用于车轮端部断开装置的电磁致动器的制作方法

各种实施例涉及车辆车轮端部断开装置。

背景技术：

车辆可以采用多种驱动配置。车辆可以基于诸如速度、负载和坡度的因素动态地期望改变驱动配置。可以证明有益于动态地改变驱动配置的另外的因素是车轮的当前状态。多个从动轮允许更均匀地分配动力，从而增加车辆的最大动力，以及车辆的更大控制。然而，由于用于推进车辆的装备，从动轮通常比非从动轮具有更大的质量和惯性阻力。与常规的非从动轮相比，另外的质量和阻力增加了针对加速和静态速度所需的能量消耗。在处于非驱动状态时分离车轮的质量和阻力可改善能量消耗。接合车轮的驱动装备允许根据命令分配更多的动力。

动态接合和分离车轮和传动系之间的驱动装备的某些先前的尝试使用真空装置和离合器。断开装置的真空系统与车辆的真空系统配合使用。然而，现在许多车辆正在被开发为无真空的。

动态接合和分离车轮和传动系之间的驱动装备的其他尝试使用在车轮轮毂和半轴之间的轴向可致动棘爪。然而，所述方法可能会给半轴或车轮轮毂的部段提供不相称的应力。

技术实现要素：

一种车轮端部断开系统包括：内座圈，其连接到车桥半轴和车轮轮毂中的一者；外座圈，其连接到车桥半轴和车轮轮毂中的另一者，内座圈和外座圈围绕车轮轴线同心；以及多个径向可致动的棘爪，其间隔开并且取向在内座圈和外座圈之间，可在外侧锁定位置和内侧解锁位置之间移动，以将车轮轮毂与车桥半轴连接和断开。所述系统还包括多个管脚，所述多个管脚周向地间隔开，并且附接到致动器环，所述管脚具有端部，所述端部与所述多个棘爪配合以使它们在锁定位置和解锁位置之间移动。所述致动器环可在锁定位置和解锁位置之间轴向地移位。所述系统还包括：一个或多个永磁体，其形成附接到所述致动器环的永磁体环，具有轴向地间隔开的北磁极和南磁极；以及环形三磁极电磁体，其具有与所述环形永磁体同心的两个反向缠绕的轴向地间隔开的线圈。用正电流激励三磁极电磁体使永磁体环和致动器环在第一方向上移位，并且用负电流激励三磁极电磁体使永磁体环和致动器环在相对的方向上移位，导致棘爪在锁定位置和解锁位置之间移动。

一种车轮端部断开系统包括：同轴嵌套的内座圈和外座圈，其各自连接到车桥半轴和车轮轮毂中的一者以围绕车轮轴线旋转；多个径向可致动棘爪，其周向地间隔开，并且取向在内座圈和外座圈之间，可在锁定位置和解锁位置之间移动，以将车轮轮毂与车桥半轴连接和断开；以及致动器环，其能够相对于内座圈和外座圈在锁定位置和解锁位置之间轴向地移位。所述系统还包括：多个管脚，其周向地间隔开并且附接到致动器环，所述管脚具有端部，所述端部与多个棘爪配合以使管脚在锁定位置和解锁位置之间移动；环形永磁体环，其附接到致动器环，所述环形永磁体环具有轴向地间隔开的北磁极和南磁极；以及环形三磁极电磁体，其具有与环形永磁体环同心的两个轴向地间隔开的线圈。用正电流激励三磁极电磁体使永磁体环和致动器环在第一方向上移位，并且用负电流激励三磁极电磁体使永磁体环和致动器环在相对的方向上移位，导致棘爪在锁定位置和解锁位置之间移动。

一种车轮端部断开系统包括：内座圈，其连接到车桥半轴；外座圈，其连接到与内座圈和车轮轴线同心的车轮轮毂；多个径向可致动的棘爪，其周向地间隔开并且取向在内座圈和外座圈之间，可在外侧锁定位置和内侧解锁位置之间移动；以及不可渗透的致动器环，其能够在锁定位置和解锁位置之间轴向地移位。所述系统还包括：多个管脚，其周向地间隔开并且附接到所述致动器环，所述管脚具有端部，所述端部与所述多个棘爪配合以使它们在锁定位置和解锁位置之间移动；以及环形永磁体环，其附接到致动器环，所述环形永磁体环具有轴向地间隔开的北磁极和南磁极。所述系统还包括环形三磁极电磁体，所述环形三磁极电磁体具有与环形永磁体环同心的两个反向缠绕的轴向地间隔开的线圈，以及由多个同轴连接的含铁层压盘组成的含铁三磁极磁导，所述多个同轴连接的含铁层压盘限定两个向内开口的环形轴向地间隔开的空腔并且限定三个轴向地间隔开的磁通环，所述空腔的大小设定成接收两个反向缠绕的轴向地间隔开的线圈，所述三个轴向地间隔开的磁通环取向在所述线圈的轴向端部之间和轴向端部处，当在一个方向上激励线圈时，所述磁通环形成n-s-n磁极，并且当在相对的方向上激励时，形成s-n-s磁极，以使所述永磁体环和致动器环移位，导致所述棘爪在所述锁定位置和解锁位置之间移动，以将车轮轮毂与车桥半轴连接和断开。

附图说明

图1示出了用于从动轮的配置。

图2示出了用于车轮端部断开装置的电磁致动器的实施例的概视图。

图3示出了磁体总成、致动器环和管脚的分解图。

图4示出了装置的管脚和空腔的配合。

图5a、图5b、图5c和图5d示出了磁体总成的行为和路径。

图6a、图6b和图6c示出了按磁体总成之间的位置的电磁力值。

具体实施方式

本文中描述了本公开的各种实施例。然而，所公开的实施例仅仅是示例性的，并且其他实施例可采用未明确示出或描述的各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅解释为教导本领域普通技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任何一个来示出和描述的各种特征可以与在一个或多个其他附图中所示出的特征相组合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可以是特定应用或实现方式所期望的。

参考图1，所述系统可以用于在车轮未被驱动时的时段期间断开车轮端部。车轮端部断开装置1可以容纳半轴3和车轮轮毂5。车轮轮毂5可以连接到车轮总成，其中车轮总成被驱动以推进车辆。

可由传动系来驱动半轴3。可由内燃发动机、连接到牵引电池的电动马达或两者的组合来驱动传动系。

参考图2，内座圈7可以附接到半轴3。内座圈7可以容纳多个棘爪11。棘爪11可以周向地间隔开、轴向地间隔开、或两者的组合。棘爪11可在第一位置和第二位置之间致动。例如，第一位置可以与内座圈7的外表面大体上相切，并且第二位置可以与内座圈7的表面成锐角。可以通过外座圈9形成多个棘爪腔室13。腔室13可以为棘爪11提供到致动机构的可触及性。棘爪11可以被径向致动以与腔室13配合。

内座圈7可以与外座圈9配合。内座圈7的棘爪11可以与外座圈9的空腔配合以将内座圈7机械地接合到外座圈9。当接合时，座圈7、9可以配合以联接半轴3和车轮轮毂5并且使其旋转同步。

参考图3和图4，某些布置可以容纳环形永磁体总成19。永磁体总成19可以容纳布置或容纳在环形结构中的多个圆柱形永磁体。在替代实施例中，永磁体总成19可由单个环形永磁体或当接合时组成环形环的环形形状的多个部段组成。永磁体总成19可以取向成使其磁极在环形形状的轴向端部上。

一对磁极环23可以容纳在永磁体总成19中。在替代实施例中，永磁体总成19可以容纳单个磁极环或根本不容纳磁极环。磁极环可以被成形为具有与永磁体总成19基本上类似的圆周的环。磁极环23可由含铁材料构成。例如，磁极环23可由钢构成。

某些布置可以容纳环形电磁体总成25。多个线圈27可以容纳在电磁体总成25中。线圈27可由导电材料构成。例如，线圈27可由铜构成。线圈27可以是反向缠绕电连通。在替代实施例中，线圈27可以是电独立的。

电磁体总成25可以具有磁导29。磁导29可由含铁材料构成。磁导29可以与线圈27电磁连通。磁导29可以通过提供比周围介质具有更高磁导率的材料，辅助由流过多个线圈27的电流产生的电磁通量的传播。多个磁通环31可以容纳在磁导29中。磁通环31还可以辅助电磁通量的传播。磁通环31可以轴向地间隔开，形成线圈27可以设置在其中的通道。例如，可以有三个磁通环31，所述三个磁通环31限定两个通道，所述两个通道中设置有两个反向缠绕线圈27。

当被激活时，线圈27可在多个磁通环31的内径向边缘中产生磁极磁配置。例如，当用正电流激励线圈27时，磁通环31可以被配置为具有北-南-北(nsn)配置。因此，当用负电流激励线圈27时，磁通环31可以被配置为具有sns配置。在此配置中，当激励时，中心磁通环可以产生比相邻磁通环更大的电磁通量，因为两个线圈27都提供能量来给中心磁通环的电磁场供电。

永磁体总成19和电磁体总成25可以大体上同心地定位。电磁体总成25可以与永磁体总成19电磁连通。永磁体总成19可在第一位置和第二位置之间轴向地致动。

当未激励电磁体总成25时，永磁体总成19可在第一位置或第二位置处经由磁通环31经由磁极环23在永磁体总成19和电磁体总成25之间施加磁保持力。保持力可以用于将永磁体总成19固定在第一位置或第二位置，并且阻止永磁体总成19致动到第一位置或第二位置中的另一者。当激励电磁体总成25时，电磁体总成25可以施加移动力以在第一位置和第二位置之间致动永磁体总成19。移动力可能比保持力更强，以引起初始移动。与在固定定位期间相比，在永磁体总成19的致动期间，保持力可以提供较小程度的影响。在替代实施例中，电磁体总成25可以被致动。

某些布置可以容纳致动器环33。致动器环33可以用于容纳永磁体总成19。在替代实施例中，致动器环33可以用于容纳电磁体总成25。永磁体总成19的致动可以导致致动器环33在第一位置和第二位置之间的致动。

参考图4，多个管脚35可以容纳在致动器环33中。借助于将管脚35设置在内座圈7的腔室内，致动器环33可以可滑动地连接到内座圈7。借助于致动器环33，管脚35可以能够在第一位置和第二位置之间致动。管脚35的致动可以导致内座圈7的棘爪11的致动。因此，永磁体总成19的致动可以使半轴3和车轮轮毂5接合或分离。

参考图5a、图5b、图5c和图5d，永磁体总成19和电磁体总成25的空间关系可以使得永磁体总成19的磁极环23的平面永远不会跨越或占据外磁通环31的平面。例如，磁极环23的轴向表面可能不与外磁导29的轴向表面齐平，尽管保持力可能影响两者以将磁体保持在第一位置或第二位置。所述取向允许移动力使致动方向偏置。

参考图6a、图6b和图6c，显示了永磁体和电磁体之间的力的行为。图6a显示了当电流流过线圈从而形成通过磁通环的磁通量时磁体之间的力的行为，使得设置在0mm处的永磁体的磁极与相邻磁通环的磁极相匹配。在电流初始通过线圈时，可在磁体之间施加20牛顿的力。20牛顿可以是由于电流引起的来自永磁体和磁通环之间的所有相互作用的力的总和。磁体之间的力的一部分是由于磁通环设置在0mm处，以及中心磁导将偏置的匹配磁极推开。随着永磁体总成开始行进，力的量增加。力的增加可以归因于设置在4mm处的磁导开始对拉动永磁体的相对磁极具有更强的影响，以及中心磁导开始拉动永磁体的相对磁极。这些作用可在3mm和3.5mm之间的距离处达到80牛顿和90牛顿之间的峰值。力的作用然后可能再次减弱。这可能归因于当磁体行进得更远时，在0处的磁导失去了对匹配磁极的推动影响。当永磁体已经行进4mm时，磁体之间的力的强度可能下降到50牛顿和60牛顿之间的值。

图6b显示了当电流以与图6a相对的方向流过线圈从而形成通过磁通环的磁通量时磁体之间的力的行为，使得设置在4mm处的永磁体的磁极与相邻磁通环的磁极相匹配。在电流初始通过线圈时，可在磁体之间施加20牛顿的力。20牛顿可能是由于电流引起的来自永磁体和磁通环之间的所有相互作用的力的总和。磁体之间的力的一部分是由于磁通环设置在4mm处，以及中心磁导将偏置的匹配磁极推开。随着永磁体总成开始行进，力的量减小。力的减小可以归因于设置在0mm处的磁导开始对拉动永磁体的相对磁极具有更强的影响，以及中心磁导开始拉动磁体的相对磁极。这些作用可在0.5mm和1mm之间的距离处达到-80牛顿和-90牛顿之间的谷值。然后，所述力的作用可能会再次加强。这可能归因于当磁体行进得更远时，在4mm处的磁导失去了对匹配磁极的推动影响。当永磁体已经行进到0mm时，磁体之间的力的强度可以上升到-50牛顿和-60牛顿之间的值。

图6c显示了当没有电流流过线圈时磁体之间的力的行为。图表的输出显示了永磁体和磁导之间的保持力。在0mm处，磁体之间的力可在-10牛顿和-15牛顿之间。因此，20牛顿的力将使永磁体总成在相对的方向上移位。在4mm处，磁体之间的力可在10牛顿和15牛顿之间。因此，-20牛顿的力将使永磁体总成在相对的方向上移位。在2mm处，磁体之间的力可以基本上为0牛顿。通常，这不是永磁体的停止点。连接所述点的图形的形状可能类似于立方根函数。

在说明书中所使用的用词是描述性用词而非限制性用词，并且应理解，可以在不脱离本公开和权利要求的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可以被组合以形成可能未明确描述或示出的另外的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为在一个或多个期望的特性方面提供优于其他实施例或现有技术实现方式的优点或相比其他实施例或现有技术实现方式是优选的，但是本领域的普通技术人员认识到，一个或多个特征或特性可以被折衷以实现期望的整体系统属性，所述期望的整体系统属性取决于具体的应用和实现方式。这些属性包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维修性、重量、可制造性、易于组装等。因此，被描述为关于一个或多个特性不如其他实施例或现有技术实现方式所期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可能是期望的。

根据本发明，提供一种车轮端部断开系统，其具有：内座圈，其连接到车桥半轴和车轮轮毂中的一者；外座圈，其连接到所述车桥半轴和所述车轮轮毂中的另一者，所述内座圈和外座圈围绕车轮轴线同心；多个径向可致动的棘爪，其周向地间隔开，取向在所述内座圈和所述外座圈之间，并且能够在外侧锁定位置和内侧解锁位置之间移动，以将所述车轮轮毂与所述车桥半轴连接和断开；多个管脚，其周向地间隔开，并且附接到致动器环，所述管脚具有端部，所述端部与所述多个棘爪配合，以使它们在所述锁定位置和解锁位置之间移动，并且所述致动器环能够在所述锁定位置和解锁位置之间轴向地移位；一个或多个永磁体，其形成永磁体环，所述永磁体环附接到所述致动器环，具有轴向地间隔开的北磁极和南磁极；以及环形三磁极电磁体，其具有与所述环形永磁体同心的两个反向缠绕的轴向地间隔开的线圈，其中用正电流激励所述三磁极电磁体使所述永磁体环和致动器环在第一方向上移位，和用负电流激励所述三磁极电磁体使所述永磁体环和致动器环在相对的方向上移位，导致所述棘爪在所述锁定位置和解锁位置之间移动。

根据实施例，三磁极电磁体还包括含铁三磁极磁导，所述三磁极磁导限定形成轴向地间隔开的n-s-n或s-n-s磁极的三个轴向地间隔开的磁通环。

根据实施例，永磁体环设置有一对轴向地间隔开的含铁磁极环，所述一对轴向地间隔开的含铁磁极环附接到永磁体环的轴向端部。

根据实施例，当处于锁定位置或解锁位置时，永磁体环相对于相邻的磁通环偏移，从而当电磁体未被激励时，永磁体被偏置到锁定位置或解锁位置。

根据实施例，当激励三磁极电磁体以将永磁体环移动到另一个位置时，大于15n的净轴向力被施加在永磁体环上。

根据实施例，在电磁体处于未激励状态的情况下，永磁体环当在锁定位置或解锁位置中的一者与相邻的磁通环配合时，表现出8n和12n之间的轴向保持力。

根据实施例，在电磁体处于未激励状态的情况下，永磁体环当在锁定位置或解锁位置中的一者与相邻的磁通环配合时，表现出8n和12n之间的轴向保持力。

根据实施例，三磁极磁导由多个轴向连接的同轴含铁环组成，所述多个轴向连接的同轴含铁环限定两个向内开口的环形轴向地间隔开的空腔，所述空腔的大小被设定成接收所述两个反向缠绕的轴向地间隔开的线圈。

根据实施例，含铁环由钢组成。

根据实施例，当激励三磁极电磁体以将永磁体环移动到另一个位置时，轴向力被施加在永磁体环上，足以克服永磁体环施加在三磁极磁通环上的偏置力，导致电磁体使永磁体环和致动器环的位置移位。

根据实施例，致动器环由不可渗透的材料形成。

根据本发明，提供一种车轮端部断开系统，其具有：同轴嵌套的内座圈和外座圈，各自连接到车桥半轴和车轮轮毂中的一者以围绕车轮轴线旋转；多个径向可致动的棘爪，其周向地间隔开，取向在所述内座圈和所述外座圈之间，并且能够在锁定位置和解锁位置之间移动，以将所述车轮轮毂与所述车桥半轴连接和断开；致动器环，其能够相对于所述内座圈和外座圈在所述锁定位置和解锁位置之间轴向地移位；多个管脚，其周向地间隔开并且附接到所述致动器环，所述管脚具有端部，所述端部与所述多个棘爪配合以使管脚在锁定位置和解锁位置之间移动；环形永磁体环，其附接到致动器环，并且具有轴向地间隔开的北磁极和南磁极；以及环形三磁极电磁体，其具有与所述环形永磁体环同心的两个轴向地间隔开的线圈，其中用正电流激励所述三磁极电磁体使所述永磁体环和致动器环在第一方向上移位，和用负电流激励所述三磁极电磁体使所述永磁体环和致动器环在相对的方向上移位，导致所述棘爪在所述锁定位置和解锁位置之间移动。

根据实施例，当处于锁定位置或解锁位置时，永磁体环的磁极中的至少一个相对于三磁极电磁体的相邻磁极偏移，以在激励三磁极磁体时轴向地偏置永磁体环以移动到另一个位置。

根据实施例，当激励三磁极磁体以将永磁体环移动到另一个位置时，大于15n的轴向力被施加在永磁体环上，以克服当电磁体处于未激励状态时永磁体环施加在三磁极磁通环上的轴向力。

根据实施例，当电磁体处于未激励状态时，处于锁定位置和解锁位置的永磁体环在三磁极磁通环上施加8n和12n之间的保持力。

根据本发明，提供一种车轮端部断开系统，其具有：内座圈，其连接到车桥半轴；外座圈，其连接到与内座圈和车轮轴线同心的车轮轮毂；多个径向可致动的棘爪，其周向地间隔开，取向在内座圈和外座圈之间，并且可在外侧锁定位置和内侧解锁位置之间移动；不可渗透的致动器环，其能够在锁定位置和解锁位置之间轴向地移位；多个管脚，其周向地间隔开并且附接到所述致动器环，所述管脚具有端部，所述端部与所述多个棘爪配合以使所述管脚在锁定位置和解锁位置之间移动；环形永磁体环，其附接到致动器环，所述环形永磁体环具有轴向地间隔开的北磁极和南磁极；以及环形三磁极电磁体，其具有与环形永磁体环同心的两个反向缠绕的轴向地间隔开的线圈，以及由多个同轴连接的含铁层压盘组成的含铁三磁极磁导，所述多个同轴连接的含铁层压盘限定两个向内开口的环形轴向地间隔开的空腔并且限定三个轴向地间隔开的磁通环，所述空腔的大小设定成接收两个反向缠绕的轴向地间隔开的线圈，所述三个轴向地间隔开的磁通环取向在所述线圈的轴向端部之间和轴向端部处，当在一个方向上激励线圈时，所述磁通环形成n-s-n磁极，并且当在相对的方向上激励时，形成s-n-s磁极，以使所述永磁体环和致动器环移位，导致所述棘爪在所述锁定位置和解锁位置之间移动，以将车轮轮毂与车桥半轴连接和断开。

根据实施例，当激励三磁极磁体以将永磁体环移动到另一个位置时，大于15n的轴向力被施加在永磁体环上以克服当电磁体处于未激励状态时环形永磁体环施加在三磁极磁通环上的在8n和12n之间的轴向力。