制动或离合装置的制作方法

专利名称：制动或离合装置的制作方法
制动或离合装置
相关申请的交叉引用
本申请是2006年5月1日提交的序列号为No. 11/415,263的美国申 请的部分继续申请，在此通过引用方式将其全部纳入本申请中。
背景技术：
用于制动或离合的装置在工业中是常见的。经常需要选择性地控制 装置的可旋转部件的转矩或速度，或者选择性地*可旋转部件。这种 装置用于工业中多种不同的应用中，包括自动系统或流水线中的致动器 等。
当前，制动和离合的功能由包括基于磁流变液的装置和基于弹簧的 装置在内的装置控制。尽管市场上可获得的装置一般按照市场上所销售 的情况进行操作并且在一些应用中是有效的，但是这些装置是昂贵的、 缺乏可调性或者具有这两种缺点。
因为总是需要更好的经济性和可调性，所以改进总是受到欢迎。

发明内容
一种电子制动或离合装置，包括壳体；具有轴线并且布置于壳体 处的衔铁，衔铁和壳体之间限定有径向气隙；以及线圏，所述线圏配置 为当通电时在壳体和衔铁处产生磁场，磁场的磁通路线自线圏延伸至衔
铁内，自衔铁延伸至壳体内，然后自壳体返回到线圏，其中自衔铁至所 述壳体内的磁通路线的方向基本沿径向方向。
一种制动或离合装置，包括以转动方式安装于壳体或轴中的一 个上的多个第一盘；以及至少一个第二盘，所述至少一个第二盘与所
述多个第一盘互相接合并且以转动方式安装于所述壳体或所述轴中的另一个上，所述多个第一盘中的至少一个和所述至少一个第二盘具 有接触表面，用于与所述多个第一盘和至少一个所述第二盘中的另一 个接触，所述表面包括动力摩擦系数与静力摩擦系数基本相同的低摩 擦轴承材料。
一种磁致动装置，包括壳体；以及衔铁，所述衔铁布置于所述 壳体处并且能够相对于所述壳体沿轴向运动，所述装置具有与其磨损 无关的、在其大部分轴向运动中持续的、基本一致的磁致动力。


对于本领域的普通技术人员来说，本发明的上述以及其它优点将通 过下列才艮据附图的对优选实施方式的详细描述纟艮容易地变得显而易见， 其中-.
图1是选择性接合装置的横截面图la是示出用于图1的剖面线的装置的平面图2是装置的轴的立体图3是装置的衔铁的立体图4是装置的壳体的立体图5是装置的止推垫圏的平面图6是装置的摩擦盘的平面图；以及
图7是图1中画线区域7-7的放大图。
图8是具有用黑色粗线示出的磁通路线的图7的视图。
具体实施例方式
在论述附图之前，非常需要指出，尽管本文的附图和说明针对其中 壳体向外与衔铁相邻的装置，但是本文/>开的思想可用于向内与衔铁相
邻的壳体。衔铁还能以位于侧面的方式与壳体相邻。参照图1，大体以 横截面方式示出了选择性M装置10。非常需要指出，所示的剖面线不 是直径方向的线而是如图la所示的线。所述装置包括线圏壳体12和盖14。支撑于线圏壳体12和盖14内的转动轴16由轴承18、 20和22支 撑。定位环24可位于与轴承22相邻的槽26内而定位环28位于与轴承 18相邻的槽30内，以相对于壳体12和盖14将轴16保持在其所需位置。 进一步设置有密封件32,以维持壳体12和盖14内部的环境。
多个摩擦盘34 (术语"盘"并不限于圆形，相反可以使用任何需要 的周边形状)与多个止推垫圈36以交替的方式布置。在所示的实施方 式中，示出了两个摩擦盘和三个止推垫圏。但是应当理解，摩擦盘和止 推垫圏的数目并不限于所示的数目，在特定的应用中可以使用更多或更 少的摩擦盘和止推垫圏，甚至包括零个摩擦盘和止推垫圏。如果需要零 个，那么在一个实施方式中，面对衔铁的壳体表面和与所述同一壳体表 面相对的衔^^面将被硬化或以其它方式进行处理从而增加耐磨性。回 到所示实施方式，摩擦盘34在一个实施方式中通过4吏用与轴16上的六 边形驱动异形件40 (见图2)互补的六边形开口 38 (见图6)由轴16 驱动(或通过轴16驱动)。应当理解，尽管在所示实施方式中采用六边 形驱动形状，但是具有用于应用的足够的驱动能力的任何几何形状都能 够代替六边形形状。如果需要的话，还包括花键连接。功能性由在其轴 上被驱动的盘提供，这在下文中将变得更加显而易见。另一方面，多个 止推垫圏36设置为开口 42不接触驱动异形件40，所述开口 42足够大 以致无论所使用的几何异形件如何都不接合垫圏。止推垫圏36包括接 合突起44，所述接合突起44在一个实施方式中的数目是四个，并且在 每个止推垫圏36周围均匀间隔开。突起44用于接合衔铁48中的至少 一个凹槽46(见图3，示出四个)。与凹槽46接合的突起防止垫圏和衔 铁之间的相对转动。
衔铁48包括轴承开口 50,轴承18接收于所述轴承开口 50中，用 以支撑衔铁48，应当理解，尽管所述轴承在所示实施方式中是任选的并 且存在的，但是能够在可替换实施方式中去掉所述轴承，而不会影响本 文所公开的装置的操作。衔铁48能够沿轴承18在轴向移位，使得当需 要减小或停止轴16与壳体12和盖14之间的相对转动时，所述衔铁48 可以被致动而抵靠止推垫圏和摩擦盘。在一个实施方式中，衔铁不必具 有关于壳体12的相对转动能力。因此，如图3所示，衔铁48设置有接 合突起52。尽管示出了四个突起52，但是能够使用更多或更少的突起 52。在所示实施方式中，使用四个突起52和四个凹槽46来保持衔铁48的环形厚度。
参照图5和图6，示出了与其它结构分离的盘34和垫圏36。所示 的垫圏突起44用于与凹槽46接合，从而与衔铁48非转动地接合。为 了实现自垫圏36至壳体12的非转动接合，突起52与槽54接合(如图 4所示)。通过这种设置，垫圏36相对于壳体12基本可转动地固定，有 助于本装置目的的实现。应当理解，这只是一种用于垫圏和衔铁之间的 防转动设置的可能布置方式，根据需要，其它功能上的等同的布置方式 是可以进行代替的。
由于垫圏36固定而摩擦盘34夹在垫圏36之间(并且配置为与轴 16—起转动)，所以摩擦盘必须滑过垫圉36。由于这种设置，如果压缩 载荷施加于垫圏/盘，则有效总摩擦增加，并且在各种应用中的离合过程 中，垫圏之间发生相对运动。所述实施方式中的压缩栽荷的推动力是壳 体12和衔铁48之间产生的电磁引力。这里应当指出，在此所公开的衔 铁和壳体的具体关系使得装置的磁通路线很特别，从而在不考虑装置的 磨损并且无需任何调整的情况下，使得壳体和衔铁之间的气隙在装置的 整个使用寿命中保持恒定不变。这一点将在下文中详细描述。
如图1所示，线圏56产生电磁力。线圏56置于布置在壳体12内 的绕线管58上。为清楚起见，图1中示出了一个与线圏56电连接的引 线60(两个中的一个，另一个在4^L图中不可见)。当电流施加到线圏 56时，线圏56变为磁激活的。利用线圏56的磁性来吸引衔铁48朝向 线圏56运动，从而在衔铁48的内表面62和壳体表面64之间压缩止推 垫圈36和摩擦盘34。如上文所述，垫圏36和盘34的压缩产生的巨大 摩擦，以便用于阻碍轴16和壳体12之间的相对转动。由于本文公开的 装置在丧失选择性制动或离合动力之前，摩擦产生元件能够承受大约一 英寸的千分之四十到大约一英寸千分之五十的磨损，而现有技术仅能够 承受一英寸的千分之十的磨损，因此相比现有技术的装置来说本文公开 的装置具有显著延长的寿命。通过使得装置的磁通路线自线圏56流向 衔铁48，然后以基本沿(装置的)径向而非轴向经过壳体和衔铁之间气 隙的方向流向壳体，本发明实现了这一预期结果。这与离合装置和制动 装置在过去的做法是相反的。径向磁通路线的产生是由于增加相对于壳 体的一部分沿径向同心地定位的衔铁48部分——例如i殳置成自衔铁48 的平坦部分68延伸ii将绕线管58和线圏56布置于其中的环形间隔70内的材料环66——而引起的。由于环66延伸到间隔70内的量很小，同 时壳体12和衔铁48之间具有径向气隙72，所以物理上使得磁通路线基 本沿径向流动并在较长范围内保持一致。更具体地，装置表现出与其磨 损无关的、在其大部分轴向运动中持续的、基本一致的磁致动力。需要 补充说明的是，由于盘和垫圏在装置的正常使用中磨损，所以现有技术 中的磁致动力会减小。在本发明中，这些零件的磨损不会以任何可察觉 的程度影响磁致动力。正是这一点在本设置中提供了更大的磨损公差的 好处。由于壳体12和衔铁48之间的气隙72沿径向取向，因此该气隙 是产生所述好处的原因。气隙不位于装置的磨损路径(由于盘和塾圏的 摩擦磨损沿轴向方向，因此磨损路径沿轴向)上。因此气隙72的尺寸 不会改变，而是保持一致，与摩擦盘34的磨损无关。对磁力线穿过其 中的气隙72的尺寸改变进行防止有助于在装置的寿命中产生稳定的力 (例如，装置中有大约.020英寸到.070英寸之间的轴向磨损)。参照图7， 图1中一部分的放大图说明了气隙72。经过气隙的磁通路线由黑色粗线 74示于图8中。
关于离合或制动系统中的盘和垫圏可至少部分由转矩传递材料构 成的附加教导为本文公开的装置提供更多的好处，其中所述转矩传递材
料具有基^目同的动力摩擦系数和静力摩擦系数，或者在比1:1大或小 ±5%的范围内。但是，应当理解，尽管本发明的好处随着动力摩擦系 数和静力摩擦系数的差值的增大而减少，但是差值高达20%时仍表现出 很大的好处。在一个实施方式中，所述材料是具有PTFE (聚四氟乙烯) 或其它低摩擦添加物的尼龙轴承材料，并J^现为静力摩擦系数与动力 摩擦系数的比值大约为1.05。还需要指出，尽管前述公开内容在很大程 度上涉及电磁装置，但是具有所说明的静力摩擦系数和动力摩擦系数比 值范围的转矩传递材料的使用并不限于电致动或磁致动装置而可以多 种致动装置等。所说明的特性以及说明本身所暗示的特性意味着本发明 的系统中具有非常少的"粘滑，，动作。正如敏4兌的读者可推断的，这样 的特性^示有用摩擦的产出较低。尽管对于离合/制动装置来说这种情 况可能被认为是有问题的，但是避免"粘滑，，的好处更重要。在考虑到 系统中的整体摩擦的损失能够通过增大装置的轴线和摩擦表面之间的 距离、增大摩擦面积或增加系统中摩擦界面(盘和垫片)的数目而容易 地得到补偿时更是如此。还预期在一些应用中使用多于一个的这些补偿布置。
上文详细描述的装置不仅提供了使用中更大的磨损公差，还使得提 供给特定系统的制动力或离合#^的大小具有选择性。产生这种好处的
原因是装置最终通过输入线圏56的电流的大小控制。施加到线圏上的 电流越大，所产生的磁场就越大。磁场越大，衔铁上的吸引力越大，因 此摩擦盘的压缩就越大。从而使得止推垫圏和摩擦盘之间产生的摩擦的 大小能够作为所施加电流的函数变化。
应当指出，上述实施方式是使用所公开的径向气隙和磁通路线的一 种可能的实施方式。但是还应当理解这种思想的基本特征，即也能够使 用径向气隙和磁通路线而不使用摩擦盘和止推垫圏来实现制动或离合。 在这种实施方式中，当线圏禾通电时，衔铁可相对于壳体转动，而当线 圏通电时，衔铁受到吸引而与壳体摩擦接触。这会加快壳体和衔铁的磨 损，但是通it^材料的合适选择，装置会令人满意地工作。
应当理解，本文公开的制动或离合装置并不限于工业应用。相反， 该装置可用于多种不同的设备，例如人体触摸接口装置，所i^A体触摸 接口装置响应于控制算法并在例如触觉反馈有助于增强游戏体验的电 视游戏之类的装置中使用。而且，本文公开的转矩传递装置可用于通过 使用有线装置来进行驾驶，用以向飞机、船舶或汽车的驾驶员提供触觉 ^Jt。此外，本文^>开的装置可用于张紧系统，所述张紧系统中的传感 器系统配置为检测例如连接板中的张力并且向控制器提供感测信息，随 后控制器致动所述系统中提供的离合或制动装置，用以调节连接板中的 张力。此外，本文公开的装置还可用于各种转矩成比例变化的装置等中。 简而言之，本文公开的装置可应用于任何对于转矩传递的控制有用的系 统中。
尽管已经示出并且描述了优选实施方式，但是能够在不偏离本发明 的精神和范围的情况下对其进行各种改型和代替。因而，应当理解，本 发明是通过示例而非限制的方式进行描述的。
权利要求
1. 一种电子制动或离合装置，包括壳体；具有轴线并且布置于所述壳体处的衔铁，所述衔铁和所述壳体之间限定有径向气隙；以及线圈，所述线圈配置为当通电时在所述壳体和衔铁处产生磁场，所述磁场的磁通路线自所述线圈延伸至所述衔铁内，自所述衔铁延伸至所述壳体内，然后自所述壳体返回到所述线圈，其中自所述衔铁至所述壳体内的磁通路线的方向基本沿径向方向。
2. 如权利要求l所述的电子制动或离合装置，其中，所述衔铁包括相对于所述壳体沿径向同心定位的部分。
3. 如权利要求l所述的电子制动或离合装置，其中，所述衔铁 所包括的沿径向同心定位的部分在径向上位于所述壳体内部。
4. 如权利要求l所述的电子制动或离合装置，其中，所述衔铁 包括平坦部分并且所述沿径向同心定位的部分是自所述平坦部分沿 轴向延伸的环。
5. 如权利要求l所述的电子制动或离合装置，其中，所述气隙 具有与所述装置的磨损无关的大体固定的径向尺寸。
6. 如权利要求l所述的电子制动或离合装置，其中，所述装置 包括布置于所述壳体和所述衔铁之间的至少一个摩擦盘。
7. 如权利要求6所述的电子制动或离合装置，其中，所述摩擦 盘承受轴向压缩载荷。
8. 如权利要求6所述的电子制动或离合装置，其中，所述摩擦 盘以转动方式安装至在所述壳体上支撑的轴。
9. 如权利要求8所述的电子制动或离合装置，其中，所述盘通 过其上的几何成形的开口以转动方式安装至所述轴，所述开口与所述轴的几何成形部分互补。
10. 如权利要求6所述的电子制动或离合装置，其中，所述装置 进一步包括相对于所述摩擦盘交替布置的多个止推垫圏。
11. 如权利要求10所述的电子制动或离合装置，其中，所述多 个止推垫圏包括至少一个防转动结构，用以防止所述塾圏和衔铁之间 的转动。
12. 如权利要求l所述的电子制动或离合装置，其中，自所述壳 体至所述衔铁内的磁通路线的方向基本沿径向。
13. —种电子制动或离合装置，包括 壳体；沿轴向能够移位的衔铁，所述衔铁能够以可操作方式联通所述壳 体并且在所述壳体和所述衔铁之间限定固定径向尺寸的径向气隙；以 及布置于所述装置处的用于磁场的源，当通电时，延伸穿过所述径 向气隙的所述磁场的磁通量径向多于轴向。
14. 一种电子制动或离合装置，包括壳体；布置于所述壳体处的线圏，当通电时，所述线圏能够产生磁场；以及衔铁，所述衔铁布置于所述壳体处并且在所述壳体和所述衔铁之 间限定径向气隙，当所述装置通电时，所述气隙成为磁通路线的一部 分，当所述衔铁相对于所述壳体沿其轴向方向运动时，所述径向气隙 保持一致的径向尺寸。
15. 如权利要求14所述的电子制动或离合装置，其中，所述气 隙沿径向位于所述壳体外部。
16. 如权利要求14所述的电子制动或离合装置，其中，所述气 隙沿径向位于所述壳体内部。
17. —种制动或离合装置，包括以转动方式安装于壳体或轴中的一个上的多个第一盘；以及 至少一个第二盘，所述至少一个第二盘与所述多个第一盘互相接 合并且以转动方式安装于所述壳体或所述轴中的另一个上，所述多个 第 一盘中的至少一个和至少 一个所述第二盘具有接触表面，用于与所 述多个第 一盘和至少 一个所述第二盘中的另 一个接触，所述表面包括 动力摩擦系数与静力摩擦系数基本相同的低摩擦轴承材料。
18. 如权利要求17所述的制动或离合装置，其中，所述动力摩 擦系数在与所述静力摩擦系数相差大约5%的范围之内。
19. 如权利要求17所述的制动或离合装置，其中，所述材料的 动力摩擦系数在与所述静力摩擦系数相差大约20%的范围之内。
20. —种磁致动装置，包括 壳体；以及衔铁，所述衔铁布置于所述壳体处并且能够相对于所述壳体沿轴 向运动，所述装置具有与其磨损无关的、在其大部分轴向运动中持续 的、基本一致的磁致动力。
21. 如权利要求20所述的磁致动装置，其中，所述装置进一步 包括线圏，所述线圈在被施加电流时产生具有磁通路线的磁场，所述 衔铁和所述壳体配置为有利于磁力线基本沿径向方向在所述壳体和 所述衔铁之间经过。
22. 如权利要求20所述的磁致动装置，其中，所述装置包括气 隙，来自电致动磁场的磁力线经过所述气隙，所述气隙位于所述装置 的磨损路径之外。
23. —种触觉反馈接口装置，包括电子制动和离合装置，所述电子制动和离合装置响应于控制算法 从而向人体提供触觉反馈，所述电子制动和离合装置包括壳体；具有轴线并且布置于所述壳体处的衔铁，所述衔铁和所述壳体之间限定有径向气隙；以及线圏，所述线圏配置为当通电时在所述壳体和衔铁处产生磁场， 所述磁场的磁通路线自所述线圏延伸至所述衔铁内，自所述衔铁延伸 至所述壳体内，然后自所述壳体返回到所述线圏，其中自所述衔铁至 所述壳体内的磁通路线的方向基本沿径向方向。
全文摘要
一种电子制动或离合装置，包括壳体(12)；具有轴线并且布置于所述壳体处的衔铁(48)，所述衔铁和所述壳体之间限定有径向气隙；线圈(56)，所述线圈配置为当通电时在所述壳体(12)和衔铁处产生磁场，磁场的磁通路线自所述线圈(56)延伸至所述衔铁(48)内，自所述衔铁(48)延伸至所述壳体(12)内，然后自所述壳体(12)返回到所述线圈(56)，其中自所述衔铁(48)至所述壳体(12)内的磁通路线的方向基本沿径向方向。
文档编号F16D65/18GK101432545SQ200780015644
公开日2009年5月13日 申请日期2007年4月30日 优先权日2006年5月1日
发明者老约翰·F·黑尔 申请人:丹纳赫传动公司