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

背景技術：

眾所周知，汽車具備一個或者一個以上的差動齒輪，其各自例如用于將輸入到差動齒輪殼體的轉矩以允許差動的方式傳遞到一對輸出軸。

幾個差動齒輪具備用于在適當的控制下限制甚至鎖定差動的機構，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。這有時被稱為“鎖止(lockup)差動齒輪”。而且其他的差動齒輪是差動齒輪組能夠從差動齒輪殼體自由地旋轉，具備以能夠控制的方式將轉矩從差動齒輪殼體向差動齒輪組傳遞的機構。將后者常常稱為“自由運轉(freerunning)差動齒輪”，用于實現所謂的“分時四驅(part-time4wd)”等的目的。

上述的各機構例如由嵌入于差動齒輪的離合器和將該離合器連結以及分離的促動器的組合來實現。作為促動器有時利用螺線管。

螺線管在往返方向上發(fā)揮推力，有時為了將其動作簡單化等的目的，采用使螺線管僅在專門一個方向上發(fā)揮推力的結構，并在此組合復位彈簧。專利文獻1、2公開了相關技術。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本專利申請公開2011－099460號

專利文獻2:日本專利申請公開2011－122653號

技術實現要素：

從上述的說明可知，為了實現作為鎖止差動齒輪、自由運轉差動齒輪的動作，利用一個彈簧便已足夠。然而本發(fā)明者們進一步詳細研究，在上述結構中發(fā)現應進一步改善的問題。

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

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

根據本發(fā)明的一個方案，差動裝置具備：外殼，其接受轉矩而能夠繞軸旋轉；差動齒輪組，其被收納于上述外殼，能夠與第一以及第二車軸結合，且在上述第一以及第二車軸間以允許差動的方式嚙合；離合器，其包含內殼和離合器環(huán)，該內殼支承上述差動齒輪組，該離合器環(huán)為了從上述外殼傳遞上述轉矩而與上述外殼驅動地卡合，并在軸向上移動而與上述內殼以能夠分離的方式連結，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)與上述內殼連結的方向上發(fā)揮彈簧力；以及促動器，其具備柱塞和螺線管，該柱塞被定位于在軸向上對上述離合器環(huán)的上述端部發(fā)揮推力的位置，該螺線管在電力投入時在將上述離合器環(huán)從上述內殼分離的方向上或者將上述離合器環(huán)與上述內殼連結的方向上驅動上述柱塞。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一實施方式的差動齒輪裝置的剖視立面圖。

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

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

圖3是其他的實施方式的差動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是一個例子的用于感測離合器的連結·分離的開關以及壓力板的立面圖。

圖7是示意性地表示針對行程的彈簧力以及推力的變化的圖表。

具體實施方式

參照圖1至圖7，以下說明本發(fā)明的幾個例示實施方式。

通過以下的說明以及技術方案的保護范圍，軸向這個詞只要沒有特別的說明，則意味著沿著差動裝置的旋轉軸的方向。而且為了便于說明而區(qū)分了左右，然而即使反轉左右也能夠實施以下的實施方式。并且，利用“接受轉矩”、“輸出轉矩”等的表達，然而這些只是為了便于說明，也有轉矩向與說明反方向傳遞的情況。

以下的說明主要涉及自由運轉差動齒輪，然而相同的構造也能夠適用于鎖止差動齒輪。

參照圖1，根據本發(fā)明的一實施方式，差動裝置主要具備：從發(fā)動機或者電動馬達接受轉矩而繞軸c旋轉的外殼1；向右以及左的車軸差動分配轉矩的差動齒輪組3；將外殼1和差動齒輪組3以能夠分離的方式連結的離合器5；用于驅動離合器5的促動器7；向分離的方向對離合器5施力的第一彈簧9；向連結的方向對離合器5施力的第二彈簧11。與以往的技術不同，利用在相互相反方向上發(fā)揮彈簧力的兩個彈簧9、11。

差動齒輪組3被支承于內殼31，內殼31從外殼1獨立而能夠旋轉。若離合器5連結，則轉矩從外殼1經由內殼31傳遞到差動齒輪組3，差動齒輪組3將該轉矩差動分配給右以及左的車軸。在離合器5分離時轉矩不會傳遞而兩車軸能夠自由旋轉。該差動裝置例如能夠用于實現分時四驅。當然本實施方式也能夠用于其他的目的。

外殼1相對于軸c呈旋轉對稱的形狀，大致為圓筒形，在其內部能夠收納差動齒輪組3、其他的要素。為了便于收納內部的要素，外殼1可以分割為兩個以上，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)下收納內部的要素后，未圖示的齒圈和罩體13通過螺栓等緊固于主體。齒圈固定于凸緣部，用于接受轉矩。

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

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

與圖1組合來參照圖2a、2b，差動裝置為了從外殼1傳遞轉矩，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，面向內殼31地、而且例如與側齒輪37的外側同軸狀地配置，在軸向上可動。

離合器環(huán)51中，面向內殼31的一端具備離合器齒53。對應地內殼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，而構成離合器5。

離合器環(huán)51具備向與面向內殼31的一側相反方向突出的多個凸部57。該凸部57在周向排列，優(yōu)選配置為相對于軸c旋轉對稱。外殼1具備與凸部57對應的多個貫通孔21，通過此處凸部57能夠引出到外殼1外。凸部57的側壁和貫通孔21的側壁抵接，從而離合器環(huán)51從外殼1接受轉矩。為了將轉矩的一部分轉換為軸向的力，也可以是凸部57的側壁和貫通孔21的側壁對應地在周向上傾斜。這能成為維持離合器5的連結的輔助。

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

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的結合例如能夠利用螺紋固定，而能夠將離合器環(huán)51收納于外殼1后將壓力板59結合于此，但不限于此。

促動器7具備按照被投入的電力來產生磁通的螺線管71、通過該磁通而被驅動的柱塞8。螺線管71可以為包圍軸c的形狀，柱塞8與其外周、內周或者任意的部位鄰接，按照磁通而在軸向上被驅動。附圖表示與螺線管71的內周鄰接的例。

為了高效地引導磁通，也可以是由具有磁性的材料構成的磁芯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，該磁通驅動柱塞8。

磁芯73可以是其整體由具有磁性的材料構成，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成。而且也可以具備從該部分延長的套筒77，優(yōu)選該套筒77由非磁性材料構成。套筒77與突起部15嵌合，從而螺線管71以及磁芯73相對于軸c被定位于同軸。這些部分由非磁性材料構成有助于防止磁通的泄漏。磁性部分和非磁性部分的結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，在產生磁通而柱塞8移動到終端時，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實際覆蓋間隙75的整體的方式，設置柱塞8和間隙75的尺寸。根據這樣的構造，如圖7中曲線m所示，柱塞8處于最初的位置(圖2a的位置)時柱塞8和間隙75重合少所以推力小，隨著柱塞8移動到終端的位置(圖2b的位置)重合變大所以推力急劇變大。

根據如上說明可知，若電力被投入則螺線管71將柱塞8向各圖中右方，即向將離合器環(huán)51從內殼31分離的方向驅動?；蛘叽娲耍部梢允侨綦娏Ρ煌度雱t螺線管71將柱塞8向各圖中左方，即向將離合器環(huán)51與內殼31連結的方向驅動。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，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連結的方向移動使推力變大的位置(圖中靠左)。

返回參照圖1至圖2b，第一彈簧9例如在壓力板59和外殼1之間，被壓縮夾設而產生彈簧力，向將離合器環(huán)51從內殼31分離的方向對壓力板59施力。

第二彈簧11例如在柱塞8和磁芯73之間，被壓縮夾設而產生彈簧力，向將離合器環(huán)51與內殼31連結的方向對柱塞8施力。柱塞8能夠具備與第二彈簧11對應的圓筒狀的空洞，也可以在其中內設第二彈簧11。

柱塞8的形狀以及兩個彈簧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以凸緣狀突出，也可以在該部分和磁芯73之間夾設第二彈簧11。

進一步，或者雖未圖示，也可以是該凸緣狀部分越過壓力板59向離合器5的方向延伸，從該部分向徑向外側以凸緣狀突出，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的背面之間彈性夾設。而且第二彈簧11也可以配置為在外殼1內推壓離合器環(huán)51的背面。

如上述的任意實施方式，通過組合在相互相反方向上發(fā)揮彈簧力的兩個彈簧9、11，而如圖7所示對離合器環(huán)51施加彈簧力。圖7中，折線d表示相對于離合器環(huán)51的行程s的彈簧力f。在雙方的彈簧未達到伸縮極限的范圍(圖中虛線左側)內，雙方的彈簧的彈簧力相互抵消，所以折線d的傾斜比較小。若一方的彈簧達到伸縮極限(圖中虛線右側)，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的形狀可以根據兩個彈簧9、11的彈簧系數以及伸縮極限的長度來適當地調整。即，在雙方的彈簧未達到伸縮極限的范圍內的傾斜取決于兩個彈簧9、11的彈簧系數之差，達到后的傾斜取決于另一方的彈簧的彈簧系數。折線d的彎曲點取決于兩者的伸縮極限的長度的關系。

并且，通過適當地選擇兩個彈簧9、11以及促動器7的結構，從而能夠變更對電力的投入的離合器5的響應。圖7所示的例中，第二彈簧11的彈簧系數更大，對應于離合器5常時連結的方式。該情況下，促動器7構成為在投入電力時螺線管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的彈簧系數更大，則離合器5常時分離。該情況下，促動器7構成為在投入電力時螺線管71將離合器5連結(電力斷開－離合器自由)。

不管怎樣，在投入電力的最初，促動器7只能發(fā)揮比較小的推力，而且其上升也比較小，然而由于兩個彈簧9、11的抗力的上升也比較小，所以促動器7的推力能夠始終超過該抗力。在驅動的終端附近促動器7的推力急劇上升，所以即使兩個彈簧9、11的抗力急劇上升，也是促動器7的推力始終超過該抗力。對于彈簧的抗力，不需要采用過度強力的螺線管，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、或者防止對柱塞施加過大的沖擊。

能夠采用限制柱塞8的可動域的構造。例如能夠將這些尺寸設計為在圖2b所示的促動器7的驅動的終端，柱塞8與磁芯73接觸。如果這樣則能夠利用促動器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僅通過促動器7被準確地定位，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的尺寸設計為在柱塞8移動到終端時，柱塞8的前端從壓力板59稍微分離。壓力板59屬于旋轉系然而柱塞8屬于靜止系，所以如果兩者相接則相互產生摩擦而成為能量損失的原因。通過柱塞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連結的方向)上可動域自動被限制。例如如果不對螺線管71投入電力，則在兩個彈簧9、11的彈簧力抗衡的點上柱塞8停止。

當然也能夠采用將可動域能動地限制的構造。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向徑向外側彎曲，該部分77p與接觸面83f抵接從而限制柱塞8的可動域。

通過如上述限制可動域，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)下施加轉矩，則有可能對齒頂產生預想不到的較大的集中應力，這是縮短離合器齒53、55的壽命的重要因素。通過限制可動域而使齒頂不與齒底接觸，則延長離合器齒53、55的壽命，或者提高針對苛刻的使用環(huán)境的耐久力。

差動裝置也可以還具備檢測離合器5是否連結的裝置。例如能夠利用圖6所示的電開關19。開關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19根據壓力板59的位置開/關，能夠經由電纜95從外部檢測離合器5是否連結。該裝置根據壓力板59的位置來直接檢測離合器5的連結/分離，與根據是否對促動器投入電力來間接檢測相比，更可靠地檢測離合器5的狀態(tài)。

通過直接檢測離合器5是否連結，能夠將差動裝置更省電地運用。根據圖7可知，促動器7的推力始終超過彈簧9、11的抗力，然而離合器5的連結(或者分離)結束后，該推力過大。因此也可以在檢測到連結(或者分離)后，降低投入電力，來抑制電力消耗。

通過優(yōu)選的實施方式來說明了本發(fā)明，然而本發(fā)明不限于上述實施方式。基于上述公開內容，具有本技術領域的通常的技術的技術人員可以通過實施方式的修正或者變形來實施本發(fā)明。

工業(yè)上的利用可能性

提供省電且組裝容易的差動裝置。