DE102023003197A1 - Electromagnetic clutch for a differential arrangement - Google Patents

Abstract

Eine elektromagnetische Kupplung 300 für eine Differentialanordnung 200 wird offenbart, die einen Rotor 302, eine Nabe 304, die Kupplungsscheiben 306 trägt, einen drehbar mit der Nabe 304 gekoppelten Anker 308 und einen Stator 310 aufweist. Die Kupplungsscheiben übertragen, wenn sie mit dem Rotor 302 in Eingriff stehen, Kraft von einer Eingangswelle 202 auf eine Ausgangswelle 204, wie beispielsweise eine Welle eines Differentialgetriebes der Differentialanordnung 200. Die Erregung des Stators 310 führt dazu, dass der Anker 308 angezogen wird, um sich von einer neutralen Position in eine eingerückte Position zu bewegen, um die Kupplungsscheibe 306 mit dem Rotor 302 in Eingriff zu bringen, wodurch ein 4X4-Antrieb ermöglicht wird. Zwischen der Nabe 304 und dem Anker 308 ist ein Rastmechanismus 400 mit Rasten 402 und Rillen 406 vorgesehen, der die automatische Rückkehr des Ankers in die neutrale Position ermöglicht, wenn der Stator stromlos ist.An electromagnetic clutch 300 for a differential assembly 200 is disclosed that includes a rotor 302, a hub 304 carrying clutch plates 306, an armature 308 rotatably coupled to the hub 304, and a stator 310. The clutch plates, when engaged with the rotor 302, transmit power from an input shaft 202 to an output shaft 204, such as a shaft of a differential gear of the differential assembly 200. Energization of the stator 310 causes the armature 308 to be attracted to move from a neutral position to an engaged position to engage the clutch plate 306 with the rotor 302, thereby enabling 4X4 drive. A detent mechanism 400 with detents 402 and grooves 406 is provided between the hub 304 and the armature 308, which allows the armature to automatically return to the neutral position when the stator is de-energized.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf eine elektromagnetische Kupplung für eine Getriebeanordnung eines Fahrzeugs, Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine elektromagnetische Kupplung, die in eine Differentialanordnung zum Umschalten zwischen einem 4X2- und 4X4-Fahrzustand integriert ist.The present disclosure relates generally to an electromagnetic clutch for a transmission assembly of a vehicle. More particularly, the present disclosure relates to an electromagnetic clutch integrated with a differential assembly for switching between 4X2 and 4X4 driving states.

Im Allgemeinen weisen 4X4-Fahrzeuge eine einzelne Achse, entweder vorne oder hinten, auf, die permanent an eine Antriebsquelle des Fahrzeugs gekoppelt ist, und verfügen über Mittel, um optional die andere Achse (im Folgenden als normalerweise nicht angetriebene Achse bezeichnet) an die Antriebsquelle zu koppeln, wenn ein Bedarf besteht. Die Kopplung der normalerweise nicht angetriebenen Achse mit der Kraftquelle wird durch eine Kupplung erleichtert, die in eine Anordnung des Differentials der normalerweise nicht angetriebenen Achse integriert ist.In general, 4X4 vehicles have a single axle, either front or rear, permanently coupled to one power source of the vehicle and have means to optionally connect the other axle (hereinafter referred to as the normally non-drive axle) to the power source to pair when there is a need. Coupling of the normally non-driven axle to the power source is facilitated by a clutch integrated into an arrangement of the normally non-driven axle differential.

1 zeigt eine Schnittansicht einer Differentialanordnung 100, die eine herkömmliche elektrische Kupplung 102 aufweist, um ein Schneckenrad 114 des Differentials der Differentialanordnung 100 mit einer Eingangswelle 112 zu koppeln, die mit einer Stromquelle gekoppelt ist, um auf 4X4-Antrieb umzuschalten. Zwischen dem Schneckenrad 114 und der Eingangswelle 112 ist eine Kupplung 110 konfiguriert zum selektiven Ein- und Auskuppeln der beiden, durch Betätigung der Kupplung 110. Die elektrische Kupplung 102 der Differentialanordnung 100 enthält einen Elektromotor 104 und einen Kugelstößelmechanismus 108. Der Kugelstößelmechanismus 108 ist über einen Satz von Zahnrädern 106 mit dem Elektromotor 104 gekoppelt. Eine Drehung des Motors 104 in eine Richtung betätigt den Kugelstößelmechanismus 108, um die Kupplung 110 zu betätigen, um das Schneckengetriebe 114 und die Eingangswelle 112 zu koppeln, und eine Drehung des Motors 104 in die entgegengesetzte Richtung gibt den Kugelstößelmechanismus 108 frei, um die Kupplung 110 zu lösen, um das Schneckengetriebe 114 und die Eingangswelle 112 zu entkoppeln. 1 1 shows a sectional view of a differential assembly 100 having a conventional electrical clutch 102 for coupling a worm gear 114 of the differential of the differential assembly 100 to an input shaft 112 coupled to a power source to switch to 4X4 drive. Between the worm gear 114 and the input shaft 112, a clutch 110 is configured for selectively engaging and disengaging the two by actuation of the clutch 110. The electrical clutch 102 of the differential assembly 100 includes an electric motor 104 and a ball follower mechanism 108. The ball follower mechanism 108 is via a Set of gears 106 coupled to the electric motor 104. Rotation of the motor 104 in one direction actuates the ball plunger mechanism 108 to actuate the clutch 110 to couple the worm gear 114 and the input shaft 112, and rotation of the motor 104 in the opposite direction releases the ball plunger mechanism 108 to the clutch 110 to solve in order to decouple the worm gear 114 and the input shaft 112.

Wie ersichtlich ist, enthält die herkömmliche elektrische Kupplung einen Betätigungsmechanismus, der kompliziert ist und viele Komponenten wie Getriebe, Elektromotor usw. aufweist, was zu einem höheren Gewicht des Fahrzeugs und zusätzlichen Kosten führt. Daher wäre es wünschenswert, eine Kupplung mit verbessertem Betätigungsmechanismus aufzuweisen, die dieses Problem löst.As can be seen, the conventional electric clutch includes an operating mechanism that is complicated and has many components such as gearbox, electric motor, etc., resulting in increased vehicle weight and additional cost. Therefore, it would be desirable to have a clutch with an improved actuation mechanism that solves this problem.

Die Patentschrift US6409000B1 offenbart eine Vorrichtung zum Einrücken eines 4X4-Antriebs, die einen elektromagnetischen Betätigungsmechanismus und eine Zweiwegekupplung enthält. Die Zweiwegekupplung enthält einen Außenring, der mit einer Antriebswelle gekoppelt ist, einen Innenring, der mit einer Abtriebswelle gekoppelt ist, einen Nockenring und Blockelemente. Der Außenring enthält Taschen und der Innenring weist das Blockelement mit Feder auf. Der elektromagnetische Betätigungsmechanismus weist einen Rotor und einen Anker auf, der zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Rotors und der Zweiwegekupplung ausgelegt ist und drehbar mit dem Nockenring gekoppelt, aber axial beweglich ist. Wenn der Rotor erregt wird, wird der Anker vom Rotor angezogen, und die Drehung des Rotors wird über den Anker auf den Nockenring übertragen, was dazu führt, dass sich der Nockenring dreht und das Blockelement in den Taschen des Außenrings freigegeben wird, wodurch der Außenring und der Innenring gekoppelt werden. So wird die Drehung des Außenrings über den Innenring auf die Abtriebswelle übertragen.The patent specification US6409000B1 discloses a 4X4 drive engagement device that includes an electromagnetic actuation mechanism and a two-way clutch. The two-way clutch includes an outer ring coupled to an input shaft, an inner ring coupled to an output shaft, a cam ring, and block members. The outer ring contains pockets and the inner ring has the block element with spring. The electromagnetic actuation mechanism includes a rotor and an armature disposed between opposing surfaces of the rotor and the two-way clutch and rotatably coupled to the cam ring but axially movable. When the rotor is energized, the armature is attracted to the rotor, and the rotation of the rotor is transmitted to the cam ring through the armature, causing the cam ring to rotate and releasing the block member in the pockets of the outer ring, thereby releasing the outer ring and the inner ring can be coupled. The rotation of the outer ring is transmitted to the output shaft via the inner ring.

Während die genannte Patentschrift einen elektromagnetischen Mechanismus zur Betätigung einer Kupplung offenbart, der die herkömmliche elektrische Kupplung von 1 vereinfacht, besteht die Möglichkeit, eine weiter verbesserte elektromagnetische Kupplung bereitzustellen.While the said patent discloses an electromagnetic mechanism for actuating a clutch which replaces the conventional electric clutch of 1 simplified, there is the possibility of providing a further improved electromagnetic clutch.

Es besteht daher die Notwendigkeit, eine einfache, effiziente und kostengünstige elektromagnetische Kupplung für Anwendungen wie das Umschalten zwischen einem Hinterradantrieb und einem Allradantrieb in einem Fahrzeug bereitzustellen.There is therefore a need to provide a simple, efficient and cost-effective electromagnetic clutch for applications such as switching between rear-wheel drive and four-wheel drive in a vehicle.

Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen einfach aufgebauten, effizienten und kostengünstigen Betätigungsmechanismus für eine Kupplung bereitzustellen, der die den herkömmlichen Betätigungsmechanismen zugeordneten Nachteile überwindet. A general object of the present disclosure is to provide a simple, efficient, and inexpensive clutch actuation mechanism that overcomes the disadvantages associated with conventional actuation mechanisms.

Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen Betätigungsmechanismus für eine Kupplung bereitzustellen, der weniger Raum einnimmt und weniger Teile aufweist.An object of the present disclosure is to provide a clutch actuation mechanism that takes up less space and has fewer parts.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine elektromagnetische Kupplung bereitzustellen, die einen Betätigungsmechanismus enthält, der die Kupplung automatisch auskuppelt, wenn ein Stator der elektromagnetischen Kupplung stromlos wird.Another object of the present disclosure is to provide an electromagnetic clutch that includes an actuation mechanism that automatically disengages the clutch when a stator of the electromagnetic clutch becomes de-energized.

Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich allgemein auf eine elektromagnetische Kupplung für ein Fahrzeug. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine elektromagnetische Kupplung für ein Differential zum Umschalten zwischen 4X2- und 4X4-Antrieben.Aspects of the present disclosure relate generally to an electromagnetic clutch for a vehicle. More particularly, the present disclosure relates to an electromagnetic clutch for a differential for switching between 4X2 and 4X4 drivetrains.

In einem Aspekt enthält die offenbarte elektromagnetische Kupplung zum selektiven Koppeln einer Ausgangswelle mit einer Eingangswelle zur Übertragung von Leistung von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle einen Rotor, eine Nabe und einen Anker. Der Rotor ist drehbar mit der Eingangswelle gekoppelt und die Nabe ist drehbar mit der Ausgangswelle gekoppelt. Die Nabe trägt mindestens eine Kupplungsscheibe, die so konfiguriert ist, dass, wenn sie mit dem Rotor in Eingriff steht, eine Kraftübertragung von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle stattfindet.In one aspect, the disclosed electromagnetic clutch includes a rotor, a hub, and an armature for selectively coupling an output shaft to an input shaft to transmit power from the input shaft to the output shaft. The rotor is rotatably coupled to the input shaft and the hub is rotatably coupled to the output shaft. The hub carries at least one clutch disk configured to transmit power from the input shaft to the output shaft when engaged with the rotor.

Der Anker ist drehbar mit der Nabe für eine Gleitbewegung in einer axialen Richtung der Eingangswelle und der Ausgangswelle gekoppelt, so dass eine Bewegung des Ankers in Richtung des Rotors von einer neutralen Position zu einer Eingriffsposition dazu führt, dass die Kupplungsscheiben mit dem Rotor in Eingriff kommen.The armature is rotatably coupled to the hub for sliding movement in an axial direction of the input shaft and the output shaft such that movement of the armature toward the rotor from a neutral position to an engaged position causes the clutch plates to engage the rotor .

Die elektromagnetische Kupplung enthält ferner einen Stator, der so konfiguriert ist, dass die Erregung des Stators dazu führt, dass der Anker angezogen wird, um den Anker aus der neutralen Position in die Eingriffsposition zu bewegen.The electromagnetic clutch further includes a stator configured such that energization of the stator causes the armature to be attracted to move the armature from the neutral position to the engaged position.

In einem Aspekt enthält die elektromagnetische Kupplung einen Satz von Rasten, die entweder mit der Nabe oder dem Anker konfiguriert sind. Die Rasten sind so konfiguriert, dass sie in einen entsprechenden Satz von Rillen eingreifen, die entweder in der Nabe oder in dem Anker vorgesehen sind, um den Anker, wenn sich der Anker in der Eingriffsposition befindet, in Richtung der neutralen Position vorzuspannen und den Anker in der neutralen Position zu halten, bis eine Kraft auf den Anker ausgeübt wird.In one aspect, the electromagnetic clutch includes a set of detents configured with either the hub or the armature. The detents are configured to engage a corresponding set of grooves provided in either the hub or the anchor to bias the anchor toward the neutral position when the anchor is in the engaged position and the anchor in the neutral position until a force is applied to the anchor.

In einer Ausführungsform können die Rasten durch Federn in Richtung der Rille vorgespannt werden, um die Rasten mit den entsprechenden Rillen in Eingriff zu halten.In one embodiment, the detents may be biased toward the groove by springs to maintain the detents in engagement with the corresponding grooves.

In einer Ausführungsform können die Rillen mindestens eine schräge Fläche enthalten, und in der Eingriffsposition des Ankers können die Rasten mit der schrägen Fläche der entsprechenden Rille in Eingriff kommen.In one embodiment, the grooves may include at least one inclined surface, and in the engaged position of the anchor, the detents may engage the inclined surface of the corresponding groove.

In einer Ausführungsform kann die schräge Fläche der Rillen so konfiguriert sein, dass die von den Federn auf die Rasten ausgeübte Kraft den Anker in Richtung der neutralen Position vorspannt.In one embodiment, the inclined surface of the grooves may be configured such that the force exerted by the springs on the detents biases the anchor toward the neutral position.

In einer Ausführungsform kann die Vorspannung des Ankers, wenn sich der Anker in der Eingriffsposition befindet, in Richtung der neutralen Position die elektromagnetische Kupplung in die Lage versetzen, beim Abschalten des Stators die Ausgangswelle von der Eingangswelle zu entkoppeln, ohne dass eine äußere Kraft auf den Anker oder die Nabe ausgeübt wird.In one embodiment, when the armature is in the engaged position, the biasing of the armature toward the neutral position may enable the electromagnetic clutch to decouple the output shaft from the input shaft when the stator is switched off without any external force on the Anchor or the hub is exercised.

In einer Ausführungsform kann der Stator in einem Gehäuse neben dem Rotor befestigt sein.In one embodiment, the stator may be mounted in a housing next to the rotor.

In einer Ausführungsform kann der Anker innen in der Nabe verzahnt sein.In one embodiment, the anchor can be toothed inside the hub.

In einer Ausführungsform können die Oberflächen des Ankers und des Rotors, die der mindestens einen Kupplungsscheibe zugewandt sind, mit einem Reibbelag konfiguriert sein.In one embodiment, the surfaces of the armature and the rotor that face the at least one clutch disk may be configured with a friction lining.

In einer Ausführungsform kann der Stator eine Spule enthalten, die bei Erregung des Stators elektrischen Strom aufnimmt, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen, der den Anker zum Rotor hin anzieht.In one embodiment, the stator may include a coil that, when the stator is energized, receives electrical current to generate a magnetic flux that attracts the armature toward the rotor.

In einer Ausführungsform kann die elektromagnetische Kupplung in eine Anordnung eines Differentials einer Achse eines Fahrzeugs integriert werden, wobei die Ausgangswelle die Räder der Achse über ein Differential mit Leistung versorgt, und wobei das Einrücken der elektromagnetischen Kupplung die Übertragung der Leistung auf die Räder der Achse für den 4X4-Betrieb ermöglicht.In one embodiment, the electromagnetic clutch may be integrated into an assembly of a differential of an axle of a vehicle, wherein the output shaft supplies power to the wheels of the axle via a differential, and wherein engagement of the electromagnetic clutch facilitates the transfer of power to the wheels of the axle enables 4X4 operation.

Verschiedene Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Ziffern gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.Various objects, features, aspects and advantages of the subject invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments, taken together with the accompanying drawings, in which like numerals represent like components.

Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und sind Bestandteil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen zeigen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.

• 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Differentialübertragungsanordnung mit einer herkömmlichen elektrischen Kupplung, die einen Elektromotor und einen Kugelarmmechanismus zur Betätigung der Kupplung verwendet.
• 2A zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer Differentialanordnung, die die vorgeschlagene elektromagnetische Kupplung zum Umschalten auf 4X4-Betrieb gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufweist.
• 2B zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung eines Rastmechanismus der offengelegten elektromagnetischen Kupplung, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
• 3A und 3B veranschaulichen die Funktionsweise des Rastmechanismus, der ein automatisches Ausrücken der Kupplung beim Abschalten einer Spule der offenbarten elektromagnetischen Kupplung ermöglicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

The accompanying drawings serve to further understand the present disclosure and form part of this description. The drawings show exemplary embodiments of the present disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the present disclosure.

• 1 shows a sectional view of a differential transmission assembly with a conventional electric clutch that uses an electric motor and a ball arm mechanism to operate the clutch.
• 2A shows an exemplary sectional view of a differential assembly having the proposed electromagnetic clutch for switching to 4X4 operation according to an embodiment of the present disclosure.
• 2 B shows an exemplary schematic representation of a locking mechanism of the disclosed electromagnetic clutch, according to an embodiment of the present disclosure.
• 3A and 3B illustrate the operation of the detent mechanism that enables automatic disengagement of the clutch upon deactivation of a coil of the disclosed electromagnetic clutch, according to an embodiment of the present disclosure.

Es folgt eine ausführliche Beschreibung der in den begleitenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Offenbarung. Die Ausführungsformen sind so ausführlich, dass die Offenbarung klar vermittelt wird. Jedoch soll die angebotene Ausführlichkeit die vorhersehbaren Variationen von Ausführungsformen nicht einschränken; im Gegensatz dazu wird beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.The following is a detailed description of the embodiments of the disclosure illustrated in the accompanying drawings. The embodiments are detailed enough to clearly convey the disclosure. However, the detail provided is not intended to limit foreseeable variations of embodiments; on the contrary, it is intended to cover all modifications, equivalents and alternatives that fall within the spirit and scope of the present disclosure as defined by the appended claims.

Die hierin erläuterten Ausführungsformen beziehen sich auf eine elektromagnetische Kupplung für eine Differentialanordnung zur selektiven Kopplung eines Differentials der Differentialanordnung mit einer Eingangswelle zur Übertragung auf mit der Differentialanordnung gekoppelte Räder für den 4X4-Betrieb. Die elektromagnetische Kupplung enthält einen Rotor, der drehbar mit der Eingangswelle gekoppelt ist, eine Nabe, die drehbar mit einer Welle (im Folgenden als Ausgangswelle bezeichnet) eines Schneckengetriebes des Differentials gekoppelt ist. Die Nabe trägt mindestens eine Kupplungsscheibe, die so konfiguriert ist, dass, wenn sie mit dem Rotor in Eingriff steht, eine Kraftübertragung von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle stattfindet.The embodiments discussed herein relate to an electromagnetic clutch for a differential assembly for selectively coupling a differential of the differential assembly to an input shaft for transmission to wheels coupled to the differential assembly for 4X4 operation. The electromagnetic clutch includes a rotor rotatably coupled to the input shaft, a hub rotatably coupled to a shaft (hereinafter referred to as an output shaft) of a worm gear of the differential. The hub carries at least one clutch disk configured to transmit power from the input shaft to the output shaft when engaged with the rotor.

In einer Ausführungsform ist der Anker drehbar mit der Nabe für eine Gleitbewegung in einer axialen Richtung der Eingangswelle und der Ausgangswelle gekoppelt, so dass eine Bewegung des Ankers in Richtung des Rotors von einer neutralen Position zu einer Eingriffsposition dazu führt, dass die Kupplungsscheiben mit dem Rotor in Eingriff kommen, um eine Kraftübertragung vom Rotor zur Nabe durch die Kupplungsscheiben zu bewirken. Die Oberflächen des Ankers und des Rotors, die mindestens einer Kupplungsscheibe zugewandt sind, sind mit einem Reibbelag konfiguriert.In one embodiment, the armature is rotatably coupled to the hub for sliding movement in an axial direction of the input shaft and the output shaft, such that movement of the armature toward the rotor from a neutral position to an engaged position results in the clutch plates engaging with the rotor come into engagement to effect power transmission from the rotor to the hub through the clutch plates. The surfaces of the armature and the rotor that face at least one clutch disk are configured with a friction lining.

In einer Ausführungsform ist ein Stator so konfiguriert, dass eine Erregung des Stators dazu führt, dass der Anker angezogen wird, um den Anker aus der neutralen Position in die Eingriffsposition zu bewegen; der Stator ist in einem Gehäuse der Getriebeanordnung neben dem Rotor befestigt. Der Stator umfasst eine Spule und wird beim Empfang des elektrischen Stroms erregt, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen, und der magnetische Fluss zieht den Anker weiter in Richtung des Rotors an.In one embodiment, a stator is configured such that energization of the stator results in the armature being tightened to move the armature from the neutral position to the engaged position; the stator is mounted in a housing of the gear arrangement next to the rotor. The stator includes a coil and upon receiving the electric current is energized to produce a magnetic flux, and the magnetic flux further attracts the armature towards the rotor.

In einer Ausführungsform enthält die elektromagnetische Kupplung einen Satz von Rasten, der dafür konfiguriert ist, mit einem entsprechenden Satz von Rillen in Eingriff zu kommen, die in dem anderen Teil der Nabe und des Ankers vorgesehen sind. Die Rasten und die Rillen sind so konfiguriert, dass die Rasten in die entsprechenden Rillen eingreifen, wenn sich der Anker in der neutralen Position befindet, um eine axiale Bewegung des Ankers zu verhindern. Die Rasten sind durch eine Feder in Richtung der Rille vorgespannt, um die Rasten in den entsprechenden Rillen zu halten. Die Rasten und die Rillen sind ferner so konfiguriert, dass der Anker, wenn er sich in der Eingriffsposition befindet, in Richtung der neutralen Position vorgespannt ist, wodurch ein automatisches Ausrücken der Kupplung ermöglicht wird, wenn der Stator stromlos ist.In one embodiment, the electromagnetic clutch includes a set of detents configured to engage a corresponding set of grooves provided in the other part of the hub and the armature. The detents and the grooves are configured so that the detents engage the corresponding grooves when the anchor is in the neutral position to prevent axial movement of the anchor. The detents are biased towards the groove by a spring to hold the detents in the corresponding grooves. The detents and grooves are further configured so that when the armature is in the engaged position, it is biased toward the neutral position, thereby allowing automatic disengagement of the clutch when the stator is de-energized.

Es wird darauf hingewiesen, dass, während die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf seine Anwendung mit einer Differentialanordnung beschrieben worden sind, das zugrunde liegende Konzept der vorliegenden Erfindung auf jede andere Anordnung als auch mit Modifikationen, die Fachleuten in der Technik offensichtlich sein würden, angewendet werden kann, wobei alle diese Anwendungen innerhalb des Anwendungsbereichs der vorliegenden Anmeldung ohne irgendwelche Einschränkungen liegen.It should be noted that while the embodiments of the present disclosure have been described with respect to its application to a differential arrangement, the underlying concept of the present invention is applicable to any other arrangement as well as with modifications that would be apparent to those skilled in the art. can be applied, all of these applications being within the scope of the present application without any restrictions.

Bezug nehmend auf 2A, in der eine Schnittdarstellung einer Anordnung mit der vorgeschlagenen elektromagnetischen Kupplung gezeigt wird, enthält die Anordnung 200 Folgendes: eine Eingangswelle 202, die dafür konfiguriert ist, Leistung von einer Leistungsquelle zu empfangen, und eine Ausgangswelle 204, die eine Welle eines Schneckengetriebes des Differentials der Differentialanordnung 200 sein kann, und eine elektromagnetische Kupplung 300, um die Ausgangswelle 204 selektiv mit der Eingangswelle 102 zu koppeln, um einen mit der Differentialanordnung 200 gekoppelten Radsatz für einen 4X4-Betrieb anzutreiben.Referring to 2A , in which a sectional view of an assembly with the proposed electromagnetic clutch is shown, the assembly 200 includes the following: an input shaft 202 configured to receive power from a power source, and an output shaft 204 which is a shaft of a worm gear of the differential differential assembly 200, and an electromagnetic clutch 300 to selectively couple the output shaft 204 to the input shaft 102 to drive a wheelset coupled to the differential assembly 200 for 4X4 operation.

In einer Ausführungsform kann die elektromagnetische Kupplung 300 einen Rotor 302 enthalten, der drehbar mit der Eingangswelle 202 gekoppelt ist, und eine Nabe 304, die drehbar mit der Ausgangswelle 204 gekoppelt ist. Die Nabe 304 trägt mindestens eine Kupplungsscheibe 306. Die Kupplungsscheiben 306 können so konfiguriert sein, dass im Eingriff mit dem Rotor 302 eine Kraftübertragung von der Eingangswelle 202 auf die Ausgangswelle 204 erfolgt.In one embodiment, the electromagnetic clutch 300 may include a rotor 302 rotatably coupled to the input shaft 202 and a hub 304 rotatably coupled to the output shaft 204. The hub 304 carries at least one clutch disk 306. The clutch disks 306 can be configured such that, in engagement with the rotor 302, power is transmitted from the input shaft 202 to the output shaft 204.

In einer Ausführungsform kann die elektromagnetische Kupplung 300 einen Anker 308 enthalten, der drehbar mit der Nabe 304 gekoppelt ist, beispielsweise durch eine Innenverzahnung, für eine Gleitbewegung in einer axialen Richtung der Eingangswelle 202 und der Ausgangswelle 204. Die Oberflächen des Ankers 308 und des Rotors 302, die der Kupplungsscheibe 306 zugewandt sind, können mit einem Reibbelag 312 konfiguriert sein. Ferner kann ein Stator 310 in einem Gehäuse der Getriebeanordnung 200 benachbart zum Rotor 302 befestigt sein und mit einer Spule 314 konfiguriert sein. Die Kupplungsscheibe 306 kann so konfiguriert sein, dass unter normalen Bedingungen ein Luftspalt 316 zwischen dem Rotor 302 und den Kupplungsscheiben 306 besteht, wodurch eine unabhängige Drehung des Rotors 302 und der Kupplungsscheibe 306 ermöglicht wird.In one embodiment, the electromagnetic clutch 300 may include an armature 308 rotatably coupled to the hub 304, for example by internal gearing, for sliding movement in an axial direction of the input shaft 202 and the output shaft 204. The surfaces of the armature 308 and the rotor 302, which face the clutch disc 306, may be configured with a friction lining 312. Furthermore, a stator 310 may be mounted in a housing of the gear assembly 200 adjacent to the rotor 302 and configured with a coil 314. The clutch disk 306 may be configured such that under normal conditions, an air gap 316 exists between the rotor 302 and the clutch disks 306, thereby allowing independent rotation of the rotor 302 and the clutch disk 306.

In einer Ausführungsform kann die Spule 314 durch Zuführen eines elektrischen Stroms über einen elektrischen Verbinder 318 erregt werden, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen, und der magnetische Fluss kann den Anker 308 in Richtung des Rotors 302 aus einer neutralen Position in eine eingerückte Position anziehen, wodurch die Kupplungsscheibe 306 gegen den Rotor 302 gedrückt wird, wodurch der Luftspalt 316 entfernt wird und der Rotor 302 und die Kupplungsscheibe 306 als eine einzige Einheit wirken. Und wenn die Spule 314 stromlos ist, kehrt der Anker aus der Eingriffsposition in seine neutrale Position zurück.In one embodiment, the coil 314 may be energized by supplying an electrical current via an electrical connector 318 to generate a magnetic flux, and the magnetic flux may attract the armature 308 toward the rotor 302 from a neutral position to an engaged position, whereby the clutch disc 306 is pressed against the rotor 302, thereby removing the air gap 316 and making the rotor 302 and clutch disc 306 act as a single unit. And when the coil 314 is de-energized, the armature returns to its neutral position from the engaged position.

Um eine reibungslose Kopplung des Rotors 302 und des Ankers 308 zu gewährleisten, können die beiden Stirnseiten des Rotors 302 und des Ankers 308 mit einem Reibbelag 312 versehen sein. Der Eingriff der Kupplungsscheibe 306 mit dem Rotor 302 führt zu einer Kraftübertragung von der Eingangswelle 202 zum Rotor 302, zur Kupplungsscheibe 306, zur Nabe 304, zur Ausgangswelle 204 und schließlich zu den Rädern über die entsprechenden hinteren Antriebswellen, um den Allradantrieb einzuschalten.In order to ensure a smooth coupling of the rotor 302 and the armature 308, the two end faces of the rotor 302 and the armature 308 can be provided with a friction lining 312. Engagement of the clutch disc 306 with the rotor 302 results in power transmission from the input shaft 202 to the rotor 302, the clutch disc 306, the hub 304, the output shaft 204, and finally to the wheels via the corresponding rear drive shafts to engage four-wheel drive.

In einer Ausführungsform enthält die elektromagnetische Kupplung 300 einen Rastmechanismus 400, der Rasten 402 umfasst, die in der Nabe 304 vorgesehen und so konfiguriert sind, dass sie in einen entsprechenden Satz von Rillen 406 (siehe 2B) eingreifen, die in dem Anker 308 vorgesehen sind. Die Rasten 402 und die Rillen 406 können so konfiguriert sein, dass die Rasten 402 in die entsprechenden Rillen 406 eingreifen, wenn sich der Anker 308 in der neutralen Position befindet, um den Anker 308 in der neutralen Position zu halten, bis eine Kraft aufgebracht wird, beispielsweise durch den magnetischen Zug als Ergebnis der Erregung des Rotors 302. Jede der Rasten 402 kann durch eine Feder 404 in Richtung der Rille 406 vorgespannt werden, um die Rasten 402 mit den entsprechenden Rillen 406 in Eingriff zu halten.In one embodiment, the electromagnetic clutch 300 includes a detent mechanism 400 that includes detents 402 provided in the hub 304 and configured to fit into a corresponding set of grooves 406 (see 2 B) intervene, which are provided in the anchor 308. The detents 402 and the grooves 406 may be configured so that the detents 402 engage the corresponding grooves 406 when the anchor 308 is in the neutral position to hold the anchor 308 in the neutral position until a force is applied , for example, by the magnetic pull as a result of energization of the rotor 302. Each of the detents 402 may be biased toward the groove 406 by a spring 404 to keep the detents 402 engaged with the corresponding grooves 406.

2B zeigt die schematische Darstellung des Rastmechanismus 400 in der neutralen Position des Ankers 308, wobei die Raste 402 am Boden der Rille 406 anliegt. 2 B shows the schematic representation of the locking mechanism 400 in the neutral position of the anchor 308, with the detent 402 resting on the bottom of the groove 406.

Es ist zu beachten, dass, während die beispielhaften Abbildungen hier zeigen, dass die Raste 402 in der Nabe 344 und die Rillen 406 im Anker 308 vorgesehen sind, es auch möglich ist, dass die Raste 402 im Anker 308 und die Rillen 406 in der Nabe 304 vorgesehen sind.Note that while the exemplary illustrations herein show that the detent 402 is provided in the hub 344 and the grooves 406 in the armature 308, it is also possible that the detent 402 is in the anchor 308 and the grooves 406 in the Hub 304 are provided.

3A und 3B zeigen die Funktionsweise des Rastmechanismus 400. Während des normalen Fahrbetriebs des Fahrzeugs, wenn der 4X2-Antrieb verwendet wird, bleiben die Rasten 402 in der neutralen Position, wie in 3A gezeigt, und verhindern eine Bewegung des Ankers 308. Wenn der 4X4-Antrieb eingeschaltet ist, wird die Spule 314 durch Zuführen eines elektrischen Stroms erregt, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen. Dieser magnetische Fluss zieht den Anker 308 in Richtung des Rotors 302 an. Dadurch wird der Anker 308 aus der neutralen Position in die eingekuppelte Position bewegt, wobei die relative Position der Rasten 402 und der Rillen 406 in 3B dargestellt ist. Wie dort dargestellt, liegt die Raste 402 auf einer schrägen Fläche 408 der Rille 406 auf. Dies führt dazu, dass die Vorspannkraft der Feder 404, die auf den Anker 308 wirkt, dazu neigt, den Anker 208 zurück in die neutrale Position von 3A zu bewegen, wie durch Pfeile in 3B gezeigt. Wenn der Stator 302 stromlos ist und die magnetische Kraft auf den Anker 308 nicht mehr vorhanden ist, sorgt der Rastmechanismus 400 dafür, dass sich der Anker 308 ohne äußere Kraft automatisch in die neutrale Position zurückbewegt. 3A and 3B show the operation of the detent mechanism 400. During normal driving of the vehicle when the 4X2 drive is used, the detents 402 remain in the neutral position, as shown in 3A shown, and prevent movement of the armature 308. When the 4X4 drive is on, the coil 314 is energized by supplying an electrical current to create a magnetic flux. This magnetic flux attracts the armature 308 toward the rotor 302. This moves the anchor 308 from the neutral position to the engaged position, changing the relative position of the detents 402 and the grooves 406 in 3B is shown. As shown there, the catch 402 rests on an inclined surface 408 of the groove 406. This causes the biasing force of the spring 404 acting on the armature 308 to tend to bias the armature 208 back to the neutral position 3A to move like by arrows in 3B shown. When the stator 302 is de-energized and the magnetic force on the armature 308 is no longer present, the latching mechanism 400 ensures that the armature 308 automatically moves back to the neutral position without external force.

Somit bietet die vorliegende Offenbarung eine verbesserte elektromagnetische Kupplung, die einfach im Aufbau ist, weniger Teile benötigt und es der Kupplung ermöglicht, die Antriebswelle und die Abtriebswelle ohne äußere Kraft zu entkoppeln.Thus, the present disclosure provides an improved electromagnetic clutch that is simple in construction, requires fewer parts, and allows the clutch to decouple the input shaft and the output shaft without external force.

Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden, ohne vom grundsätzlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Varianten oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um eine Person mit normalem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Wissen kombiniert wird, die der Person mit normalem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik zur Verfügung stehen.While the foregoing describes various embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope of the invention. The scope of the invention is determined by the following claims. The invention is not limited to the described embodiments, variations or examples, which are included to enable a person of ordinary skill in the art to make and use the invention when combined with information and knowledge , which the Per son with normal specialist knowledge in the field of technology.

Die vorliegende Offenbarung stellt einen einfach aufgebauten, effizienten und kostengünstigen Betätigungsmechanismus für eine Kupplung bereit, der die den herkömmlichen Betätigungsmechanismen zugeordneten Nachteile überwindet.The present disclosure provides a simply constructed, efficient, and inexpensive clutch actuation mechanism that overcomes the disadvantages associated with conventional actuation mechanisms.

Die vorliegende Offenbarung stellt einen Betätigungsmechanismus für eine Kupplung bereit, der weniger Raum einnimmt und weniger Teile aufweist.The present disclosure provides a clutch actuation mechanism that takes up less space and has fewer parts.

Die vorliegende Offenbarung stellt eine elektromagnetische Kupplung bereit, die einen Betätigungsmechanismus enthält, der die Kupplung automatisch auskuppelt, wenn ein Stator der elektromagnetischen Kupplung stromlos wird.The present disclosure provides an electromagnetic clutch that includes an actuation mechanism that automatically disengages the clutch when a stator of the electromagnetic clutch becomes de-energized.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• US 6409000 B1 [0005]US 6409000 B1 [0005]

Claims (10)

Elektromagnetische Kupplung (300) zum selektiven Koppeln einer Ausgangswelle (204) mit einer Eingangswelle (202) zur Übertragung von Leistung von der Eingangswelle (202) auf die Ausgangswelle (204), wobei die elektromagnetische Kupplung (300) Folgendes umfasst: einen Rotor (302), der drehbar mit der Eingangswelle (202) gekoppelt ist; eine Nabe (304), die drehbar mit der Ausgangswelle (204) gekoppelt ist, wobei die Nabe (304) mindestens eine Kupplungsscheibe (306) trägt, wobei die mindestens eine Kupplungsscheibe (306) so konfiguriert ist, dass, wenn sie in Eingriff mit dem Rotor (302) steht, eine Kraftübertragung von der Eingangswelle (202) zur Ausgangswelle (204) stattfindet; einen Anker (308), der drehbar mit der Nabe (304) für eine Gleitbewegung in einer axialen Richtung der Eingangswelle (202) und der Ausgangswelle (204) gekoppelt ist, so dass eine Bewegung des Ankers (3080) in Richtung des Rotors (302) von einer neutralen Position zu einer Eingriffsposition dazu führt, dass die mindestens eine Kupplungsscheibe (306) mit dem Rotor (302) in Eingriff kommt; einen Stator (310), der so konfiguriert ist, dass die Erregung des Stators (310) dazu führt, dass der Anker (308) angezogen wird, um den Anker (308) von der neutralen Position in die Eingriffsposition zu bewegen; wobei die elektromagnetische Kupplung (300) einen Satz von Rasten (402) umfasst, die entweder mit der Nabe (304) oder dem Anker (308) konfiguriert sind, wobei der Satz von Rasten (402) so konfiguriert ist, dass er in einen entsprechenden Satz von Rillen (406) eingreift, die entweder in der Nabe (304) oder dem Anker (308) vorgesehen sind, um den Anker (308), wenn sich der Anker (308) in der Eingriffsposition befindet, in Richtung der neutralen Position vorzuspannen und den Anker in der neutralen Position zu halten, bis eine Kraft auf den Anker (308) ausgeübt wird.An electromagnetic clutch (300) for selectively coupling an output shaft (204) to an input shaft (202) to transmit power from the input shaft (202) to the output shaft (204), the electromagnetic clutch (300) comprising: a rotor (302) rotatably coupled to the input shaft (202); a hub (304) rotatably coupled to the output shaft (204), the hub (304) supporting at least one clutch disc (306), the at least one clutch disc (306) being configured such that when engaged the rotor (302), a power transmission takes place from the input shaft (202) to the output shaft (204); an armature (308) rotatably coupled to the hub (304) for sliding movement in an axial direction of the input shaft (202) and the output shaft (204) such that movement of the armature (3080) toward the rotor (302 ) from a neutral position to an engaged position causes the at least one clutch disk (306) to engage the rotor (302); a stator (310) configured such that energization of the stator (310) causes the armature (308) to be attracted to move the armature (308) from the neutral position to the engaged position; wherein the electromagnetic clutch (300) includes a set of detents (402) configured with either the hub (304) or the armature (308), the set of detents (402) being configured to convert into a corresponding one A set of grooves (406) provided in either the hub (304) or the armature (308) to bias the armature (308) toward the neutral position when the armature (308) is in the engaged position and maintaining the anchor in the neutral position until a force is applied to the anchor (308). Elektromagnetische Kupplung (300) nach Anspruch 1, wobei die Rasten (402) durch Federn (404) in Richtung der Rillen (406) vorgespannt sind, um die Rasten (402) in Eingriff mit den entsprechenden Rillen (406) zu halten.Electromagnetic clutch (300) according to Claim 1 , wherein the detents (402) are biased towards the grooves (406) by springs (404) to maintain the detents (402) in engagement with the corresponding grooves (406). Elektromagnetische Kupplung (300) nach Anspruch 2, wobei die Rillen (406) mindestens eine schräge Fläche (408) umfassen; und wobei in der Eingriffsposition des Ankers (308) die Rasten (402) mit der schrägen Fläche (408) der entsprechenden Rille (406) in Eingriff stehen.Electromagnetic clutch (300) according to Claim 2 , wherein the grooves (406) comprise at least one inclined surface (408); and wherein in the engaged position of the anchor (308), the detents (402) engage the inclined surface (408) of the corresponding groove (406). Elektromagnetische Kupplung (300) nach Anspruch 3, wobei die schräge Fläche (408) der Rillen (406) so konfiguriert ist, dass die von den Federn (404) auf die Rasten (402) ausgeübte Kraft den Anker (308) in Richtung der neutralen Position vorspannt.Electromagnetic clutch (300) according to Claim 3 , wherein the inclined surface (408) of the grooves (406) is configured such that the force exerted by the springs (404) on the detents (402) biases the armature (308) towards the neutral position. Elektromagnetische Kupplung (300) nach Anspruch 1, wobei die Vorspannung des Ankers (308), wenn sich der Anker (308) in der Eingriffsposition befindet, in Richtung der neutralen Position die elektromagnetische Kupplung (300) in die Lage versetzen, beim Abschalten des Stators (310) die Ausgangswelle (204) von der Eingangswelle (202) zu entkoppeln, ohne dass eine äußere Kraft auf den Anker (308) oder die Nabe (304) ausgeübt wird.Electromagnetic clutch (300) according to Claim 1 , wherein the preload of the armature (308), when the armature (308) is in the engaged position, towards the neutral position enables the electromagnetic clutch (300) to switch off the output shaft (204) when the stator (310) is switched off. to decouple from the input shaft (202) without exerting an external force on the armature (308) or the hub (304). Elektromagnetische Kupplung (300) nach Anspruch 1, wobei der Stator (310) in einem Gehäuse einer Getriebeanordnung (200) neben dem Rotor (302) befestigt ist.Electromagnetic clutch (300) according to Claim 1 , wherein the stator (310) is fastened in a housing of a gear arrangement (200) next to the rotor (302). Elektromagnetische Kupplung (300) nach Anspruch 1, wobei der Anker (308) innen in der Nabe (304) verzahnt ist.Electromagnetic clutch (300) according to Claim 1 , whereby the anchor (308) is toothed inside the hub (304). Elektromagnetische Kupplung (300) nach Anspruch 1, wobei Oberflächen des Ankers (308) und des Rotors (302), die der mindestens einen Kupplungsscheibe (306) zugewandt sind, mit einem Reibbelag (312) konfiguriert sind.Electromagnetic clutch (300) according to Claim 1 , wherein surfaces of the armature (308) and the rotor (302) that face the at least one clutch disk (306) are configured with a friction lining (312). Elektromagnetische Kupplung (300) nach Anspruch 1, wobei der Stator (310) eine Spule (314) umfasst, die bei Erregung des Stators (310) mit elektrischem Strom beaufschlagt wird, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen, wobei der magnetische Fluss den Anker (308) zum Rotor (302) hin anzieht.Electromagnetic clutch (300) according to Claim 1 , wherein the stator (310) comprises a coil (314) which is subjected to electric current when the stator (310) is energized in order to generate a magnetic flux, the magnetic flux moving the armature (308) towards the rotor (302). attracts. Elektromagnetische Kupplung (300) nach Anspruch 1, wobei die elektromagnetische Kupplung (300) in eine Anordnung eines Differentials einer Achse eines Fahrzeugs integriert ist, wobei die Ausgangswelle (204) die Räder der Achse über ein Differential mit Leistung versorgt, und wobei das Einrücken der elektromagnetischen Kupplung (300) die Übertragung von Leistung auf die Räder der Achse für den 4X4-Betrieb ermöglicht.Electromagnetic clutch (300) according to Claim 1 , wherein the electromagnetic clutch (300) is integrated into an assembly of a differential of an axle of a vehicle, the output shaft (204) supplying power to the wheels of the axle via a differential, and wherein engagement of the electromagnetic clutch (300) enables the transmission of Power to the wheels of the axle allows for 4X4 operation.

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