CN115447372A - 断接器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种断接器，其中，包括：支撑环，设置于差速器壳的内部，用于支撑安装在内部的小齿轮；离合器环，在所述差速器壳的内部进行与所述支撑环的联接或解除操作；致动器，其具备电枢，所述电枢设置在所述离合器环的相反侧的所述差速器壳的外侧，通过电磁力拉动通过动作杆连接于所述离合器环的所述电枢，由此完成所述离合器环和支撑环的联接；以及弹性构件，联接到所述差速器壳的内部的所述动作杆部位，一侧端部接触到所述差速器壳，另一侧端部接触到所述离合器环来弹性支撑所述离合器环。

Description

断接器
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机汽车(Internal Combustion Engine，ICE)、混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)、电动汽车(Electric Vehicle，Battery ElectricVehicle，EV)等车辆的四轮驱动的断接器。
背景技术
一般而言，断接器是安装在差速器组件上，根据行驶情况分离或连接差速轴来转换为两轮驱动(2WD)和四轮驱动(4WD)，从而，可以最小化多余的动力损失的装置。
现有的断接器大部分利用液压马达或气动马达等的控制系统移动套筒来切断马达或发动机等的输入部和车轮等的输出部的动力，从而，从四轮驱动(Four Wheel Drive，4WD)转换为两轮驱动(Two Wheel Drive，2WD)。
图1是示出现有断接器的图。参照图1，现有的断接器200连接于差速器组件100。差速器组件100的差速器壳101的内部安装有差速齿轮组。差速齿轮组，包括2个第一半轴齿轮111及第二半轴齿轮112以及与第一半轴齿轮111及第二半轴齿轮112相啮合的2个小齿轮121、122。
现有的断接器200，包括：差速轴210，其设置在差速器壳101的内部，与位于图2右侧的第一半轴齿轮111相连接；轮毂220，与右侧车轮相连接；滚珠丝杠轴240，与马达230相连接，通过马达230的运行而旋转；螺母250，在与滚珠丝杠轴240相联接的状态下，滚珠丝杠轴240运行时，可随着滚珠丝杠轴240移动；以及变速叉280，通过螺母250的操作可沿导轨260进行移动，并通过移动套筒270来连接差速轴210和轮毂220或解除差速轴210和轮毂220的连接。
现有的断接器200中，滚珠丝杠轴240通过驱动包括位置传感器的马达230而旋转。通过滚珠丝杠轴240的旋转，变速叉280与随着滚珠丝杠轴240移动的螺母250一起移动。当变速叉280移动时，变速叉280和通过变速叉280连接的套筒270进行移动，同时差速轴210和轮毂220相啮合来连接动力，或解除差速轴210和轮毂220的啮合来切断动力。具体而言，滚珠丝杠轴240在马达230的驱动下向一侧方向旋转时，套筒270向差速轴210的方向移动的同时，完成差速轴210和轮毂220的相啮合，由此，向右轮传递动力。相反，当滚珠丝杠轴240在马达230的驱动下向另一侧方向旋转时，套筒270朝轮毂220的方向移动的同时，解除差速轴210和轮毂220之间的连接。
然而，现有断接器中，通过滚珠丝杠轴、变速叉和套筒连接从马达分离的差速轴和轮毂，由于所述复杂的结构，存在如下严重的问题；即整体长度过大、装配空间宽、重量重、不利于汽车安装性，而且，由于用于驱动马达的耗电量(20A)过多，需要精密控制BLDC马达的行程等，导致控制系统的驱动变复杂，且制造费用增加，而且，四轮驱动车辆的辅助驱动轮被断开的两轮驱动的情况下，输入部的旋转被停止，随之末级减速齿轮也停止，在差速轴与轮毂分离的状态下，车辆高速直行时，随着左半轴齿轮的旋转而小齿轮高速旋转，由于此时产生的高差动(high differential)，发生噪声和振动。
相对于此，本发明提出一种断接器，所述断接器，包括：差速器壳，用于传递输入转矩；差速齿轮组，用于负责差动；支撑环，用于支撑差速齿轮组的小齿轮；离合器环，与支撑环联接或解除操作；弹性构件，用于弹性支撑离合器环；致动器，通过动作杆连接于离合器环的电枢与磁线圈非接触状态运行来实现断接，通过如此构成，并通过非接触运行，结构简单，有利于耐久性及噪声，且安装性优异。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：大韩民国专利公开第10-2017-0123869号公报(2017年11月9日公开)
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种断接器，与直接连接于离合器环的动作杆相连接的电枢与磁线圈以非接触状态运行来完成断接，可以联接离合器和支撑环或解除联接。
为达成所述目的，本发明提供一种断接器，其中，包括：支撑环，设置于差速器壳的内部，用于支撑安装在内部的小齿轮；离合器环，在所述差速器壳的内部进行与所述支撑环的联接或解除操作；致动器，其具备电枢，所述电枢设置在所述离合器环的相反侧的所述差速器壳的外侧，通过电磁力拉动通过动作杆连接于所述离合器环的所述电枢，由此完成所述离合器环和支撑环的联接；以及弹性构件，联接到所述差速器壳的内部的所述动作杆部位，一侧端部接触到所述差速器壳，另一侧端部接触到所述离合器环来弹性支撑所述离合器环。
另外，所述致动器，包括：磁芯，与所述电枢相对构成；以及磁线圈，在被容纳在所述磁芯的内部的状态下，施加电源时产生电磁力，来拉动所述电枢。
另外，所述磁芯和磁线圈与所述电枢构成为非接触结构。
另外，所述磁线圈和磁芯固定于变速器壳体，并独立于所述差速器壳的旋转。
另外，在所述差速器壳的一侧朝所述致动器的方向延长的延长部联接衬套，在所述衬套联接所述电枢及磁芯的中心部位。
另外，所述衬套为非磁性体。
另外，具备卡爪部，所述卡爪部可以与所述离合器环和支撑环的相对的面联接或分离。
另外，所述离合器环的外径和所述差速器壳的内径通过花键结构相连接。
另外，所述动作杆，一侧端部连接于离合器环，另一侧端部贯穿所述差速器壳与所述电枢相连接。
另外，所述电枢为磁性体。
另外，在所述支撑环的内部具备中心轴，在所述中心轴的两侧可旋转地联接小齿轮，在两侧小齿轮的两侧具备与两侧小齿轮相啮合的半轴齿轮。
另外，所述差速器壳的侧端部由可拆装的盖子而构成，在所述盖子安装驱动齿轮。
发明效果
根据本发明，与直接连接于离合器环的动作杆相连接的电枢与磁线圈非接触状态运行来完成断接，由此可以联接离合器和支撑环或解除联接。
另外，根据本发明，在断接器的联接被解除的状态下，汽车以两轮驱动(2WD)模式行驶时进行滑行的辅助驱动轮与支撑半轴齿轮的支撑环一起旋转，从而，可以防止发生高差动。
另外，根据本发明，通过使用磁线圈，电流消耗少。
另外，根据本发明，通过电枢进行非接触旋转运动，从而，有利于耐磨性及噪声，并被体现为在电枢与磁线圈之间具有大面积电磁作用的结构，从而，其作用及响应度变优秀。
另外，根据本发明，通过由低价低电流磁线圈来代替现有的大电流BLDC马达、滚珠丝杠轴、变速叉等的高价致动器，并可以去除推力轴承，从而，可以降低费用。
另外，根据本发明，通过将差速器组件和断接器构成为一体化，从而，可以大幅度减小整体长度，并可以大幅度提高重量及封装的安装性。
另外，根据本发明，通过去除轮毂和套筒等的大型零件，并可以去除支撑这些的轴承类，另外，通过以非接触的方式构成电枢和磁线圈，从而，可以去除推力轴承，减少零件数。
另外，根据本发明，通过将差速器组件和断接器构成为一体化，从而，可以简化组装工艺。
附图说明
图1是示出现有的断接器的图。
图2是示出根据本发明的优选一实施例的断接器的侧视图。
图3是沿图2的A-A线的截面图。
图4是示出在根据本发明的优选一实施例的差速器壳的内部组装离合器环及支撑环的状态的图。
图5是根据本发明的优选一实施例的离合器环的放大图。
图中：
300：差速器组件，310：差速器壳，310a：盖子，311：延长部，312：支撑环，312a：第二卡爪部，312b：中心轴，321：第一小齿轮，322：第二小齿轮，331：第一半轴齿轮，332：第二半轴齿轮，340：驱动齿轮，400：断接器，420：离合器环，421：第一卡爪部，430：弹性构件，444：电枢，444a：倾斜面，445：磁线圈，446：磁芯，446a：倾斜面，450：动作杆，460：衬套，G：气隙，S：花键
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的优选实施例。首先，应注意对每个附图标注参照符号时，即便在不同的图面上，对相同的构成要素也标注相同的符号。并且，在说明本发明时，若判断为对相关公知构成或功能的具体说明会使本发明的要旨不明确，则将省略对其的详细说明。下面将说明本发明的优选实施例，但是，本发明的技术思想并不局限于此，可由本领域的普通技术人员变形实施为各种形态。
本发明的断接器是在四轮驱动(4WD)汽车中，前轮或后轮为主驱动轮，另一个车轮(后轮或前轮)为辅助驱动轮，在由此构成的情况下，仅用主驱动轮的动力行驶时，为了防止在由辅助驱动轮减速器的滑行而引起的旋转阻力(drag)和马达的反电动势，并提高燃料效率而切断动力传递的装置。
图2是根据本发明的优选一实施例的断接器的侧视图，图3是沿图2的A-A线的截面图，图4是示出在根据本发明的优选一实施例的差速器壳的内部组装离合器环及支撑环的状态的图，图5是根据本发明的优选一实施例的离合器环的放大图。
如图2至图5所示，本发明的断接器400联接于差速器组件300。本发明，包括：支撑环312，用于支撑第一小齿轮321及第二小齿轮322；离合器环420，与支撑环312相联结或解除操作；致动器，通过电磁力拉动由动作杆450连接于离合器环420的电枢444，完成离合器环420和支撑环312的联接；以及弹性构件430，用于弹性支撑离合器环420。
具体地，构成差速器组件300的差速器壳310包括延长部311。延长部311朝差速器壳310的一侧致动器的方向延长。差速器壳310可以被构成为可分离的结构。例如，差速器壳310的驱动齿轮340侧端部可由能够通过螺栓等的联接构件拆装的盖子310a而构成，在盖子310a的外侧可以安装驱动齿轮340。盖子310a可以支撑第二半轴齿轮332。
在差速器壳310的内部具备如第一半轴齿轮331和第二半轴齿轮332以及第一小齿轮321和第二小齿轮322等的差速齿轮组。例如，第一半轴齿轮331可以位于图2的右侧。例如，第二半轴齿轮332可以位于图2的左侧。
第一半轴齿轮331的朝向第二半轴齿轮332的一侧端部具备齿轮齿。第一半轴齿轮331的另一侧端部的一部分可以通过延长部311的内部露出至外部。配置在两侧的第一半轴齿轮331和第二半轴齿轮332可以通过驱动轴(省略图示)连接到左右两侧的辅助驱动轮(省略图示)。
支撑环312设置在差速器壳310的内部。支撑环312在差速器壳310的内部支撑第一小齿轮321和第二小齿轮322。例如，支撑环312被构成为与差速器壳310分离的结构使得在差速器壳310的内部进行动作。在支撑环312的内部具备中心轴312b。在中心轴312b的两侧可旋转地联接第一小齿轮321和第二小齿轮322。第一小齿轮321和第二小齿轮322位于第一半轴齿轮331和第二半轴齿轮332之间。
离合器环420设置于差速器壳310的内部。离合器环420可以与支撑环312相联结或分离。离合器环420位于第二半轴齿轮332侧。
离合器环420的外径部位和与其对应的差速器壳310的内径部位可通过花键S结构相连接。在离合器环420通过花键S结构连接到差速器壳310的状态下，致动器进行运行时可朝支撑环312的方向移动。
离合器环420包括第一卡爪部421。第一卡爪部421设置于朝向支撑环312的离合器环420的侧面。
在支撑环312的侧面具备第二卡爪部312a。在支撑环312的第二卡爪部312a对应联接离合器环420的第一卡爪部421。
例如，在离合器环420进一步具备除了第一卡爪部421之外的其他的卡爪部，并使其联接到设置在与其对应的差速器壳310的卡爪部。
弹性构件430位于差速器壳310的内部。例如，弹性构件430可以为复位弹簧。弹性构件430联接到差速器壳310的内部动作杆450的部位。弹性构件430的一侧端部接触差速器壳310，另一侧端部接触离合器环420。
致动器，包括：电枢444、与电枢444相对设置的磁芯446、以及设置于磁芯446的内部的磁线圈445。
延长部311由小于差速器壳310的外径的外径而构成。在差速器壳310的延长部311可以安装衬套460。电枢444及磁芯446的中心部位安装在衬套460。可以通过衬套460对准磁线圈445与电枢444的中心。衬套460的作用是向电枢444的轴向引导移动。
例如，衬套460可以由非磁性体而构成。通过将衬套460由非磁性体构成，可以防止在对磁线圈445施加电源时产生的电磁力泄漏。
磁芯446及磁线圈445可以固定于变速器壳体(省略图示)。磁芯446及磁线圈445可以构成为独立于差速器壳310的旋转的结构。具体地，在离合器环420和支撑环312的卡爪部相联接的状态下差速器壳310进行旋转时，离合器环420、支撑环312及电枢444也与差速器壳310一起旋转，而磁线圈445和磁芯446由于被固定在减速器壳体(省略图示)的内部，因此，不能旋转。例如，在变速器壳体(省略图示)的内部可以安装断接器400。
磁芯446及磁线圈445与电枢444隔着预定间隔的气隙G构成为非接触结构。
磁芯446和电枢444的互相面对的面的至少一部分可以由倾斜面444a、446a而形成。通过此结构，在组装磁芯446及电枢444时，可以避开与其他零件的干涉，并可以提供组装方便性。
例如，电枢444可以由铁磁体而制成。由于电枢444由铁磁体而制成，因此，可容易通过在对磁线圈445施加电源时产生的电磁力拉动。
电枢444设置于离合器环420的相反侧的差速器壳310的外侧。动作杆450的一侧端部连接于离合器环420，而另一侧端部贯穿差速器壳310连接于电枢444。优选地，例如，在联接有动作杆450的差速器壳310的部位联结衬套等的组装部件，然后，在组装部件的内部联结动作杆450，从而，联结于动作杆450的电枢444被准确地组装到定位置。
离合器环420在被弹性构件430弹性支撑的状态下，可随着动作杆450稳定地移动。
下面，说明两轮驱动时本发明的断接器的运行。
如图2、图3所示，在两轮驱动(2WD)时，在对磁线圈445施加电源之前的初始状态下，离合器环420被弹性构件430的弹力推动而位于解除卡爪部的联接的方向。由此，可以在两轮驱动(2WD)模式的常开型(Normal Open type)运行。
具体地，在两轮驱动(2WD)状态下，由于离合器环420被弹性构件430的弹力推动而位于解除卡爪部的方向，因此，离合器环420的第一卡爪部421和支撑环312的第二卡爪部312a成为啮合解除状态。此时，减速器的马达(省略图示)等动力源的动力为停止动作的状态，因此，动力源的动力不会传递至驱动齿轮340。
在此状态下，当两侧辅助驱动轮(省略图示)滑行时，两侧辅助驱动轮的旋转力通过驱动轴(省略图示)传递到两侧的第一半轴齿轮331及第二半轴齿轮332，使第一半轴齿轮331及第二半轴齿轮332旋转。
第一半轴齿轮331及第二半轴齿轮332以与第一小齿轮321及第二小齿轮322相啮合的状态下，随着第一半轴齿轮331及第二半轴齿轮332的旋转，支撑环312也与第一半轴齿轮331及第二半轴齿轮332一起旋转。
此时，由于支撑环312为与差速器壳310分离的结构，因此，只有支撑环312旋转，而差速器壳310不旋转。由此，可以完成辅助驱动轮进行滑行，而只由主驱动轮行驶的两轮驱动行驶。
如此，在两侧辅助驱动轮(省略图示)滑行时，两侧辅助驱动轮的旋转力通过第一半轴齿轮331及第二半轴齿轮332和第一小齿轮321及第二小齿轮322只传递到支撑环312，在差速器壳310不旋转的状态下，支撑环312在差速器壳310的内部旋转，因此，可以防止发生高差动。
下面说明四轮驱动时本发明的断接器的运行。
如图2、图3所示，当四轮驱动(4WD)时对磁线圈445施加电源。通过对磁线圈445施加电源产生电磁场。
随着电磁场的产生，铁磁体的电枢444朝磁线圈445的方向移动。由于电磁力电枢444向磁线圈445的方向拉动所需的行程(Stroke)。
将磁线圈445和离合器环420的位置分别设在相反侧，并为了连接这些增设动作杆450来实现非接触运行及常开型(Normal Open type)。
离合器环420通过动作杆450连接组装到随着磁线圈445的运行而移动的电枢444，初期通过弹性构件430位于释放卡爪的方向，而在对磁线圈445施加电源时，可以与差速器壳310同步(synchro)旋转。
具体地，随着电枢444被朝磁线圈445侧拉动，通过动作杆450连接到电枢444的离合器环420也被拉动，由此完成离合器环420和支撑环312的卡爪部的联接。
离合器环420随着动作杆450移动的同时，第一卡爪部421对应联接于支撑环312的第二卡爪部312a。由此，可以在四轮驱动(4WD)模式下运行。
四轮驱动(4WD)时，如减速器马达等动力源的动力被传递到驱动齿轮340。由于离合器环420和支撑环312为卡爪部相联接的状态，因此，动力源的动力通过驱动齿轮340传递到差速器壳310，使差速器壳310进行旋转。驱动齿轮340通过螺栓等的联接构件与差速器壳310连接，从而，可以将动力源的动力传递至差速器壳310。
随着差速器壳310的旋转，差速器壳310的内部的支撑环312进行旋转。四轮驱动(4WD)时，由于离合器环420和支撑环312为卡爪部相联接的状态，并且，离合器环420通过花键S结构与差速器壳310连接，因此，动力源的动力可通过驱动齿轮340、差速器壳310、离合器环420传递至支撑环312。
随着支撑环312的旋转，动力被传递至与第一小齿轮321和第二小齿轮322相啮合的第一半轴齿轮331及第二半轴齿轮332，使第一半轴齿轮331及第二半轴齿轮332旋转。
随着第一半轴齿轮331及第二半轴齿轮332的旋转，动力经过与两侧第一半轴齿轮331及第二半轴齿轮332相连的驱动轴(省略图示)传递到两侧辅助驱动轮，从而，可以使两侧辅助驱动轮旋转。由此，动力源的动力不仅传递到主驱动轮，还传递到辅助驱动轮，从而，可以实现四轮驱动行驶。
另一方面，当解除施加到磁线圈445的电源时，电枢444及离合器环420可通过弹性构件430的弹力恢复到原位。
具体地，当解除施加到磁线圈445的电源时，电磁力会消失，电枢444如初始状态远离磁线圈445，随着所述电枢444的运行，按压弹性构件430的离合器环420的力消失，因此，被压缩的弹性构件430伸长。
随着弹性构件430的伸长，离合器环420和支撑环312之间的联接状态被解除。即，当联接到支撑环312的第二卡爪部312a的离合器环420的第一卡爪部421远离第二卡爪部312a时联接被解除。
随着离合器环420恢复到原来的状态，通过动作杆450连接于离合器环420的电枢444也与离合器环420一起恢复到原来的状态。
如此，当解除磁线圈445的电源时，电枢444和离合器环420通过弹性构件430恢复到原位，从而，可以在两轮驱动(2WD)模式下运行。
现有的断接器需要精密地控制卡爪部的操作机构，但在本发明中，由于离合器环的第一卡爪部形成为平坦(flat)的面，因此，在与支撑环的第二卡爪部联接时，由于卡爪部之间的适当的响应度能快速接触，并且，通过用适当的力(force)联接，因此，不需要精确控制，可以实现简单的控制系统。
另外，在本发明中，为了校正因电枢的行程而产生的磁力并防止离合器环和支撑环在驱动过程中脱落，会需要安装用于测量位移的传感器。为此，虽未在图中明确表示，但可以构成能够测量位移的行程传感器来确认离合器环和支撑环是否准确联接，行程传感器可以是只确认在故障安全(fail safe)方面的开/关位置的开/关型传感器。
综上所述，根据本发明，与直接连接于离合器环的动作杆相连接的电枢与磁线圈非接触状态运行来完成断接，由此可以联接离合器和支撑环。另外，根据本发明，在断接器的联接被解除的状态下，汽车以两轮驱动(2WD)模式行驶时进行滑行的辅助驱动轮与支撑小齿轮的支撑环一起旋转，从而，可以防止发生高差动。另外，根据本发明，通过使用磁线圈，相对于马达电流消耗少。另外，根据本发明，通过电枢进行非接触旋转运动，从而，有利于耐磨性及噪声，并被体现为在磁线圈之间具有大面积电磁作用的结构，从而，其作用及响应度变优秀。另外，根据本发明，通过由低价低电流磁线圈来代替现有的大电流BLDC马达、滚珠丝杠轴、变速叉等的高价致动器，并可以去除推力轴承，从而，可以降低费用。另外，根据本发明，通过将差速器组件和断接器构成为一体化，从而，可以大幅度减小整体长度，并可以大幅度提高重量及封装的安装性。另外，根据本发明，通过去除轮毂和套筒等的大型零件，并可以去除支撑这些的轴承类，另外，通过以非接触的方式构成电枢和磁线圈，从而，可以去除推力轴承，减少零件数。另外，根据本发明，通过将差速器组件和断接器构成为一体化，从而，可以简化组装工艺。
以上的说明仅仅是对本发明的技术思想进行例示性地说明，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的本质性的特性的范围内可以进行多种修正、变更及取代。因此，本发明所公开的实施例及附图并非用于限定本发明的技术思想，而是用于说明本发明，本发明的技术思想的范围并非局限于这样的实施例。本发明的保护范围应根据权利要求书来解释，并且应解释为在与其同等的范围内的所有技术思想都包含在本发明的权利范围中。

Claims (12)

1.一种断接器，其特征在于，包括：
支撑环，设置于差速器壳的内部，用于支撑安装在内部的小齿轮；
离合器环，在所述差速器壳的内部进行与所述支撑环的联接或解除操作；
致动器，其具备电枢，所述电枢设置在所述离合器环的相反侧的所述差速器壳的外侧，通过电磁力拉动通过动作杆连接于所述离合器环的所述电枢，由此完成所述离合器环和支撑环的联接；以及
弹性构件，联接到所述差速器壳的内部的所述动作杆部位，一侧端部接触到所述差速器壳，另一侧端部接触到所述离合器环来弹性支撑所述离合器环。
2.根据权利要求1所述的断接器，其特征在于，所述致动器，包括：
磁芯，与所述电枢相对构成；以及
磁线圈，在被容纳在所述磁芯的内部的状态下，施加电源时产生电磁力，来拉动所述电枢。
3.根据权利要求2所述的断接器，其特征在于，所述磁芯和磁线圈与所述电枢构成为非接触结构。
4.根据权利要求2所述的断接器，其特征在于，所述磁线圈和磁芯固定于变速器壳体，并独立于所述差速器壳的旋转。
5.根据权利要求2所述的断接器，其特征在于，在所述差速器壳的一侧朝所述致动器的方向延长的延长部联接衬套，在所述衬套联接所述电枢及磁芯的中心部位。
6.根据权利要求5所述的断接器，其特征在于，所述衬套为非磁性体。
7.根据权利要求1所述的断接器，其特征在于，具备卡爪部，所述卡爪部可以与所述离合器环和支撑环的相对的面联接或分离。
8.根据权利要求1所述的断接器，其特征在于，所述离合器环的外径和所述差速器壳的内径通过花键结构相连接。
9.根据权利要求1所述的断接器，其特征在于，所述动作杆，一侧端部连接于离合器环，另一侧端部贯穿所述差速器壳与所述电枢相连接。
10.根据权利要求1所述的断接器，其特征在于，所述电枢为磁性体。
11.根据权利要求1所述的断接器，其特征在于，在所述支撑环的内部具备中心轴，在所述中心轴的两侧可旋转地联接小齿轮，在两侧小齿轮的两侧具备与两侧小齿轮相啮合的半轴齿轮。
12.根据权利要求1所述的断接器，其特征在于，所述差速器壳的侧端部由可拆装的盖子构成，在所述盖子安装驱动齿轮。
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