CN103261746A - 电气触发的锁止式差速器 - Google Patents

Abstract

一种电气触发的锁止式差速器，包括差速器壳、至少一个小齿轮和一对半轴齿轮。离合器组件设置在半轴齿轮之一和差速器壳之间并减缓差速器壳和半轴齿轮之间的相对转动。凸轮件邻近离合器组件地设置，以便当凸轮件倾斜时离合器组件接合。接合轴具有与凸轮件接合的第一端部和延伸穿过差速器壳并与链轮接合的相对的端部。当电磁线圈被激励时，线圈和磁通导体将链轮磁性地耦联至差速器壳。该耦联减缓了接合轴和凸轮件相对于变速箱的转动，启动离合器组件的接合以锁止差速器。

Description

电气触发的锁止式差速器

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年11月3日公开的序列号为61/409,696、名称为“Electronically Triggered Locking Differential”的美国临时申请的权益，在此将其全部内容结合入本文中作为参考。

技术领域

本申请涉及一种车辆差速器，具体涉及一种电气触发的锁止式差速器，其至少部分地根据输入信号作出响应。

背景技术

锁止式差速器一般地包括一限定齿轮室的变速箱，在其中安装有一差动齿轮组，差动齿轮组包括至少一个输入小齿轮和一对输出半轴齿轮。离合器组件可被安装在至少一个半轴齿轮和变速箱的邻接面之间，从而，离合器组件可阻止变速箱和该半轴齿轮之间的相对转动。离合器组件优选为爪式离合器，因为离合器组件倾向于更有效地吸收能量并具有较高的接合速度和平滑的接合动作，同时保护差速器和传动系元件免于高冲击负荷。凸轮件可被安装在离合器组件和相邻的半轴齿轮之间，以在凸轮件相对转动时接合离合器组件。在一种类型的锁止式差速器中，凸轮件响应于离合器组件的接合而倾斜，从而相对于差速器变速箱锁住半轴齿轮。

许多差动系统具有致动机构以将离合器组件移动至其接合状态。传统的系统响应于检测到的车轮间的预定速度差而接合离合器组件。可选的系统可包括致动器，其响应于电气信号而不是检测到的速度差来接合离合器组件。可能的致动器包括在差速器壳内部需要多个线圈的电磁系统或活塞-油缸致动器。这些系统是复杂的并会增加差速器中的部件数量。

机械锁止式差速器仍然经常用于车辆中，但有时关注这样的差速器和防抱死制动系统或电子稳定控制系统之间的兼容性。然而，用已知的电气触发的差速器设计来替换机械的锁止差速器将会是过于麻烦的和可能成本过高的。

因此存在对设计简单、节约成本的电气触发锁止式差速器的需求。还需要这样的电气触发锁止式差速器，其易于适应已知的机械锁止差速器以简单地转换至电气触发差速器。

发明内容

一种电气触发的车辆差速器可包括限定旋转轴线和齿轮室的差速器壳。齿轮室可容纳至少一个用作输入齿轮的小齿轮和用作输出齿轮的第一和第二半轴齿轮，其中第一和第二半轴齿轮的至少一个作为第一凸轮面。差速器还可包括可在接合状态和脱开状态之间操作的离合器组件、以及具有第二凸轮面的凸轮件，所述接合状态用于减缓差速器壳与第一和第二半轴齿轮之间的转动。凸轮件可响应第一凸轮面和第二凸轮面之间的相对转动而轴向运动以接合离合器组件。差速器还包括具有与凸轮件接合的第一端部和贯穿差速器壳的第二端部的接合轴。直齿轮能设置在第二端部上，并且第一和第二半轴齿轮中的至少一个相对于差速器壳的转动引起接合轴沿其轴线的转动。

为了提供电子触发性能，差速器可包括能够在非激励状态和激励状态之间操作的电磁线圈、支撑电磁线圈的轴承座圈、设置在差速器壳上的磁通导体、以及耦联至直齿轮并设置在差速器壳和磁收集器之间的链轮，在激励状态下电磁线圈产生磁通量。链轮可绕差速器壳的旋转轴线旋转。当电磁线圈处于激励状态下时，磁阻力减缓链轮相对于差速器壳的转动，从而减缓接合轴绕该轴的轴线的转动。接合轴的减缓的转动可减缓凸轮件相对于半轴齿轮的转动，从而导致第一和第二凸轮面相互之间的旋转，产生凸轮件的轴向移动以接合离合器组件并锁止差速器。

附图说明

图1是根据本发明的一个方面的锁止式差速器的轴向剖视示意图；

图2是图1中的锁止式差速器的分解视图；

图3是图1中的锁止式差速器的轴向视图，其示出了差速器中的部件之间的接合；

图4是锁止式差速器的一部分的近视图，其示出了一磁气隙；和

图5是图4中该部分的近视图，其示出了不同的磁气隙。

具体实施方式

现在参照附图，其不意味着对本发明的任何方面进行限制，图1是根据本发明的一个方面的电气触发锁止式差速器10的轴向剖视图。差速器10包括一差速器壳12，在差速器壳12中限定有一齿轮室14。

设置在差速器壳12内的差动齿轮组可包括多个安装在小齿轮轴20上的小齿轮18。小齿轮轴20本身可通过任何适当的装置固定至差速器壳12。小齿轮18起到差速器10的输入齿轮的作用，并与一对半轴齿轮22和24互相接合，半轴齿轮22和24起到差速器10的输出齿轮的作用。

差速器壳12可包括环形的毂部26和28。轴承座圈30可安装在毂部26、28的至少一个上，以给差速器部件提供相对于外壳(未示出)的转动支撑。

在车辆的正常直线行驶期间，在连接到差速器10的左右车轴(未示出)之间没有发生差动。因此，小齿轮18不相对于小齿轮轴20旋转。差速器壳12、小齿轮18、半轴齿轮22和24及车轴作为一体单元全部绕车轴的旋转轴线旋转。

在特定的车辆运行条件下，例如当车辆转弯时，差速器10允许半轴齿轮22、24的转速之间的一定量的差动。然而，当半轴齿轮22、24的速度差上升到一特定的预定水平以上时，需要减慢差速器壳12和半轴齿轮22、24之间的相对转动以防止过度的差动。还可存在这样的运行条件，其中需要将差速器10锁止在一起并防止所有的差动动作——甚至在差动动作有发生机会之前。

锁住差速器10的锁止机构可包括第一离合器组件31和第二离合器组件32，第一离合器组件31具有多个花键联接到差速器壳12的离合器盘，第二离合器组件32花键联接到半轴齿轮22、24。锁止机构可以进一步包括一凸轮组件36以将离合器组件31、32从脱开位置移动到接合位置。当离合器组件31、32接合时，它们能够减慢或停止差速器壳12和半轴齿轮22、24之间的相对转动。

凸轮组件36可包括半轴齿轮22和凸轮件38。半轴齿轮22可限定第一凸轮面40，凸轮件38限定第二凸轮面42。凸轮件38还可以限定一组外花键(未示出)。在车辆的正常向前直线行驶期间，差动发生很少或没有差动发生，凸轮面40、42保持在空档位置，且凸轮件38与半轴齿轮22以相同的转速旋转。为了接合离合器组件30，凸轮件32的转速可相对于半轴齿轮22的转速减缓，其导致凸轮面40、42的倾斜。该倾斜导致凸轮件38的轴向移动，导致离合器组件30的接合。

差速器10可使用如图所示的电气触发的致动机构50以减缓凸轮件32的转动。致动机构50可包括一接合轴52。直齿轮54可安装在接合轴52的至少一端上。直齿轮54可具有多个外花键并可安装在差速器壳12之外。链轮56也可安装在差速器壳12之外并具有与直齿轮54接合的多个内花键。虽然链轮56示出具有位于其内径上的花键，但是链轮56可以具有位于外径上的花键而没有脱离本发明图解的方面的范围。

本领域技术人员在看到本发明时，可以理解在此使用的术语“花键”可包括轮齿或各种其他的元件，这些元件从接合轴52向凸轮件32传输足够的制动转矩。当存在车轮速度差时，接合轴52旋转，并且每当扭矩被施加至接合轴52时差速器10相对于差速器壳12的转动都被锁止。

致动机构50的电子部分可包括一磁通导体58和电磁线圈60。连接器62可将电磁线圈60连接至电源(未示出)，以便电磁线圈60能响应电气信号地选择性地激励和不被激励。轴承座圈30和链轮56能用磁性材料制成，以便能通过磁通导体58磁性地耦联至差速器壳12。

磁通导体58可具有多个设置在其内圆周上的耳状件64，以接合位于差速器壳12上的对应凹口65。电磁线圈60和轴承座圈30设置在差速器壳12上、位于磁通导体58的顶部。

当差速器10被差动时(即当线圈60不被激励、且小齿轮18和半轴齿轮22、24在差速器壳12内部旋转时)，半轴齿轮22、24和差速器壳12以不同的速度旋转。在这种情况下，凸轮件38以与半轴齿轮22、24相同的速度旋转。

为了启动锁止操作，激励线圈60。激励线圈60可导致链轮56和磁通导体58之间的磁耦合。该磁耦合还可将链轮56耦联到差速器壳12。因为接合轴52在车辆转速差动期间旋转，链轮56与差速器壳12的耦联减缓了链轮56的转速，从而给接合轴52施加一扭矩。而且，当半轴齿轮22、24以各自的速度旋转时，激励线圈60可产生阻力，因为凸轮件38试图匹配差速器壳12的速度。由此，如上所述，在相对于差速器壳12转动的接合轴52上的扭矩以及在半轴齿轮22和凸轮件38之间的速度差可导致凸轮面40、42倾斜。倾斜动作可引起凸轮件38的轴向移动和离合器组件31的接合，从而锁止差速器10。

图4和5示出了可能细节的例子，所述细节可结合到差速器10中以改善性能。如上所述，轴承座圈30能用磁性材料制成，并构造为集中它能被高效地使用的电磁线圈60、磁通导体58和轴承座圈30中的磁场并减少差速器壳12中的或周围材料的磁场损失。图4图解了系统的一个方面，具有一系列的第一气隙66，其设置在轴承座圈30的引导轴颈67(即轴承座圈30的接触或引导线圈60内径的表面)中并与电磁线圈60同心地布置。图5图解了一系列的第二气隙68，其设置在轴承座圈30的竖直支撑结构70中。在一个方面，第一和第二气隙66、68可被形成为交替的扇形66和孔口68。轴承座圈30的这种结构能捕获由电磁线圈60产生的磁场并将磁场聚焦在其能用来锁止差速器10的位置。更具体地，第一和第二气隙66、68可产生一磁阻更大的路径，以便将磁通聚焦到链轮56和磁通导体58。因此，第一和第二气隙66、68可限制磁通量被短路到差速器壳12内。

如上所述，当存在车轮速度差时，接合轴52旋转。接合轴52的转动经由直齿轮54引起链轮56的转动。为了启动锁止操作，电流可通过连接器62发送以激励电磁线圈60并产生磁场。来自线圈60的磁通量流过磁通导体58、链轮56并回到线圈60。这可产生链轮56、磁通导体58和差速器壳12之间的磁耦合，使得链轮56与差速器壳12一起旋转。

链轮56和磁通导体58之间的磁阻(力)可减缓链轮56的转动并在直齿轮54和接合轴52上施加一扭矩，从而减缓接合轴52相对于差速器壳12的转动。这又减缓凸轮件38相对于半轴齿轮22的转动，导致凸轮面40、42倾斜和离合器组件30接合，从而锁住差速器。

由此，本发明能在通常使用的机械式锁止差速器中提供电气致动的能力。例如，如上所述，根据本发明一个方面的系统结合了现有的离合器组件、直齿轮和接合轴。这导致一电气触发的锁止式差速器，其容易与现有的差速器系统兼容并提供从机械系统往电气系统的低成本的转换。

可以理解，上述的教导仅仅是示例性的，并不意味着限制本发明的教导、其应用或用途。虽然具体的例子已经在说明书和附图中被描述，但是可以理解的是本领域普通技术人员能够进行各种改变或元件的等效替换，而不脱离本发明在权利要求中的范围。此外，特征、元件和/或多个实施例间功能的混合搭配这里能够显而易见，以便本领域普通技术人员能够理解从本发明的一个实施例中的特征、元件和/或功能与另一个实施例中酌情合并，除非另有说明。此外，在没有脱离其实质范围的情况下，可以做出适合本发明教导的具体情形或材料的许多改变。所以，它意味着本发明不限制于通过附图和说明书图解的具体的实施例，其只是作为用于目前实行的执行本发明的技术方案的最佳模式，但是本发明的范围将包括落入前述说明书和权利要求中的任何实施例。

Claims (6)

1.一种电气触发的车辆差速器，包括：

差速器壳，其限定旋转轴和齿轮室；

至少一个小齿轮和第一半轴齿轮及第二半轴齿轮，所述小齿轮起到输入齿轮的作用，所述第一半轴齿轮及第二半轴齿轮起到输出齿轮的作用，所述小齿轮和第一半轴齿轮及第二半轴齿轮设置在齿轮室内，其中，第一半轴齿轮和第二半轴齿轮中的至少一个起到第一凸轮面的作用；

离合器组件，其能够在接合状态和脱开状态之间操作，所述接合状态用于减缓差速器壳与第一半轴齿轮及第二半轴齿轮之间的转动；

凸轮件，其具有第二凸轮面，其中凸轮件能够响应第一凸轮面和第二凸轮面之间的相对转动而轴向运动以接合离合器组件；

接合轴，其具有与凸轮件接合的第一端部和延伸穿过差速器壳的第二端部，其中直齿轮设置在第二端部上，并且第一半轴齿轮和第二半轴齿轮中的至少一个的相对于差速器壳的转动导致接合轴沿该轴的轴线的转动；

电磁线圈，其能够在非激励状态和激励状态之间操作，其中，当处于激励状态下时电磁线圈产生磁通量；

轴承座圈，其支承电磁线圈；

磁通导体，其设置在差速器壳上；

链轮，其耦联至直齿轮并设置在差速器壳和磁通收集器之间，其中，链轮绕差速器壳的旋转轴线旋转，当电磁线圈处于激励状态下时，磁阻力减缓链轮相对于差速器壳的转动，从而减缓接合轴绕该轴的轴线的转动，

其中，接合轴的减缓的转动减缓了凸轮件相对于半轴齿轮的转动，从而导致第一凸轮面和第二凸轮面相对于彼此旋转，导致凸轮件轴向移动以接合离合器组件并锁止差速器。

2.根据权利要求1所述的电气触发的锁止式差速器，其中，电磁线圈基于外部电气信号在激励状态和非激励状态下运行。

3.根据权利要求1所述的电气触发的锁止式差速器，其中，链轮由磁性材料制成，且磁阻力产生于链轮和磁通导体之间。

4.根据权利要求1所述的电气触发的锁止式差速器，其中，轴承座圈由磁性材料制成。

5.根据权利要求4所述的电气触发的锁止式差速器，其中，轴承座圈具有引导轴颈和多个竖直支撑结构，且轴承座圈具有多个气隙。

6.根据权利要求5所述的电气触发的锁止式差速器，其中，所述多个气隙包括设置在引导轴颈中的第一气隙和设置在竖直支撑结构中的第二气隙，其中，第一气隙和第二气隙彼此交替。

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