼1經(jīng)由內(nèi)殼31傳遞到差動(dòng)齒輪組3，差動(dòng)齒輪組3將該轉(zhuǎn)矩差動(dòng)分配給右以及左的車軸。在離合器5分離時(shí)轉(zhuǎn)矩不會(huì)傳遞而兩車軸能夠自由旋轉(zhuǎn)。該差動(dòng)裝置例如能夠用于實(shí)現(xiàn)分時(shí)四驅(qū)。當(dāng)然本實(shí)施方式也能夠用于其他的目的。

外殼1相對(duì)于軸c呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的形狀，大致為圓筒形，在其內(nèi)部能夠收納差動(dòng)齒輪組3、其他的要素。為了便于收納內(nèi)部的要素，外殼1可以分割為兩個(gè)以上，圖示的例中在其凸緣部，罩體13能夠從主體分離。在卸下罩體13的狀態(tài)下收納內(nèi)部的要素后，未圖示的齒圈和罩體13通過(guò)螺栓等緊固于主體。齒圈固定于凸緣部，用于接受轉(zhuǎn)矩。

外殼1具備向沿著軸c的方向突出的突起部15、17，通過(guò)突起部15、17以能夠旋轉(zhuǎn)的方式支承于行星架，而能夠繞軸c旋轉(zhuǎn)。一方的突起部15比另一方的突起部17長(zhǎng)，能夠在此嵌合促動(dòng)器7。

差動(dòng)齒輪組3能夠適用以能夠允許差動(dòng)的方式嚙合的任意類型的齒輪組。圖示的例是傘齒輪式，由以下構(gòu)成：被支承于內(nèi)殼31的多個(gè)小齒輪軸33；以能夠繞其周圍旋轉(zhuǎn)的方式分別被支承于小齒輪軸33的多個(gè)小齒輪35；分別與小齒輪35嚙合而相互能夠差動(dòng)的右側(cè)齒輪37和左側(cè)齒輪39。通常，側(cè)齒輪37、39具備如齒條37s、39s的結(jié)合裝置，而與右以及左的車軸結(jié)合。

與圖1組合來(lái)參照?qǐng)D2a、2b，差動(dòng)裝置為了從外殼1傳遞轉(zhuǎn)矩，而具備與其卡合的離合器環(huán)51。離合器環(huán)51的整體大致為環(huán)狀，在外殼1內(nèi)，面向內(nèi)殼31地、而且例如與側(cè)齒輪37的外側(cè)同軸狀地配置，在軸向上可動(dòng)。

離合器環(huán)51中，面向內(nèi)殼31的一端具備離合器齒53。對(duì)應(yīng)地內(nèi)殼31的一端具備離合器齒55。離合器齒53和離合器齒55被刻為能夠相互嚙合，而構(gòu)成離合器5。

離合器環(huán)51具備向與面向內(nèi)殼31的一側(cè)相反方向突出的多個(gè)凸部57。該凸部57在周向排列，優(yōu)選配置為相對(duì)于軸c旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。外殼1具備與凸部57對(duì)應(yīng)的多個(gè)貫通孔21，通過(guò)此處凸部57能夠引出到外殼1外。凸部57的側(cè)壁和貫通孔21的側(cè)壁抵接，從而離合器環(huán)51從外殼1接受轉(zhuǎn)矩。為了將轉(zhuǎn)矩的一部分轉(zhuǎn)換為軸向的力，也可以是凸部57的側(cè)壁和貫通孔21的側(cè)壁對(duì)應(yīng)地在周向上傾斜。這能成為維持離合器5的連結(jié)的輔助。

如圖2a所示，若離合器5連結(jié)(離合器環(huán)51與內(nèi)殼31連結(jié))，則轉(zhuǎn)矩被傳遞到差動(dòng)齒輪組3，如圖2b所示，若離合器5分離(離合器環(huán)51從內(nèi)殼31分離)，則差動(dòng)齒輪組3從外殼1被解放而能自由旋轉(zhuǎn)。

在凸部57的一端，也可以為了便于與后述的柱塞8的抵接，在外殼1的外部結(jié)合壓力板59。壓力板59呈至少一部分在周向上連續(xù)的圓盤狀。凸部57與壓力板59的結(jié)合例如能夠利用螺紋固定，而能夠?qū)㈦x合器環(huán)51收納于外殼1后將壓力板59結(jié)合于此，但不限于此。

促動(dòng)器7具備按照被投入的電力來(lái)產(chǎn)生磁通的螺線管71、通過(guò)該磁通而被驅(qū)動(dòng)的柱塞8。螺線管71可以為包圍軸c的形狀，柱塞8與其外周、內(nèi)周或者任意的部位鄰接，按照磁通而在軸向上被驅(qū)動(dòng)。附圖表示與螺線管71的內(nèi)周鄰接的例。

為了高效地引導(dǎo)磁通，也可以是由具有磁性的材料構(gòu)成的磁芯73包圍螺線管71。而且磁芯73在面向柱塞8的一側(cè)具備間隙75，該情況下，柱塞8以橫跨間隙75的方式配置。磁通以不跳躍間隙75而迂回到柱塞8的方式流動(dòng)，該磁通驅(qū)動(dòng)柱塞8。

磁芯73可以是其整體由具有磁性的材料構(gòu)成，但也可以是僅包圍螺線管71的部分具有磁性，而柱塞8所接觸的部分由非磁性材料構(gòu)成。而且也可以具備從該部分延長(zhǎng)的套筒77，優(yōu)選該套筒77由非磁性材料構(gòu)成。套筒77與突起部15嵌合，從而螺線管71以及磁芯73相對(duì)于軸c被定位于同軸。這些部分由非磁性材料構(gòu)成有助于防止磁通的泄漏。磁性部分和非磁性部分的結(jié)合例如能夠利用熔接，然而也可以利用釬焊、螺絲緊固、或者壓入等的其他的手段。

為了防止促動(dòng)器7脫落，也可以以與套筒77接觸的方式將擋板79嵌合于突起部15。為了固定擋板79，可以利用壓入、釬焊、熔接等的手段。

柱塞8可以是其整體由具有磁性的材料構(gòu)成，也可以是僅面向磁芯73的部分81具有磁性，面向突起部15以及壓力板59的部分83由非磁性材料構(gòu)成。這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的結(jié)合例如能夠利用壓入，然而也可以利用粘合、釬焊、或者熔接等的其他的手段。

柱塞8(特別是其磁性部分81)可以以覆蓋間隙75的整體的方式配置，也可以以覆蓋一部分的方式配置。在產(chǎn)生磁通前的狀態(tài)下，如圖2a所示，柱塞8覆蓋間隙75的一部分，如圖2b所示，在產(chǎn)生磁通而柱塞8移動(dòng)到終端時(shí)，柱塞8和間隙75的重合變大?；蛘咴谠摖顟B(tài)下，能夠以柱塞8實(shí)際覆蓋間隙75的整體的方式，設(shè)置柱塞8和間隙75的尺寸。根據(jù)這樣的構(gòu)造，如圖7中曲線m所示，柱塞8處于最初的位置(圖2a的位置)時(shí)柱塞8和間隙75重合少所以推力小，隨著柱塞8移動(dòng)到終端的位置(圖2b的位置)重合變大所以推力急劇變大。

根據(jù)如上說(shuō)明可知，若電力被投入則螺線管71將柱塞8向各圖中右方，即向?qū)㈦x合器環(huán)51從內(nèi)殼31分離的方向驅(qū)動(dòng)。或者代替此，也可以是若電力被投入則螺線管71將柱塞8向各圖中左方，即向?qū)㈦x合器環(huán)51與內(nèi)殼31連結(jié)的方向驅(qū)動(dòng)。而且在圖1至圖2b所示的例中，隨著柱塞8向離合器5分離的方向移動(dòng)，間隙75的位置(圖中靠右)使推力變大。代替此，也可以是間隙75位于隨著柱塞8向離合器5連結(jié)的方向移動(dòng)使推力變大的位置(圖中靠左)。

返回參照?qǐng)D1至圖2b，第一彈簧9例如在壓力板59和外殼1之間，被壓縮夾設(shè)而產(chǎn)生彈簧力，向?qū)㈦x合器環(huán)51從內(nèi)殼31分離的方向?qū)毫Π?9施力。

第二彈簧11例如在柱塞8和磁芯73之間，被壓縮夾設(shè)而產(chǎn)生彈簧力，向?qū)㈦x合器環(huán)51與內(nèi)殼31連結(jié)的方向?qū)χ?施力。柱塞8能夠具備與第二彈簧11對(duì)應(yīng)的圓筒狀的空洞，也可以在其中內(nèi)設(shè)第二彈簧11。

柱塞8的形狀以及兩個(gè)彈簧9、11的配置可以有各種變形。例如也可以如圖3所示，柱塞8的一部分、例如與壓力板59相接的一端向徑向外側(cè)以凸緣狀突出，也可以在該部分和磁芯73之間夾設(shè)第二彈簧11。

進(jìn)一步，或者雖未圖示，也可以是該凸緣狀部分越過(guò)壓力板59向離合器5的方向延伸，從該部分向徑向外側(cè)以凸緣狀突出，而與壓力板59的背面(面向離合器5的面)卡合。該情況下，螺線管71由于其推力，而拉動(dòng)柱塞8。并且，第一彈簧9也可以在該凸緣狀部分和壓力板59的背面之間彈性?shī)A設(shè)。而且第二彈簧11也可以配置為在外殼1內(nèi)推壓離合器環(huán)51的背面。

如上述的任意實(shí)施方式，通過(guò)組合在相互相反方向上發(fā)揮彈簧力的兩個(gè)彈簧9、11，而如圖7所示對(duì)離合器環(huán)51施加彈簧力。圖7中，折線d表示相對(duì)于離合器環(huán)51的行程s的彈簧力f。在雙方的彈簧未達(dá)到伸縮極限的范圍(圖中虛線左側(cè))內(nèi)，雙方的彈簧的彈簧力相互抵消，所以折線d的傾斜比較小。若一方的彈簧達(dá)到伸縮極限(圖中虛線右側(cè))，則僅有另一方的彈簧的彈簧力作用于離合器環(huán)51，折線d的傾斜急劇變大。

能夠容易理解，折線d的形狀可以根據(jù)兩個(gè)彈簧9、11的彈簧系數(shù)以及伸縮極限的長(zhǎng)度來(lái)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。即，在雙方的彈簧未達(dá)到伸縮極限的范圍內(nèi)的傾斜取決于兩個(gè)彈簧9、11的彈簧系數(shù)之差，達(dá)到后的傾斜取決于另一方的彈簧的彈簧系數(shù)。折線d的彎曲點(diǎn)取決于兩者的伸縮極限的長(zhǎng)度的關(guān)系。

并且，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇兩個(gè)彈簧9、11以及促動(dòng)器7的結(jié)構(gòu)，從而能夠變更對(duì)電力的投入的離合器5的響應(yīng)。圖7所示的例中，第二彈簧11的彈簧系數(shù)更大，對(duì)應(yīng)于離合器5常時(shí)連結(jié)的方式。該情況下，促動(dòng)器7構(gòu)成為在投入電力時(shí)螺線管71將離合器5分離(電力接通－離合器自由(free))。代替此，若使第一彈簧9的彈簧系數(shù)更大，則離合器5常時(shí)分離。該情況下，促動(dòng)器7構(gòu)成為在投入電力時(shí)螺線管71將離合器5連結(jié)(電力斷開－離合器自由)。

不管怎樣，在投入電力的最初，促動(dòng)器7只能發(fā)揮比較小的推力，而且其上升也比較小，然而由于兩個(gè)彈簧9、11的抗力的上升也比較小，所以促動(dòng)器7的推力能夠始終超過(guò)該抗力。在驅(qū)動(dòng)的終端附近促動(dòng)器7的推力急劇上升，所以即使兩個(gè)彈簧9、11的抗力急劇上升，也是促動(dòng)器7的推力始終超過(guò)該抗力。對(duì)于彈簧的抗力，不需要采用過(guò)度強(qiáng)力的螺線管，不需要投入大的電力。而且如果減去彈簧9、11的抗力(圖7中曲線m和折線d之差)，則促動(dòng)器7的推力，不取決于行程而幾乎恒定。這些有助于省電化、穩(wěn)定的推力的發(fā)揮、或者防止對(duì)柱塞施加過(guò)大的沖擊。

能夠采用限制柱塞8的可動(dòng)域的構(gòu)造。例如能夠?qū)⑦@些尺寸設(shè)計(jì)為在圖2b所示的促動(dòng)器7的驅(qū)動(dòng)的終端，柱塞8與磁芯73接觸。如果這樣則能夠利用促動(dòng)器7的推力最大的附近，所以能夠高效地利用電力。而且柱塞8僅通過(guò)促動(dòng)器7被準(zhǔn)確地定位，所以不需要用于規(guī)定柱塞8的位置的其他的要素，例如不需要將離合器環(huán)51、壓力板59的位置關(guān)系精密地規(guī)定，所以加工、組裝明顯變得容易。

而且也可以將柱塞8的尺寸設(shè)計(jì)為在柱塞8移動(dòng)到終端時(shí)，柱塞8的前端從壓力板59稍微分離。壓力板59屬于旋轉(zhuǎn)系然而柱塞8屬于靜止系，所以如果兩者相接則相互產(chǎn)生摩擦而成為能量損失的原因。通過(guò)柱塞8的前端從壓力板59稍微分離，從而能夠防止該能量損失。

相反方向(將離合器5連結(jié)的方向)上可動(dòng)域自動(dòng)被限制。例如如果不對(duì)螺線管71投入電力，則在兩個(gè)彈簧9、11的彈簧力抗衡的點(diǎn)上柱塞8停止。

當(dāng)然也能夠采用將可動(dòng)域能動(dòng)地限制的構(gòu)造。例如如圖4所示，在柱塞8，例如在其非磁性部分83形成接觸面83f，以與該接觸面83f抵接的方式設(shè)置限位器85。限位器85例如能夠固定于套筒77?；蛘呷鐖D5所示，也可以使套筒77向徑向外側(cè)彎曲，該部分77p與接觸面83f抵接從而限制柱塞8的可動(dòng)域。

通過(guò)如上述限制可動(dòng)域，例如能夠使離合器齒53的齒頂不與離合器齒55的齒底(或者離合器齒55的齒頂不與離合器齒53的齒底)接觸。若在齒頂與齒底接觸的狀態(tài)下施加轉(zhuǎn)矩，則有可能對(duì)齒頂產(chǎn)生預(yù)想不到的較大的集中應(yīng)力，這是縮短離合器齒53、55的壽命的重要因素。通過(guò)限制可動(dòng)域而使齒頂不與齒底接觸，則延長(zhǎng)離合器齒53、55的壽命，或者提高針對(duì)苛刻的使用環(huán)境的耐久力。

差動(dòng)裝置也可以還具備檢測(cè)離合器5是否連結(jié)的裝置。例如能夠利用圖6所示的電開關(guān)19。開關(guān)19例如具備伸縮的桿91、用于固定于行星架的擋板93、被引出到外部的電纜95。桿91的前端例如與壓力板59抵接，開關(guān)19根據(jù)壓力板59的位置開/關(guān)，能夠經(jīng)由電纜95從外部檢測(cè)離合器5是否連結(jié)。該裝置根據(jù)壓力板59的位置來(lái)直接檢測(cè)離合器5的連結(jié)/分離，與根據(jù)是否對(duì)促動(dòng)器投入電力來(lái)間接檢測(cè)相比，更可靠地檢測(cè)離合器5的狀態(tài)。

通過(guò)直接檢測(cè)離合器5是否連結(jié)，能夠?qū)⒉顒?dòng)裝置更省電地運(yùn)用。根據(jù)圖7可知，促動(dòng)器7的推力始終超過(guò)彈簧9、11的抗力，然而離合器5的連結(jié)(或者分離)結(jié)束后，該推力過(guò)大。因此也可以在檢測(cè)到連結(jié)(或者分離)后，降低投入電力，來(lái)抑制電力消耗。

通過(guò)優(yōu)選的實(shí)施方式來(lái)說(shuō)明了本發(fā)明，然而本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式?；谏鲜龉_內(nèi)容，具有本技術(shù)領(lǐng)域的通常的技術(shù)的技術(shù)人員可以通過(guò)實(shí)施方式的修正或者變形來(lái)實(shí)施本發(fā)明。

工業(yè)上的利用可能性

提供省電且組裝容易的差動(dòng)裝置。