用于无级变速器的离合器的制作方法

本公开涉及车辆离合器领域。更具体地，本公开与在无级变速器内使用的电磁致动式离合器有关。

背景技术：

许多车辆在宽车速范围内使用，包括向前运动和倒车运动两者。然而，某些类型的发动机仅能在窄的车速范围内高效地运转。因此，经常采用能够在各个传动比下有效传递动力的变速器。当车辆处于低速时，变速器通常以高传动比操作从而其使发动机扭矩倍增以提高加速度。在高车速下，使变速器以低传动比操作允许发动机转速与安静的、燃料高效的巡航相关联。

一些被称为离散传动比变速器的变速器被构造成在输入轴和输出轴之间建立有限数量的传动比。在当前选择的传动比不再合适时，离散传动比变速器必须换挡到其中一个不同的可用传动比。被称为无级变速器的其他变速器能够在下限和上限之间建立任何传动比。无级变速器能够进行不易被车辆乘员察觉到的频繁细微的传动比调节。

技术实现要素：

根据一个实施例，一种无级变速器包括：第一轴，可驱动地连接到动力装置并包括第一对滑轮盘；第二轴，包括第二对滑轮盘。张力构件连接到第一对滑轮盘和第二对滑轮盘，使得动力可在第一轴和第二轴之间传递。第三轴经由离合器选择性地且可驱动地连接到第二轴。所述离合器包括固定到第二轴和第三轴中的一个的内座圈以及固定到齿轮的外座圈，所述外座圈具有环绕所述内座圈的内表面。至少一个棘爪被偏置为使所述内座圈和所述外座圈以固定的关系结合，从而共同旋转。所述离合器包括电线圈和电枢，所述电枢被构造为响应于电流被供应到所述电线圈而接合所棘爪，以使所述内座圈和所述外座圈分离。

根据另一实施例，一种无级变速器包括：内座圈，固定到输出轴；齿轮，限定有环绕所述内座圈的外座圈，并且可围绕所述输出轴旋转。棘爪被偏置为使所述内座圈和外座圈锁定。电枢可滑动地设置在所述齿轮上并具有销，所述销响应于电流被供应至线圈而接合所述棘爪，以使所述棘爪运动至缩回位置，从而使所述内座圈和所述外座圈分离。

根据本发明的一个实施例，所述外座圈限定有被构造为在其中容纳所述销的切口。

根据本发明的一个实施例，所述外座圈限定有凹口，所述棘爪的主体部可枢转地设置在所述凹口中，其中，所述销被配置为响应于电流被供应至所述线圈而将所述主体部挤离所述凹口的壁，以将所述棘爪枢转至所述缩回位置。

根据本发明的一个实施例，在所述凹口的壁中限定有切口，所述切口被构造为在其中容纳所述销。

根据本发明的一个实施例，所述销包括锥形的头部。

根据本发明的一个实施例，所述内座圈限定有被构造为与所述棘爪接合的凸轮表面。

根据本发明的一个实施例，所述输出轴还包括滑轮组件，所述滑轮组件被构造为在其上接纳带。

根据本发明的一个实施例，所述外座圈限定有通道，所述线圈被设置在所述通道内。

根据另一实施例，一种变速器包括：滑轮，在其上接纳张力构件；输出轴，可驱动地连接至所述滑轮。齿轮可围绕所述输出轴旋转。所述变速器还包括能够选择性地致动的离合器，所述离合器包括固定到所述输出轴的第一座圈和固定到所述齿轮的第二座圈。所述离合器被偏置以使所述第一座圈和所述第二座圈结合，并且所述离合器可致动以使所述第一座圈和所述第二座圈分离，从而使所述齿轮和所述输出轴彼此独立地旋转。

根据本发明的一个实施例，所述选择性致动的离合器是磁致动式离合器，其可响应于第一座圈和第二座圈中的一个中产生磁场而致动以使第一座圈和第二座圈分离。

根据本发明的一个实施例，所述离合器还包括棘爪，所述棘爪被支撑为与第二座圈一起旋转，并被偏置以接合第一座圈的凸轮表面。

根据本发明的一个实施例，所述离合器还包括可滑动地连接到第二座圈的致动器，其中，所述棘爪被构造为响应于所述致动器接合所述棘爪而相对于第二座圈枢转，以使所述棘爪与所述凸轮表面分离，从而使第一座圈和第二座圈彼此独立地旋转。

根据本发明的一个实施例，所述致动器还包括销，所述销与在第二座圈中限定的切口对准，并被构造为在所述切口内滑动，以接合所述棘爪。

根据本发明的一个实施例，所述输出轴还包括在其上接纳张力构件的另一滑轮组件。

根据本发明的一个实施例，所述变速器还包括差速器，所述齿轮与所述差速器的环形齿轮啮合。

根据本发明的一个实施例，所述齿轮和第二座圈一体地成形。

附图说明

图1是车辆动力传动系统的示意图；

图2a是示例性无级变速器的剖面形式的俯视图；

图2b是根据另一实施例的示例性无级变速器的剖面形式的俯视图；

图3是图2a中示出的变速器的示例性离合器的分解图；

图4是离合器的一部分的透视图；

图5是离合器的电枢(armature)的透视图；

图6a是示出了处于锁定位置的离合器的图解视图；

图6b是示出了处于解锁位置的离合器的图解视图；

图7是另一离合器的图解视图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采取多种替代形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，此处所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于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变型可被期望用于特定的应用或实施方式。

在图1中示意性示出了车辆动力传动系统10的示例。在图1中，实线表示机械连接(例如，轴或固定传动比的齿轮传动装置)。动力装置12(其可以是内燃发动机或电机)通过消耗能量而产生机械动力。传动装置14以适合当前车辆需求的轴转速将动力传递到差速器16，该轴转速可能比发动机12产生动力所处的轴转速快或慢。差速器16通过固定的最终传动比使轴转速减小，并将动力传递到左驱动轮18和右驱动轮20，从而在车辆转弯时允许车轮之间轻微的转速差。

传动装置14可包括变矩器22或其他起步装置以及齿轮箱24。变矩器22包括固定到发动机曲轴的泵轮26以及固定到齿轮箱输入轴的涡轮28。当泵轮26旋转得比涡轮28快时，扭矩从泵轮26液力地传递到涡轮28。

齿轮箱24包括用于改变输入轴和输出轴之间的传动比的元件。齿轮箱中的元件根据变速器的类型而变化。如果变速器是无级变速器(cvt)，则齿轮箱包括能够产生大量的传动比的一对可控式变速机(variator)。如果变速器是阶梯传动比变速器，则齿轮箱包括多个液压致动式换挡元件。齿轮箱24通过接合多个元件而建立不同的传动比。变速器泵32提供使元件(例如，变速机)接合的增压流体。由发动机12产生的一部分动力用于驱动变速器泵32，使得传递到差速器16的动力减少。为了使传递到差速器16的动力的百分比最大化因而减少发动机12消耗的燃料量，期望使变速器泵32的动力消耗最小化。这能够通过减小变速器内的管路压力来实现。

参照图2a，cvt40包括壳体42，壳体42连接到钟形壳体44，该钟形壳体44螺栓连接到发动机12的后部。变矩器46设置在钟形壳体44内并经由安装硬件48(例如，挠性板)连接到发动机12的曲轴。安装硬件48连接到泵轮壳体50，这使得泵轮壳体50与曲轴一起旋转。泵轮壳体50限定有多个泵轮叶片52，这些泵轮叶片52与涡轮54的叶片配合，以限定环形流体流动回路。在操作期间，泵轮52和涡轮54之间的流体连接将扭矩从泵轮52传递到涡轮54。涡轮54可以花键连接到涡轮轴56，该涡轮轴56被支撑以在壳体42内旋转。涡轮轴56可驱动地连接到行星齿轮组58。如果两个部件通过将它们的转速约束为直接成比例的动力流动路径连接，则这两个部件被可驱动地连接。例如，涡轮轴56可花键连接到行星架组件64。

主动轴72被支撑以在壳体42内旋转，使得轴72和涡轮轴56基本上同轴。主动轴72也称为输入轴或主轴。主动轴72可花键连接到行星齿轮组58的太阳齿轮60。前进离合器68选择性地将轴72与行星齿轮组58连接，以将涡轮轴56可驱动地连接到轴72。例如，前进离合器68可将行星架64连接到轴72，从而提供从涡轮轴56到主动轴72的1:1的传动比。

变速器40还包括倒挡离合器70(还可称为制动器)。当接合时，倒挡离合器70将环形齿轮62连接到壳体42。在环形齿轮被锁定到壳体的情况下，供应到行星架64的扭矩使太阳齿轮60沿与行星架64相反的方向转动。主动轴72花键连接到太阳齿轮60，使得在供应扭矩时主动轴72反向旋转。

cvt40包括用于改变一对轴之间的传动比的变速机，而不是具有离散的齿轮比。变速机可包括通过张力构件被可驱动地连接的一对滑轮组件。在一个实施例中，轴72承载滑轮组件74，该滑轮组件74包括固定盘76以及被可滑动地接纳在主动轴72上的可动盘78。固定盘76可以与轴72一体地形成。盘76、78相配合以限定带(或链)容纳部77。在一个实施例中，可动盘78可通过滚珠花键机构连接到轴72，该滚珠花键机构包括置于分别形成在盘上和轴上的内凹槽和外凹槽中的一系列滚珠。可动盘78与被容纳在环形缸筒82中的固定的环形活塞80配合。另一个环形活塞84固定到离合器盘缸筒86。活塞84与缸筒86配合以限定压力腔88。通过经由在轴72中限定的通道90使流体循环到压力腔88中，在压力腔88内产生压力。

张力构件92(例如，带或链)被夹在盘76、78的并置的锥形表面79之间。带摩擦地接合盘的锥形表面，以将动力从轴72传递到张力构件92。张力构件92可由钢制成。可通过使盘朝向彼此或远离彼此运动来改变张力构件92的工作节圆半径。可通过向压力腔88供应油来调节可动盘78。

变速器40还包括从动轴94(还被称为输出轴或副轴)。在此使用的“输出轴”是其转速与平均车轮转速(该平均车轮转速与传动比无关)成比例的轴。从动轴94由变速器壳体42支撑，以围绕基本上与主动轴72的轴线平行的轴线旋转。从动轴94包括另一个滑轮组件96，该滑轮组件96具有固定盘98以及被可滑动地接纳在轴94上的可动盘100。盘98、100限定有带容纳区域102。类似于第一滑轮组件74，可动盘100可被致动以改变带92的工作节圆半径。带92连接到主动轴72和从动轴94两者以可驱动地连接这两个轴，从而将动力从主动轴72传递到从动轴94。滑轮组件74、96协力配合，以在主动轴72和从动轴94之间建立传动比。通过调整变速机，可根据需要增大或减小轴之间的扭矩比。

从动轴94包括相对于轴94固定的输出齿轮108。齿轮108与被固定到中间轴110的第一齿轮112啮合。中间轴还包括第二齿轮114，该第二齿轮114也旋转地固定到中间轴110。中间轴110将从动轴94与差速器118可驱动地连接。差速器118通过一个或多个车桥(也称为半轴)可驱动地连接到驱动轮。例如，差速器118包括与第二齿轮114啮合的环形齿轮120。环形齿轮120与差速器壳122固定在一起。被设置在差速器壳上的驱动小齿轮与不同侧的齿轮124、126啮合，齿轮124、126进而可驱动地连接到半轴。

在某些行驶状况期间，变速器会经历来自传动系的突然的扭矩冲击。这种突然的扭矩冲击会导致带在一个或更多个变速机上打滑。这种打滑会导致带和/或变速机磨损。磨损会在变速机中产生凹痕，这妨碍带沿着变速机容易地行进来改变传动比。这种磨损还减少了带的寿命。引起扭矩冲击的一种示例性事件是车轮跳动。在车轮跳动期间，至少一个驱动轮暂时离开地面(引起车轮快速加速)，然后再次接合路面(引起车轮快速减速)。来自车轮的冲击波行进到变速器输出轴，并使输出轴快速减速。这种快速减速在带和输出轴之间产生大的转速差，如果超过了轴和带之间的摩擦力，便会导致打滑。这种问题的典型的解决方案是通过增大滑轮组件的管路压力(高达1000磅/平方英寸)来增大带和轴之间的摩擦力。但是，增大管路压力需要变速器泵具有较高的占空比。这使燃油经济性降低，并且对密封件施加更高的应力。

为了防止由于车轮跳动(或类似的情况)而导致变速器损坏，可在其中一个输出轴(例如，轴94或轴110)上设置离合器132，以在可能的扭矩冲击事件期间选择性地将齿轮与其相应的轴分离。例如，输出轴94可包括使输出齿轮108选择性地与轴94连接和分离的离合器132。离合器132可被偏置到接合位置(利用弹簧或其他方式)，并能够致动到分离位置而使齿轮与其相应的轴分离以允许齿轮和轴彼此独立地旋转。通过这样做，来自传动系的扭矩不被传递到副轴94，并且消除了变速机的盘和张力构件92之间打滑的可能。离合器132可以是能够将齿轮与相应的轴连接和分离的任何机构。在一个实施例中，离合器是可选择性致动的离合器。该可选择性致动的离合器可以是可磁致动的离合器，其可操作为响应于在离合器附近产生磁场而将齿轮和轴分离。

离合器(例如，离合器132)可被置于变速器的任何输出轴上。参照图2b，在另一个示例性实施例中，输出轴110(而不是输出轴94)可包括离合器。例如，在输出轴110上设置离合器133。离合器133选择性地将第一齿轮112连接到轴110。离合器133可被偏置到接合位置，并且可致动到分离位置而使齿轮112与轴110分离，以允许齿轮和轴彼此独立地旋转。通过这样做，来自传动系的扭矩不传递到副轴94，并且消除了组件96的盘与张力构件92之间打滑的可能。替代地，离合器133可与齿轮114相关联。

图2a和图2b仅是cvt的两个示例。本领域普通技术人员将理解，其他的cvt布置是本领域已知的，并且将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，本公开的离合器可与这些布置结合使用。例如，第5,514,047号美国专利公开了其他的cvt布置。

参照图3、图4和图5，示例性的离合器138包括内座圈172和外座圈140，内座圈172被固定到输出轴，外座圈140可与被支撑以绕输出轴旋转的齿轮136一体地形成。在替代的设计中，外座圈140可包括附连到所述齿轮的外表面。外座圈140限定有环绕内座圈172的外表面174的内表面144。座圈的尺寸被设置成使得当离合器分离时内座圈172可在外座圈140内自由旋转以允许齿轮136和轴彼此独立地旋转。

外座圈140可包括第一半部146和第二半部148。第一半部146的内表面144限定有多个第一凹口150。每个凹口150均被构造成在其中容纳棘爪190。每个凹口均可包括深部152和浅部154。深部152容纳棘爪190的主体部192，浅部154被构造成容纳棘爪190的臂194。

第二半部148限定有均具有深部166和浅部168的多个第二凹口164。每个第二凹口164在其中容纳其中一个棘爪190'。凹口150和凹口164沿相反方向定位。例如，浅部154从深部152沿顺时针方向延伸，浅部168从深部166沿逆时针方向延伸。如将在下面更详细地说明的，这允许离合器在两个旋转方向上锁定。

内座圈的外表面174限定具有齿180的第一凸轮表面178以及具有齿184的第二凸轮表面182。凸轮表面被构造成与棘爪190的臂194接合，以使内座圈和外座圈相对于彼此锁定。类似于凹口，凸轮表面178、182的齿相对于彼此沿相反的方向定位，以允许离合器在两个旋转方向上锁定。例如，当棘爪190均处于展开位置时，第一凸轮表面178防止外座圈140沿顺时针方向旋转，且第二凸轮表面182防止外座圈140沿逆时针方向旋转。内座圈172还包括设置在第一凸轮表面和第二凸轮表面之间的支承表面186。支承表面186是平滑的并且被构造成骑在外座圈140的支承表面188上。内座圈172可花键连接(或使用其他已知的方式固定)到其相应的轴，或者可以与轴一体地形成。

棘爪190、190'各自设置在外座圈140的凹口150、164中的一个中。例如，主体部192可转动地容纳在凹口的深部152内，并且臂194可转动地容纳在浅部154内。每个棘爪190均能够在展开位置和缩回位置之间转动，在展开位置，臂194从凹口延伸出来并与凸轮表面178接合，在缩回位置，臂194被容纳在浅部154内以使棘爪190和凸轮表面分离。棘爪190'以相同的方式起作用。离合器138在棘爪处于展开位置时锁定并且在棘爪处于缩回位置时解锁。每个棘爪190均包括骑在凹口的弯曲壁158上的后凸角(backlobe)196以及骑在另一个弯曲壁160上的前凸角(frontlobe)198。臂194包括邻近前凸角198的近端202以及与凸轮表面178的相应的齿接合的远端204。棘爪190'包括相似的特征。棘爪和凹口的尺寸被设置为具有轻微的游隙，以允许棘爪容易地在凹口内转动。每个棘爪的质量可被平衡，使得由于外座圈140的旋转产生的离心力将棘爪偏置在展开位置而接合内座圈172。可在每个凹口中设置弹簧193以将棘爪偏置到展开位置。

离合器138还包括可滑动地连接到齿轮136的环形的第一电枢210。电枢210可操作为用于使棘爪190在展开位置和缩回位置之间运动。电枢210包括面向齿轮136的平整侧(planerside)218的内表面212以及背对所述齿轮的外表面214。电枢210限定有内孔216，内孔216的尺寸被设置为容纳穿过其中的轴。电枢210可以是钢或其他导磁材料。

电枢210可经由多个铆钉222固定到齿轮136。电枢210限定有孔220，该孔220具有沿铆钉222的柱224滑动的支承面。铆钉的头部226防止电枢从柱224滑离。被容纳在限定于齿轮136中的孔230中的一个或更多个弹簧228使电枢210偏置远离齿轮。

电枢210包括从内表面212延伸的多个销232。每个销均包括连接到内表面212的基部234以及处于销的末端的头部236。头部236可包括形成楔子的锥形表面238。每个销232均与外座圈140中限定的切口240对准，使得当电枢210沿铆钉222滑动时销可滑入切口240以及从切口240中滑出。每个切口240均与相应的第一凹口150邻近。切口240可以是形成在凹口150的壁162中的半月形切口。

离合器138可包括可滑动地设置在齿轮136的另一平整侧248上的第二电枢246。第二电枢246可与第一电枢210相同并以类似的方式操作。第二电枢246用于控制与第二凸轮表面182接合的棘爪190'。第二电枢246还包括与设置在第二凹口164中的棘爪190'接合的销，以使棘爪190'转动到缩回位置而使第二凸轮表面与棘爪分离。

离合器138可以是使用磁场朝向齿轮136致动电枢的磁致动式离合器。离合器138包括线圈242，该线圈242产生磁场以吸引导磁的电枢210和246朝向齿轮运动。线圈242可以是邻近齿轮136设置的固定部件。线圈242可在齿轮136不会与相应的齿轮啮合的一侧绕着所述齿轮的外曲面的一部分周向地延伸。磁场强度足以克服弹簧228的力而使内表面212朝向其各自的第一平整侧218和第二平整侧248运动。电枢210的这种运动使销232在切口240内滑动并与棘爪190接合。另一电枢246进行类似的动作。在销232与棘爪190接合时，销使棘爪转动到缩回位置，以使内座圈和外座圈分离。

图6a示出了离合器138处于其默认位置(锁定)。弹簧228使电枢偏离齿轮136，且销232与棘爪190分离。销232可完全位于切口240之外，或者销的头部可至少部分地位于切口240内。因为锥形表面238，所以销的一部分可位于切口240内，而不与棘爪190接合。

图6b示出了离合器138处于其致动位置(解锁)。通过激励线圈242(未示出)使电枢210将棘爪190致动到缩回位置，离合器被致动到解锁位置。在解锁位置，每个销232均向前滑动而将棘爪190的销接合表面200挤离凹口150的壁162。这使得前凸角198绕第一壁158枢转，从而使臂194转动到浅部168中并与凸轮表面178分离。棘爪190将保持在缩回位置，直到销232从切口240中缩回为止。

参照图7，齿轮262被支撑以绕输出轴264旋转。离合器260用于选择性地将齿轮262与输出轴264连接和分离。离合器260包括固定到齿轮262的外座圈268以及固定到轴264的内座圈266。齿轮262可限定外座圈268。离合器260与离合器138类似，除了线圈274被容纳在齿轮262的一部分内。例如，齿轮262限定有在其中容纳线圈274的槽272。线圈274控制电枢270，电枢270用于接合和分离棘爪以将内座圈与外座圈彼此连接和分离，如上所述。在本实施例中，线圈274与齿轮262一起旋转。

虽然上文描述了示例性实施例，但并非意味着这些实施例描述了权利要求所包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出各种改变。如前所述，可将各种实施例的特征组合以形成本发明可能没有明确描述或示出的进一步的实施例。尽管各种实施例可能被描述为在一个或更多个期望特性方面提供优点或者优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的总体系统属性。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、封装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并可被期望用于特定应用。