CN112313480A - 具有电枢位置检测的差速器 - Google Patents

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Abstract

被配置为与锁止差速器(10)一起使用的位置检测装置被配置为确定电枢(46)相对于定子(38)的位置。该定子具有初级线圈(40)。电枢相对于定子在对应于锁止差速器处于锁定状态和解锁状态的接合位置和脱离位置之间移动。位置检测装置包括次级线圈(60)或设置为靠近初级线圈的传感器(360)。次级线圈或传感器被配置为基于电枢的移动来确定电感变化。电感变化指示电枢相对于定子的位置变化。

Description

具有电枢位置检测的差速器
技术领域
本教导内容总体上涉及电子致动锁止差速器，并且具体地讲，涉及具有次级线圈的电子致动锁止差速器，该次级线圈测量电感的变化以确定电枢相对于锁止差速器中的定子的位置。
背景技术
在汽车应用中，相关领域的电子致动的锁止差速器可以被电子致动，并且被设计为用于前轮驱动(FWD)车辆、后轮驱动(RWD)车辆、全轮驱动(AWD)车辆和四轮驱动(4WD)车辆，以允许在如此期望时锁定或解锁差速器。驾驶员可以通过手动启动安装到车辆的仪表盘或控制台的开关或按钮来锁定前轮和/或后轮。在这种类型的扭矩控制装置中，允许电枢自旋或与差速器一起旋转，并且电枢不机械地附接到差速器内的锁定板。
虽然这种类型的锁止差速器通常用于它们的预期目的，但仍存在某些缺点。更具体地讲，这些布置限制了电子感测差速器的锁定状态的能力。进一步，将传感器添加到旋转电枢可能是增加的成本的原因，因为传感器是非接触的。另外，磨损和耐久性成为附接到旋转电枢的任何传感器的关注点。
发明内容
被配置为与锁止差速器一起使用的位置检测装置被配置为确定电枢相对于定子的位置。定子具有初级线圈。电枢相对于定子在对应于锁止差速器处于锁定状态和解锁状态的接合位置和脱离位置之间移动。位置检测装置包括设置为靠近初级线圈的次级线圈。次级线圈被配置为基于电枢的移动来确定电感变化。电感变化指示电枢相对于定子的位置变化。
根据附加的特征，初级线圈设置在定子的边界内。定子可以限定外壳。初级线圈和次级线圈设置在外壳内。次级线圈可以确定(i)初级线圈何时接通以及(ii)初级线圈何时断开。初级线圈状态指示灯可以指示初级线圈的通电状态。次级线圈可以确定(iii)电枢何时处于脱离位置以及(iv)电枢何时处于接合位置。锁定状态指示灯可以指示电枢被锁定还是被解锁。电枢利用固定夹机械联接到锁止差速器的外壳。固定夹可由低磁导率材料形成。高磁导率材料可包括302不锈钢。
根据附加的特征，初级线圈限定初级线圈中心轴线，并且次级线圈限定次级线圈中心轴线。初级线圈中心轴线与次级线圈中心轴线是平行的。初级线圈中心轴线与次级线圈中心轴线是偏置的。次级线圈可以限定与初级线圈正交的次级线圈中心轴线。
根据本申请的附加特征被配置为与锁止差速器一起使用的位置检测装置被配置为确定电枢相对于定子的位置。定子具有初级线圈。电枢相对于定子在对应于锁止差速器处于锁定状态和解锁状态的接合位置和脱离位置之间移动。传感器被设置为靠近初级线圈并且在定子的边界内。传感器被配置为基于电枢的移动来确定电感变化。电感变化指示电枢相对于定子的位置变化。
根据附加的特征，初级线圈设置在定子的边界内。传感器可以确定(i)初级线圈何时接通以及(ii)初级线圈何时断开。初级线圈状态指示灯可以指示初级线圈的通电状态。传感器可以确定(iii)电枢何时处于脱离位置以及(iv)电枢何时处于接合位置。锁定状态指示灯可以指示电枢被锁定还是被解锁。
附图说明
本教导内容的其他方面将是容易理解的，因为在阅读结合附图进行的后续描述之后，这一点变得更好地理解，其中：
图1是根据本教导内容的一个示例的包括次级线圈的电子致动锁止差速器的局部透视图；
图2是图1的电子致动锁止差速器的局部剖视图；
图3是根据现有技术而构造的定子的剖视图；
图4是本公开的锁止差速器的初级线圈和次级线圈布置的示意图；
图5是图2的锁止差速器的另一个剖视图；
图6是电枢、定子和次级线圈的侧视图，并且示出电枢处于脱离位置；
图7是电枢、定子和次级线圈的侧视图，并且示出电枢处于脱离位置；
图8是根据本公开的另一个示例构造的次级绕组的平面图；
图9是根据本公开的另一个示例的电子致动锁止差速器的局部剖视图，该电子致动锁止差速器包括由低磁导率材料形成的固定夹；
图10是根据本公开的附加特征的电磁定子的局部透视图，该电磁定子在其上具有被配置为检测电枢板位置的传感器；
图11是图10的电磁定子的平面图；
图12是图10的电磁定子的剖视图；
图13是本公开的锁止差速器的初级线圈和位置传感器布置的示意图；并且
图14是包括图10的电磁定子和传感器配置的锁止差速器的剖视图。
具体实施方式
由本教导内容设想的类型的电子致动的锁止差速器的一个代表性示例在图1和图2中总体的以10指示。如图2中所示，差速器10包括通常以12指示的齿轮箱、和端盖(未示出)，该端盖可通过任何合适的紧固件(诸如通过多个螺栓(未示出))紧固到齿轮箱12。齿轮箱12和端盖彼此配合以限定齿轮室，该齿轮室通常以14指示。差速器10可以被接纳在差速器壳体15内。差速器10的扭矩输入通常由可以附接到凸缘16的输入环齿轮(未示出)进行。齿轮组被支撑在齿轮室14内并且具有至少一对输入小齿轮18。小齿轮18围绕小齿轮轴(未示出)可旋转地安装，该小齿轮轴通过任何合适的机构相对于齿轮箱12固定。小齿轮18是齿轮组的输入齿轮，并与相应的一对左右侧齿轮22(图2中示出的一个侧齿轮)啮合接合。侧齿轮22限定相应的内部直花键26组(仅示出用于齿轮22的一个)，这些内部直花键组适于与相应的一对左右车桥轴(未示出)上的配合的外部花键进行花键接合。
现在将一般性地参考图1-图7，来描述本申请的特征。通常以32指示的旋转防止机构具有大致环形的卡圈构件或锁定板34，并且完全设置在齿轮箱12内并且可操作地与侧齿轮22(第一输出齿轮)相关联。锁定板34与侧齿轮22间隔开并且可沿侧齿轮22的外表面而滑动。锁定板34通过复位弹簧35(诸如波形弹簧)朝向非致动的“解锁”模式偏置。通常以36指示的电子致动器主要设置在齿轮箱12的外部。更具体地讲，电子致动器36设置在与侧齿轮22(第一输出齿轮)相邻的齿轮箱12的末端处和其周围。电子致动器36具有主要在齿轮箱12的外部的定子38。更具体地讲，定子38被设置在与凸缘16相邻的齿轮箱12的末端处和其周围。定子38相对于齿轮箱12是静止的和非旋转的。
电子致动器36还具有总体以40指示的电磁(初级)线圈，该电磁线圈设置在定子38的腔体42中。电磁线圈40由一对电引线44(图5)供电并且从电源(未示出)接收直流电流(DC)。电子致动器36还具有与电磁线圈40间隔开的总体以46指示的电枢以在它们之间形成间隙48。电枢46通过环形滑环54机械地联接到锁定板34。
如本文所述，致动器36包括设置在定子38中的位置检测装置或次级线圈60。次级线圈60能够放置于定子38的外壳的边界内的初级线圈40上或附近。次级线圈60是用于确定电枢46相对于定子38的位置，以解释处于锁定状态、半接合状态或解锁状态的差速器10的状态。如图4中所示，可以将是指示电感变化的信号从次级线圈60发送到控制器80，该控制器将信号发送至显示器、群或其他车辆仪器82以将差速器10的锁定状态传送至驱动器
在其中采用差速器10的车辆的正常、直前操作期间，左右车桥轴或侧齿轮(侧齿轮22已示出)之间不发生差速。因此，小齿轮18不相对于小齿轮轴20旋转。因此，齿轮箱12、小齿轮18和侧齿轮全部围绕旋转轴线而旋转，如同齿轮箱12、小齿轮18和侧齿轮是实心单元一样。
当向电磁线圈40提供直流(DC)功率时，在定子38内部产生磁能，这在电枢46与定子38之间形成吸引力，该吸引力开始于约40Ibf结束于约250Ibf，并导致电枢46朝定子38移动。该力传递通过滑环54并到达锁定板34，从而压缩复位弹簧62，直到锁定板34在侧齿轮22上施加所需的阻滞扭矩，将其锁定到差速器壳体12，并且因此独立于传动轴旋转锁定LH车桥轴和RH车桥轴。根据本公开，应当理解，差速器10允许LH车桥轴和RH车桥轴独立于车辆方向保持锁定。根据本公开还应当理解，差速器10优选用于频繁的岩石循环或方向反转是常见的应用，诸如在雪犁期间。根据本公开还应当理解，差速器10还能够通过将滑环54重新定位为远离电磁线圈40而易于锁定检测，从而允许定子38和电枢46相对于差速器10的旋转保持静止。
差速器10可手动地控制，其中车辆的驱动器手动地选择“锁定”模式(而不是“解锁”模式)以操作差速器10。例如，当假设车辆静止时，驱动器简单地手动地启动安装到车辆仪表盘或控制台86的开关或按钮84，诸如简单的瞬态型“开/关”拨动或摇杆开关或下压按钮。控制台86可整合进车辆仪表82中。以这样的方式将电路(未示出)闭合，从而接通电路中的电流及位于拨动开关或下压按钮84中或其附近的灯(未示出)，以向驱动器指示差速器被致动。电流在电路中流动并最终流向差速器10的电磁线圈40。然后，差速器10以“锁定”模式操作(即，当车辆处于第一档或倒档时)。以这样的方式，第一输出齿轮22相对于齿轮箱12锁定，防止第一输出齿轮22和齿轮箱12之间的任何进一步的差速。
通过不允许电枢46旋转，当差速器10被锁定时可以消除寄生损耗，因为电枢46和定子38之间的任何摩擦阻力被消除了。本教导内容的电子致动器36由于较小的摩擦而在差速器10内形成较少的热量。由于电枢46机械地联接到锁定板34，因此可以基于电枢46的轴向位置来检测或感测差速器10的锁定和解锁。
将一般性地参考图2-图7，进一步描述次级线圈60。在操作期间，次级线圈60可以利用次级线圈60的电感变化来检测电枢46的位置。就这一点而言，当电枢46左右移动并在图2中观察时，次级线圈60的电感变化并且可以确定电枢46的位置。应当理解的是，次级线圈60可以将信号发送至控制器80，该控制器将信号发送至显示器、群或其他车辆仪器82以将差速器10的锁定状态传送至驱动器。通过了解电枢46的位置，可以确定锁止差速器10的状态(完全锁定、完全解锁、在锁定与解锁中间的位置)。进一步解释，本公开的配置可以确定四种状态，即(i)当初级线圈40处于接通(通电)状态时，(ii)当初级线线圈40处于断开(断电)状态时，(iii)当电枢46处于脱离(解锁)位置(图6)时，以及(iv)当电枢46处于接合(锁定)位置(图7)时。在一些示例中，控制台86还可以包括指示初级线圈40的通电状态的初级线圈状态指示灯88、及指示电枢46(或更一般地差速器10)是锁定还是解锁的锁定状态指示灯90。
次级线圈60的配置允许该组件以线性方式起作用，因此即使初级线圈40处于接通(通电)状态，也可以确定电枢46是否一直进入锁定位置(图7)。换句话讲，仅因为初级线圈40被通电，不能保证电枢46已移动到锁定位置。可能存在差速器组件10会由于齿轮齿相互作用(诸如被束缚)而无法完全地达到锁定位置的情况。
现在转到图8，示出了根据本公开的另一个示例构造的次级绕组，并且整体以参考号160标识。次级绕组160是相对于定子138上的初级线圈140而示出。初级线圈140限定初级线圈中心轴线166。次级绕组160限定平行于初级线圈中心轴线166的次级线圈中心轴线162。在图示的示例中，次级线圈中心轴线162大致地相对于由初级线圈140限定的初级线圈中心轴线166而平行和偏置。由于次级绕组160相对于初级线圈140的取向，因而大大地减少了电磁干扰(EMI)。即使当初级线圈140正在接收直流电流时，电枢位置检测也是可行的。
现在参考图9，示出了根据本公开的附加特征构造的电子致动锁止差速器，并且该电子致动锁定差速器通常是用参考号210来标识。差速器210通常包括差速器外壳或齿轮箱212。差速器210可以被接纳于差速器壳体内。除非本文中另有描述，差速器210可以包括如上所述关于差速器10(图1)的类似部件。
差速器210的扭矩输入通常由可附接到凸缘的输入环齿轮(未示出)进行。齿轮组被支撑于齿轮室214内，并且具有可围绕小齿轮轴而旋转地安装的至少一对输入小齿轮，所述小齿轮轴通过任何合适的机构相对于齿轮箱212被固定。小齿轮是齿轮组的输入齿轮，并与相应的一对左右侧齿轮222(图9中示出的一个侧齿轮)啮合接合。侧齿轮222限定相应的内部直花键226组(仅示出用于齿轮22的一个)，这些内部直花键组适于与相应的一对左右车桥轴(未示出)上的配合的外部花键进行花键接合。
通常在232指出的防旋转机构可以类似于图1的防旋转机构32而构造。锁定板234通过复位弹簧235(诸如波形弹簧)朝向非致动的“解锁”模式偏置。通常以236指示的电子致动器主要设置在齿轮箱212的外部。更具体地讲，电子致动器236设置在与侧齿轮222(第一输出齿轮)相邻的齿轮箱212的末端处和其周围。电子致动器236具有主要在齿轮箱212的外部的定子238。更具体地讲，定子238被设置在与凸缘216相邻的齿轮箱212的末端处和周围。定子238相对于齿轮箱是静止的和非旋转的。电子致动器236还具有总体以240指示的电磁(初级)线圈，该电磁线圈设置在定子238的腔体242中。电磁线圈240由一对电引线244供电并且从电源(未示出)接收直流电流(DC)。电子致动器236还具有与电磁线圈240间隔开的总体以246指示的电枢以在它们之间形成间隙248。
电枢246利用固定夹250机械联接到差速器外壳212。固定夹250由低磁导率材料(诸如302不锈钢)形成。定子238产生足够强的磁通场，以通过差速器壳体212和所有在附近的高磁导率材料。现有技术示例中所提供的高磁导率材料(诸如SAE 1090钢)可以干扰电枢238的致动并且导致差速器210的性能不佳。通过使用低磁导率材料，电枢246将能够在无干扰的情况下朝向由定子线圈240所产生的磁场致动。当未具体示出时，防旋转机构232可结合位置检测装置，诸如上述位置检测装置60。
现在参考图10-图14，对根据附加特征构造的电子致动锁止差速器310(图14)进行描述。除非本文中另有描述，电子致动锁止差速器310可以与上述电子致动锁止差速器10类似的方式而构造。电子致动器336具有主要在齿轮箱312外部的定子338。更具体地讲，定子338被设置在齿轮箱312的末端处和其周围。定子338相对于齿轮箱312是静止的和非旋转的。电子致动器336还具有总体以340指示的电磁(初级)线圈，该电磁线圈设置在定子338的腔体342中。电磁线圈340由一对电引线344供电并且从电源(未示出)接收直流电流(DC)。电子致动器336还具有总体以346(图14)指示的电枢，该电枢与电磁线圈340间隔开以在它们之间形成间隙348。
如本文所述，致动器336包括设置在定子338中的位置检测装置或传感器360。传感器360可放置于定子338外壳的边界内的初级线圈340上或附近。传感器360可容纳于定子338的边界内，提供了一个预包装独立成套的组件，与布置在定子338外部的传感器相比该组件更容易在现场进行处理。此外，由于传感器360一旦被安装在轮轴组件内就在定子338的结构内受到更多保护，因而提高了稳健性和寿命。因此，与可具有在定子338外部的传感器的现有技术示例相比，封装问题被大大地减少。传感器360是用于确定电枢346相对于定子338的位置，以解释处于锁定状态、半接合状态或解锁状态的差速器310的状态。可将指示电感变化的信号从传感器360发送至控制器(诸如控制器80，图4中)，该控制器将信号发送至显示器或其他车辆仪器(诸如群82，图4)以将差分器的状态传送至驱动器。在一些示例中，传感器360可以是低成本锁存传感器或其他合适的传感器。
本教导内容提供了一种解决方案，其中当差速器被锁定或解锁时以及当初级线圈处于接通(通电)或断开(断电)状态时可以通知驱动器。如可以理解的，在驱动器启动差速器的锁定(诸如通过激活开关或按钮84)的时间与电枢已被充分移动到导致差速器被锁定的位置的时间之间可存在延迟。此外，在控制台86上向驱动器提供初级线圈的通电状态和电枢的锁定状态的实时状态。
在前述说明书中已详细描述了教导内容，并且据信，通过阅读和理解本说明书，对本教导内容的许多方面的各种更改和修改对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。所有此类更改和修改旨在包括在教导内容中，只要它们在所附权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种位置检测装置，所述位置检测装置被配置为与锁止差速器一起使用，所述位置检测装置被配置为确定电枢相对于定子的位置，所述定子具有初级线圈，所述电枢相对于所述定子在对应于所述锁止差速器处于锁定状态和解锁状态的接合位置和脱离位置之间移动，所述位置检测装置包括：
次级线圈，所述次级线圈设置为靠近所述初级线圈；并且
其中所述次级线圈被配置为基于所述电枢的移动来确定电感变化，所述电感变化指示所述电枢相对于所述定子的位置变化。
2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中所述初级线圈设置在所述定子的边界内。
3.根据权利要求2所述的位置检测装置，其中所述定子限定外壳，所述初级线圈和所述次级线圈设置在所述外壳内。
4.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中所述次级线圈能够确定(i)所述初级线圈何时接通以及(ii)所述初级线圈何时断开。
5.根据权利要求4所述的位置检测装置，所述位置检测装置还包括指示所述初级线圈的通电状态的初级线圈状态指示灯。
6.根据权利要求4所述的位置检测装置，其中所述次级线圈能够确定(iii)所述电枢何时处于所述脱离位置以及(iv)所述电枢何时处于所述接合位置。
7.根据权利要求6所述的位置检测装置，所述位置检测装置还包括指示所述电枢是被锁定还是被解锁的锁定状态指示灯。
8.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中所述电枢利用固定夹机械联接到所述锁止差速器的外壳。
9.根据权利要求8所述的位置检测装置，其中所述固定夹由低磁导率材料形成。
10.根据权利要求9所述的位置检测装置，其中高磁导率材料包括302不锈钢。
11.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中所述初级线圈限定初级线圈中心轴线，并且所述次级线圈限定次级线圈中心轴线，其中所述初级线圈中心轴线与所述次级线圈中心轴线是平行的。
12.根据权利要求11所述的位置检测装置，其中所述初级线圈中心轴线与所述次级线圈中心轴线是偏置的。
13.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中所述次级线圈限定与所述初级线圈正交的次级线圈中心轴线。
14.一种位置检测装置，所述位置检测装置被配置为与锁止差速器一起使用，所述位置检测装置被配置为确定电枢相对于定子的位置，所述定子具有初级线圈，所述电枢相对于所述定子在对应于所述锁止差速器处于锁定状态和解锁状态的接合位置和脱离位置之间移动，所述位置检测装置包括：
传感器，所述传感器设置为靠近所述初级线圈并且在所述定子的边界内；并且
其中所述传感器被配置为基于所述电枢的移动来确定电感变化，所述电感变化指示所述电枢相对于所述定子的位置变化。
15.根据权利要求14所述的位置检测装置，其中所述初级线圈设置在所述定子的边界内。
16.根据权利要求14所述的位置检测装置，其中所述传感器能够确定(i)所述初级线圈何时接通以及(ii)所述初级线圈何时断开。
17.根据权利要求16所述的位置检测装置，所述位置检测装置还包括指示所述初级线圈的通电状态的初级线圈状态指示灯。
18.根据权利要求16所述的位置检测装置，其中所述传感器能够确定(iii)所述电枢何时处于所述脱离位置以及(iv)所述电枢何时处于所述接合位置。
19.根据权利要求18所述的位置检测装置，所述位置检测装置还包括指示所述电枢是被锁定还是被解锁的锁定状态指示灯。
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