电磁单向耦合器的制造方法
【专利摘要】单向耦合器，包括具有凸轮的凸轮盘，具有凹口的凹口盘，楔块，每个楔块位于其中一个凹口中，以及用于将其中一个楔块与其中一个凸轮接合的电磁体，电磁体包括线圈、芯和从线圈向所述楔块延伸的磁极、磁极和凹口盘之间的间隙，磁极和凹口盘之间的间隙超过磁极和所述楔块之间的间隙。
【专利说明】电磁单向耦合器【技术领域】
[0001]本发明总体涉及接合和解离状态可选择性控制的超越单向耦合器，例如制动器或
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【背景技术】
[0002]自动变速器使用液压驱动的离合器和制动器来控制功率流和建立操纵机构。单向离合器在一个方向上承载扭矩而在相反方向超越。可选的单向离合器可以在两个方向上超越，可以在顺时针方向、逆时针方向或两个方向锁住。电磁离合器使用电磁而不是液压、连杆机构或离心力来驱动锁定元件或楔块。
[0003]单向离合器典型地包括两个座圈和锁定元件，有时称作楔块(strut)或摇块(rocker)。锁定元件或楔块是可移动的组件，将会楔入座圈之间并在一个方向上传递扭矩。当扭矩逆转时，锁定元件将“挤进”锁定的位置或旋转出锁定的位置。一个座圈(凹口盘)容纳锁定元件并可以是旋转的或固定的。另一个座圈(凸轮盘)具有与锁定元件相互作用并传递扭矩的特征。该座圈也可以是旋转的或固定的。
[0004]在电磁单向离合器中，通过使用电磁控制锁定元件。当电流施加给螺旋导体时，向电磁体供能以接合或解离锁定元件。
[0005]为了正常运行，电磁单向离合器要求在锁定元件和磁极之间有间隙来产生必要的力驱动锁定元件或摇块 。当线圈被充电时，摇块必须旋转特定的距离以改变接合状态。该旋转闭合了摇块和线圈磁极之间的间隙。因此磁极和摇块之间的间隙在充电之前最大。为了使线圈的尺寸最小，控制该间隙是有益的。
[0006]经常使用不导磁的材料预防磁漏，如果过多的磁通量从座圈泄露而不是跳过间隙到达摇块，产生的力的大小可能不足以移动该摇块。
[0007]需要将电磁离合器的线圈尽可能设置在与锁定元件接近的地方。然而，这样做迫使线圈处于承载最大的力和偏转的座圈的区域内，从而存在损坏线圈的风险。然而将线圈移向更安全的位置会损及磁通量的产生。
【发明内容】
[0008]一种单向耦合器，包括具有凸轮的凸轮盘，具有凹口的凹口盘，楔块，每个楔块位于其中一个凹口中，以及用于将其中一个楔块与其中一个凸轮接合的电磁体，其包括线圈、芯和从线圈向所述楔块延伸的磁极、磁极和凹口盘之间的间隙，磁极和凹口盘之间的间隙超过磁极和所述楔块之间的间隙。
[0009]因为凹口盘是固定的，并且电磁体位于凹口盘上、直接作用于楔块，因此:(i)消除了与具有楔块和松散地容纳在绕中心线高速运行的凹口内的弹簧相关的动力学问题，使得OWC可靠性的显著增加；(ii)锁定元件可以控制在接合的位置或解离的位置，然而，如果电磁体在凸轮座圈上，仅能控制楔块进行接合；以及(iii)不是具有一个大直径的线圈，而是可以缠绕许多小线圈实现显著节省成本、材料、重量和组件空间，以及提供增加的可靠性。如果使用一个线圈且它发生故障，总成将可能不起作用。如果使用多个小线圈且一个发生故障，结果是功能减弱。
[0010]从以下详细的说明书、权利要求书和附图，优选实施方式的适用范围将变得显而易见。应当理解的是，尽管说明书和具体实施例表明了本发明的优选的实施方式，但其仅是举例说明。对上述实施方式和实施例的各种变化和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]参照以下说明书以及附图将会更容易理解本发明，其中:
[0012]图1是可选择的OWC的主视图，其中环轴向对齐；
[0013]图2是图1中选择性的OWC的侧视透视图；
[0014]图3是图1中选择性的OWC的电磁体、第二楔块和第二凹口盘的透视图；
[0015]图4是显示装配在第二凹口盘内的第二楔块和线圈的侧视图；
[0016]图5是显示解离的楔块和它的杠杆比的侧视图；
[0017]图6是显示从线圈内侧径向向解离的楔块延伸的磁极的透视图；
[0018]图7是显示解离的楔块由于弹簧力而接触它的挡块的侧视图；以及
[0019]图8是显示通过锁定元件从其中一个磁极到相对磁极的磁通量通路的透视图。
【具体实施方式】
[0020]图1、2和3显示的可选的0WB10包括径向外圈，第一凸轮盘12 ;第一凹口盘14 ;径向内圈，第二凸轮盘16 ;以及径向内圈，第二凹口盘18。引线框架20被去除以显示电磁体的三个线圈24和三个第二楔块26。盘12、14、16和18与轴线22对齐。
[0021]第一凸轮盘12的径向外表面形成有花键齿28，凸轮盘12通过花键齿28相对固定的变速器总成组件，优选是变速箱，固定不旋转。类似地，第一凹口盘14的径向内表面形成有花键齿30，凹口盘14通过花键齿30固定在变速器齿轮组的反作用力支架上。该支架将扭矩传递至0WB10，使得第一凹口盘14、第二凸轮盘16分总成旋转。
[0022]第一凹口盘14支承楔块32，每个楔块被各自的弹簧34抵压而径向向外枢转至与第一凸轮盘12上的其中一个凸轮36相接合，从而将第一凹口盘14和第一凸轮盘12可驱动地连接，并保持凸轮盘12不旋转。位于凹口盘14的轴向表面和第二凸轮盘16的轴向表面之间的护圈板21阻止与楔块32产生干扰。
[0023]每个楔块32上产生的离心力克服各自的弹簧34的力，该弹簧力使得楔块朝向凸轮36枢转。在高速度下，每个楔块32远离凸轮36枢转，降低了弹簧上的工作周期。第一凸轮盘12必须是完整的圆圈，因为第一凹口盘14可能在任一角位置停止旋转。
[0024]第一凸轮盘12、第一凹口盘14和楔块32包括第一驱动耦合，这种情况下，单向制动器在第一凹口盘相对于第一凸轮盘顺时针方向旋转时(当从图1所示观察时)锁定或接合，在第一凹口盘相对于第一凸轮盘逆时针方向旋转时(当从图1所示观察时)超越。
[0025]第二凸轮盘16的内表面形成有内花键齿38，内花键齿38与第一凹口盘14的外表面上的外花键齿39啮合。
[0026]第二凹口盘18螺栓连接于第一凸轮盘12，其相对固定不旋转。护圈板40连接第二凹口盘18的相对端。每个第二楔块26枢转地支承在第二凹口盘18上。位于每个凹口位置中的弹簧42，优选是螺旋弹簧，抵压各自的楔块26径向向外远离第二凸轮盘16上的凸轮44枢转，从而打开第二凸轮盘16和第二凹口盘18之间的驱动连接。
[0027]第二凸轮盘16、第二凹口盘18和楔块26包括第二驱动耦合，单向制动器在第一凹口盘14相对于第一凸轮盘逆时针方向旋转时(当从图1所示观察时)锁定或接合，在第一凹口盘相对于第一凹口盘14顺时针方向旋转时(当从图1所示观察时)超越。
[0028]运转时，当电流供应给电磁体的每个线圈24时,通过各自的楔块26承载的磁场使得楔块径向向内朝向凸轮44枢转，从而关闭第二凸轮盘16和第二凹口盘18之间的驱动连接。当至少其中一个楔块26与其中一个凸轮44接合时，第二凸轮盘通过楔块26、第二凹口盘18和第一凸轮盘12相对固定不旋转。
[0029]当线圈断电时，弹簧42使得第二楔块26枢转脱离与凸轮44的接合，每个第二楔块接触位于第二凹口盘18的径向表面上的支架(standoff)或挡块46。挡块优选是具有相对低的磁导率的塑料或其他材料。
[0030]因为产生电磁体的线圈24有电流，他们必须位于作为固定的座圈的第二凹口盘18内。因为磁通量的力迫使楔块26与第二凹口盘18、即固定的座圈接合，不平衡不是问题，并且凹口盘18可以是完整的圆形以外的形状。
[0031]图4显示了位于形成于第二凹口盘18的凹口 50内的其中一个第二楔块26，由于重力和弹簧42产生的力Fs的影响，楔块脱离第二凸轮盘16的凸轮44并接触挡块46。14-16总成在对于楔块26超越方向上的旋转也迫使楔块26解离。每个弹簧42位于形成于盘18上的圆柱形凹槽52中。
[0032]每个凹口 50形成有圆柱形凹面54，楔块26的互补的凸面枢转安置在凹柱形表面54上。每个凹口 50也形成有引导楔块26移动和限制其径向移动的圆柱形凹面56。
[0033]当供给线圈24电流时，产生磁场以使其磁通量线或磁感应线在相对的磁极60、61之间穿过，并且由于楔块26的高导磁率，沿着楔块26的轴向宽度穿过。磁场在楔块26上产生分布力Fm，并在楔块上磁性诱发力矩，这使得楔块在表面54顺时针方向枢转，并与第二凸轮盘16的凸轮44接合。图1显示了与其中一个凸轮44接合的其中一个楔块26以及与凸轮44和接触挡块46解离的两个楔块。
[0034]表面54在枢轴位置向楔块26施加力Fg，表面56向楔块施加力Fp。
[0035]变速器控制器打开和关闭电源和线圈24之间的连接，因为没有使用离心力使得楔块26枢转而与第二凸轮盘16接合。
[0036]第二凹口盘18沿着小于360。的圆弧延伸。从轴线22到第二凹口盘18的角末端得到的径向线形成了大小约为75。的夹角。第二凹口盘18足够大，以容纳必要数量的楔块26，从而降低座圈的成本和重量并使变速器需要的空间最小。
[0037]图4说明了代表施加给其中一个第二楔块26的力的向量，其中Fs是弹簧42的力，Fm是当电磁体通电时存在的磁力，Fe是施加给接触表面56的力，Fg是由于楔块26的重量产生的重力，ps是当电磁体断电时施加给枢轴表面54的力，以及pm是当电磁体通电时施加给枢轴表面54的力。
[0038]如图5-8所示，锁定元件或楔块26位于固定的第二凹口盘18上，从而使得电磁体可以直接作用在锁定元件上，而不是将电磁体设置在第二凸轮盘16上，每个凸轮44作为磁极吸引锁定元件26。
[0039]为了使与凸轮44接合的锁定元件26的端部66实现必要的枢转位移、同时使间隙70最小，为锁定元件设计了杠杆比。如图5所示，如果从锁定元件26上的表面54的枢轴中心62到表面56的中心64的距离B是一个单位，那么从中心64到端部66的距离C是四个单位。该杠杆作用允许端部66最大位移同时使驱动前间隙最小。
[0040]导磁材料会导致过多的磁漏，这就造成功能缺失。图6显示了具有马蹄形的形状的磁极60，61，其具有从大体上竖直的孔径向向内朝向各自的楔块延伸的双臂，穿过线圈24或导线。
[0041]如图7和8最佳示出的，为了防止过多的磁泄露，第二凹口盘18形成在电磁体的磁极60,61附近，以便磁极60,61和第二凹口盘18之间的气隙68,69大于磁极60,61和锁定元件26之间的间隙70。尽管发生一些磁泄露，但与锁定元件26的间隙70是最小磁阻通道。因此，足够的磁通量跃入该间隙70使得锁定元件26朝向凸轮44枢转。当锁定元件26枢转且与凸轮44发生接合时，间隙70降低，引起楔块26上的磁通量密度和磁诱导力的大小增加。
[0042]除了向锁定元件26应用杠杆比并控制间隙68、69、70，还需要将足够数量的磁通量(图8中箭头所表示的)导向锁定元件26以便产生足够的力使得锁定元件26朝向凸轮44枢转。
[0043]图7和8说明了各自的磁极60，61的邻接轮廓包围各自的楔块表面72的部分轮廓并在其周围延伸。该包围比传统的电磁体中的简单的终止磁极60，61而没有沿着表面72延伸输送更多的磁通量进入楔块26的最临界的区域74。
[0044]当锁定元件26接合凸轮44且扭矩在第二凸轮盘16和第二凹口盘18之间传送时，在该盘上可能发生大量的偏转，特别是在被楔块26接合的凸轮44附近。因此将线圈24远离最高偏转的位置设置是很重要的，否则线圈和它的配件可能被损坏。然而，具有最高偏转的位置通常对于线圈24产生适当的磁通量来说是最需要的位置。为了解决这两个问题，每个线圈24位于第二凹口盘18的径向外侧表面78上。通电后，该系统可能容纳导致不必要的锁死的残余磁性。每隔一段时间加入一个消磁周期来解决这个问题。
[0045]当楔块26枢转进入接合的位置时，穿过磁场的铁或钢引发线圈24的二次电压。通过监测线圈电压峰值的电压，观察者可以确定摇块是否已经接合。缺少该电压峰值表示未能接合。
[0046]根据专利法规，已经说明了优选的实施方式。然而，应当注意的是除了具体说明和描述的以外可以实施替代的实施方式。
【权利要求】
1.一种耦合装置，其特征在于，包含: 包括凸轮的凸轮盘； 包括凹口的凹口盘； 楔块，每个楔块位于其中一个凹口中； 用于将其中一个楔块与其中一个凸轮接合的电磁体，其包括线圈、芯和从线圈向所述楔块延伸的磁极、磁极和凹口盘之间的间隙，其中，磁极和凹口盘之间的间隙超过磁极和所述楔块之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于: 芯延伸穿过线圈， 磁极包括从芯向其中一个楔块延伸的第一和第二臂；以及 线圈包括电导线。
3.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于: 芯延伸穿过线圈， 磁极包括从芯向其中一个楔块延伸的第一和第二臂，磁极在部分所述楔块周围延伸。
4.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，凹口盘固定不旋转。
5.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，线圈位于凹口盘的径向外侧。
6.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，其中一个凸轮与其中一个楔块的接合引起线圈的电压峰值，表明已经发生所述接合。
7.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于: 每个凹口形成有具有第一中心的凹面，楔块绕第一中心枢转； 每个楔块包括与凹面接触的第一凸面，具有第二中心、且第二中心与第一中心隔开第一长度的第二凸面，以及与其中一个凸轮接合、且与第二中心隔开第二长度的表面，第二长度大于第一长度。
8.根据权利要求7所述的耦合装置，其特征在于，第二长度大约为第一长度的四倍。
9.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，凹口盘由具有第一磁导率的材料形成；以及 进一步包含位于所述楔块和凹口盘之间并由具有第二磁导率的材料形成的挡块，第二磁导率小于第一磁导率。
【文档编号】F16D27/102GK103807319SQ201310544615
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2012年11月6日
【发明者】丹尼斯·N·乌斯, 诺曼·J·伯德 申请人:福特全球技术公司