离合器组件的制作方法

离合器组件的制作方法
【专利摘要】在一方面中，提供了一种离合器组件，该离合器组件使用电磁体来产生磁回路，磁回路将电枢驱动至某一位置，在该位置处，电枢接合离合器以将旋转构件操作性地连接至静止构件。在电枢最初与旋转构件一起旋转的多种实施方式中，磁回路经过静止构件。在电枢最初是静止的多种实施方式中，磁回路延伸穿过旋转构件。
【专利说明】离合器组件
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年4月10日提交的美国临时专利申请No. 61/622,501的权益， 该申请的内容通过引用结合在本文中，如同在本文中详细地全部阐述一样。

【技术领域】
[0003] 本公开涉及用于将动力从发动机的输出轴传递至负载的输入轴的传动系统，更具 体地，传递至例如增压器、交流发电机、冷却风扇、动力转向泵、空调压缩机、真空泵、空气压 缩机、液压马达、动力输出、次发电机或任意其他适当类型的负载之类的负载。

【背景技术】
[0004] 离合器是用于控制传动元件与从动元件之间的操作性连接的有用装置，其中，传 动元件例如是车辆中的发动机曲轴，从动元件例如是车辆中的附件，这些附件例如是增压 器、交流发电机或其他适当的附件。然而，当前许多离合器普遍会面临大量问题。一些离 合器不当地需要相当大量的动力来操作，因此需要能够承载高电流的电力电缆以及继电器 等，这些电力电缆以及继电器等既会增加与这些离合器相关的成本又具有较大的功耗。
[0005] -些具有较低功耗的离合器即使不需要继电器、大电流电力电缆等，也还需要许 多部件。
[0006] 一些离合器对于某些部件之间的间隙非常敏感，因此很难安装，在这些部件的安 装过程中需要对其进行仔细的填隙，以确保维持部件之间的间隙。
[0007] 提供一种能够至少部分地解决这些问题中的一个或多个的离合器将是有益的。


【发明内容】

[0008] 在一方面中，提供一种离合器组件，该离合器组件使用电磁体来产生将电枢驱动 至某一位置的磁回路，在该位置处，电枢与离合器相接合以将旋转构件操作性地连接至静 止构件。在电枢最初与旋转构件一起旋转的一些实施方式中，磁回路通过静止构件传递。在 电枢最初是静止的一些实施方式中，磁回路延伸穿过旋转构件。
[0009] 在实施方式中，离合器组件包括卷绕弹簧，该卷绕弹簧具有第一端、第二端和介于 第一端与第二端之间的多个螺旋线圈。第一和第二离合器构件中的一者与卷绕弹簧的第一 端旋转地操作性地相连接。提供电枢，电枢旋转地操作性地连接至卷绕弹簧的第二端。提供 电磁单元，该电磁单元包括电磁体。电磁体的通电产生磁通，该磁通流经第一和第二离合器 构件中的一者、经过电枢然后返回电磁单元中。当第一离合器构件是旋转的而第二离合器 构件是静止的时，磁通以足够的力将电枢轴向地牵引至与第一和第二离合器构件中的另一 者相接合，从而以摩擦方式引起电枢和卷绕弹簧的第二端相对于卷绕弹簧的第一端旋转， 以便使卷绕弹簧径向地扩张至与第一和第二离合器构件中的另一者相接合，由此将第一离 合器构件操作性地连接至第二离合器构件。
[0010] 在实施方式中，离合器组件包括可围绕轴线旋转的第一离合器构件、可围绕轴线 旋转的第二离合器构件、卷绕弹簧、电枢和电磁单元。该卷绕弹簧具有第一端、第二端和介 于第一端与第二端之间的多个螺旋线圈。第一离合器构件旋转地操作性地连接至卷绕弹簧 的第一端。电枢旋转地操作性地连接至卷绕弹簧的第二端。第一离合器构件旋转地操作性 地连接至电枢。电磁单元包括电磁体。电磁体的通电产生磁通，该磁通流经第二离合器构 件、经过电枢然后返回电磁单元中。当第一离合器构件是旋转的而第二离合器构件是静止 的时，磁通以足够的力将电枢轴向地牵引至与第二离合器构件相接合，从而以摩擦方式使 电枢和卷绕弹簧的第二端相对于卷绕弹簧的第一端减速/迟滞，以便使卷绕弹簧径向地扩 张至与第二离合器构件相接合，由此将第一离合器构件操作性地连接至第二离合器构件。 [0011] 在另一实施方式中，离合器组件包括可围绕轴线旋转的第一离合器构件、可围绕 轴线旋转的第二离合器构件、卷绕弹簧、电枢和电磁单元。该卷绕弹簧具有第一端、第二端 和介于第一端与第二端之间的多个螺旋线圈。第一端与第二离合器构件旋转地操作性地连 接。电枢旋转地操作性地连接至卷绕弹簧的第二端。电磁单元包括电磁体。电磁体的通电 产生磁回路，磁回路使磁通经过第一离合器构件、经过电枢传输然后返回电磁单元中。当第 一离合器构件是旋转的而第二离合器构件是静止的时，磁通以足够的力将电枢轴向地牵引 至与第一离合器构件相接合，从而以摩擦方式驱动电枢和卷绕弹簧的第二端使得它们相对 于卷绕弹簧的第一端围绕轴线旋转，以便使卷绕弹簧径向地扩张至与第一离合器构件相接 合，由此将第一离合器构件操作性地连接至第二离合器构件。
[0012] 在另一方面中，离合器组件被设置为包括可围绕轴线旋转的第一离合器构件、可 围绕轴线旋转的第二离合器构件、卷绕弹簧和卷绕弹簧接合驱动/传动结构。该卷绕弹簧 具有第一端、第二端和介于第一端与第二端之间的多个螺旋线圈。第一离合器构件与卷绕 弹簧的第一端旋转地操作性地连接。卷绕弹簧接合驱动结构与卷绕弹簧的第二端旋转地操 作性地连接。卷绕弹簧接合驱动结构从非接合位置运动至接合位置，其中，在非接合位置 处，卷绕弹簧不与第二离合器部分相接合，在接合位置处，卷绕弹簧接合驱动结构相对于卷 绕弹簧的第一端旋转地驱动卷绕弹簧的第二端，从而使卷绕弹簧扩张至与第二离合器构件 相接合，以便将第一离合器构件操作性地连接至第二离合器构件。当卷绕弹簧接合驱动结 构处于非接合位置时，卷绕弹簧围绕卷绕弹簧支撑表面缠绕/卷绕，其中，卷绕弹簧支撑表 面具有比卷绕弹簧在自由状态下的半径更大的半径，以便在卷绕弹簧中产生选定预载量。
[0013] 在另一方面中，离合器组件被设置为包括可围绕轴线旋转的第一离合器构件、可 围绕轴线旋转的第二离合器构件、卷绕弹簧和卷绕弹簧接合驱动结构。该卷绕弹簧具有第 一端、第二端和介于第一端与第二端之间的多个螺旋线圈。卷绕弹簧接合驱动结构被设置 为与卷绕弹簧的第二端旋转地操作性地连接。卷绕弹簧接合驱动结构从非接合位置运动至 接合位置，其中，在非接合位置处，卷绕弹簧不与第二离合器部分相接合，在接合位置处，卷 绕弹簧接合驱动结构相对于卷绕弹簧的第一端旋转地驱动卷绕弹簧的第二端，从而使卷绕 弹簧扩张至与第二离合器构件相接合，以便将第一离合器构件操作性地连接至第二离合器 构件。当卷绕弹簧接合驱动结构处于非接合位置时，卷绕弹簧围绕卷绕弹簧支撑表面缠绕， 其中，卷绕弹簧支撑表面具有比卷绕弹簧的自由状态半径更大的半径，以便在卷绕弹簧中 产生选定预载量。
[0014] 在另一方面中，提供了卷绕弹簧和承载体的组合。卷绕弹簧具有第一端、第二端和 介于第一端与第二端之间的多个线圈。承载体包括尺寸被设定为容纳卷绕弹簧的第一端 的槽，其中，承载体包括位于槽的端部处的驱动壁，该驱动壁在卷绕弹簧的第一端处由螺旋 端面抵接。承载体具有扭矩传递表面，该扭矩传递表面被构造成将扭矩从卷绕弹簧的第一 端传递到另一部件中。扭矩传递表面具有比卷绕弹簧的第一端处的螺旋端面更大的表面面 积。
[0015] 在一些实施方式中，扭矩传递表面是弓形的，以便在由承载体接合的部件的互补 的弓形扭矩传递表面内可枢转。
[0016] 在再一方面中，提供了卷绕弹簧和承载体的组合。卷绕弹簧具有第一端、第二端和 介于第一端与第二端之间的多个线圈。承载体包括尺寸被设定为容纳卷绕弹簧的第一端的 槽。承载体包括位于槽的端部处的驱动壁，该驱动壁抵接位于卷绕弹簧的第一端处的螺旋 端面。承载体具有扭矩传递表面，该扭矩传递表面被构造成将扭矩从卷绕弹簧的第一端传 递到另一部件中。该扭矩传递表面是弓形的，以便在由承载体接合的部件的互补的弓形扭 矩传递表面内可枢转。
[0017] 在另一方面中，离合器组件被设置为包括可围绕轴线旋转的第一离合器构件、可 围绕轴线旋转的第二离合器构件、卷绕弹簧和承载体。该卷绕弹簧具有第一端、第二端和介 于第一端与第二端之间的多个螺旋线圈。承载体包括尺寸被设定为容纳卷绕弹簧的第一端 的槽。承载体包括位于槽的端部处的驱动壁，该驱动壁抵接位于卷绕弹簧的第一端处的螺 旋端面。承载体具有扭矩传递表面，该扭矩传递表面被构造成将扭矩从卷绕弹簧的第一端 传递到另一部件中。该扭矩传递表面是弓形的，以便在与第一离合器构件相关联的互补的 弓形扭矩传递表面内可枢转。
[0018] 在一些实施方式中，承载体上的扭矩传递表面具有比位于卷绕弹簧的第一端处的 螺旋端面的表面面积更大的表面面积。
[0019] 在一些实施方式中，在将扭矩从第一离合器构件通过承载体传递至卷绕弹簧的过 程中，卷绕弹簧被迫径向地扩张并且使承载体沿第一方向枢转。承载体还包括引导表面，当 扭矩没有从第一离合器构件传递到卷绕弹簧中时，该引导表面可以与和第一离合器构件相 关联的对应的引导表面相接合，以便迫使承载体沿对应于卷绕弹簧的径向收缩的第二方向 枢转。
[0020] 在另一方面中，离合器组件被设置为使用电磁体来产生磁回路，该磁回路将电枢 驱动至某位置处，在该位置处，电枢与离合器相接合以将旋转构件操作性地连接至静止构 件。在电枢最初与旋转构件一起旋转的一些实施方式中，磁回路通过静止构件传递。在电 枢最初是静止的一些实施方式中，磁回路延伸穿过旋转构件。电枢具有选定的尺寸，以允许 电枢在选定的电压和选定的温度处变得磁饱和，使得施加在电枢与有磁回路通过其传递的 构件之间的磁力在选定的温度和电压范围上是基本上恒定的。
[0021] 在又一方面中，离合器组件被设置为使用电磁体来产生磁回路，该磁回路将电枢 驱动至某位置处，在该位置处，电枢与离合器相接合以将旋转构件操作性地连接至静止构 件。在电枢最初与旋转构件一起旋转的一些实施方式中，磁回路通过静止构件传递。在电 枢最初是静止的一些实施方式中，磁回路延伸穿过旋转构件。电枢具有摩擦接合表面和通 量传递表面，该摩擦接合表面可以与有磁回路通过其传递的构件相接合，磁通从有磁回路 通过其传递的构件经过该通量传递表面行进至电枢，以牵引电枢至与有磁回路通过其传递 的构件相接合。摩擦接合表面具有选定的表面面积，以限定有磁回路通过其传递的构件与 电枢之间的摩擦力。通量传递表面是选定的以提供介于电枢和有磁回路通过其传递的构件 之间的选定的接触面积。电枢在离摩擦接合表面一定/预定轴向距离处所具有的截面面积 小于通量传递表面的表面面积，并且该截面面积是选定的，以在电磁体通电的过程中控制 电枢的磁化的饱和极限。在一些实施方式中，通量传递表面是与摩擦接合表面相同的表面。

【专利附图】

【附图说明】
[0022] 现将仅通过示例的方式参照附图对本公开进行描述，其中：
[0023] 图1是根据本发明的实施方式的离合器组件的侧视图；
[0024] 图2a是图1所示的离合器组件的立体分解图；
[0025] 图2b是图1所示的离合器组件的另一立体分解图；
[0026] 图3a和3b是分别处于非接合位置和接合位置的图1所示的离合器组件的剖面侧 视图；
[0027] 图3c示出了当图1所示的离合器组件处于接合位置时所形成的磁回路；
[0028] 图4a、4b和4c是图1所示的离合器组件的多个部分的放大立体分解图；
[0029] 图5是示出了用于将根据本发明的实施方式的离合器组件保持在接合位置中的 力的测试结果的曲线图；
[0030] 图6a和6b是根据本发明的另一实施方式的离合器组件的立体分解图；
[0031] 图7a和7b是分别处于非接合位置与接合位置的图6a和6b所示的离合器组件的 剖面侧视图；
[0032] 图8是类似于图6a和6b所示的实施方式的替代性离合器组件的一部分的剖面侧 视图，其包括有助于将离合器组件安装至从动附件的可选结构；
[0033] 图8a是用于将图6a和6b所示的离合器组件安装至附件的工具的视图；
[0034] 图9是类似于图6a和6b所示的实施方式的替代性离合器组件的一部分的剖面侧 视图，但是其包括可选解耦器；
[0035] 图10a、10b和10c是电枢的替代性形状的剖面侧视图，其中该电枢可以用于图1 以及图6a和图6b所示的离合器组件中；
[0036] 图11a和lib是离合器组件的另一实施方式的分解立体图；
[0037] 图11c是图11a和lib所示的离合器组件的剖面侧视图；
[0038] 图12a和12b是示出了通过使用用于离合器组件的控制系统可以实现的与图11a 和lib所示的离合器组件的部件相关的数据的曲线图；
[0039] 图13是控制系统的一部分的示意图；
[0040] 图14a和14b是示出了控制图11a和lib所示的离合器组件的方法的图示；
[0041] 图15a和15b是用于图11a和lib所示的离合器组件的卷绕弹簧和承载体的立体 图；
[0042] 图16是图11a和lib所示的离合器组件的部件中的一些的分解立体图；
[0043] 图17是图16中示出的部件的立体图；
[0044] 图18a_18c示出了用于卷绕弹簧的承载体的操作；
[0045] 图19a是图11a和lib所示的离合器组件的另一剖面侧视图；以及
[0046] 图19b是沿着图19a中的剖切线19b-19b截取的离合器组件的立面剖视图。

【具体实施方式】
[0047] 参照图1，其示出了内燃发动机12(为方便起见，通过限定矩形体积的线表示）的 发动机曲轴10。曲轴10可围绕轴线A旋转。离合器组件14 (也可以被称为离合器14)被 安装至曲轴10,并且其可操作而将曲轴10选择性地连接至选定的附件（未图示）。附件可 以是任意适当的附件，例如，增压器、交流发电机、水泵、风扇、空调压缩机、动力转向泵、真 空泵、空气压缩机、液压马达、动力输出或次发电机。
[0048] 参照图2a和2b，离合器组件14包括都可以围绕轴线A旋转的第一离合器构件16 及第二离合器构件18、卷绕弹簧20、电枢22、致动器24和电磁单元26。离合器组件14可 以由相对较少的部件构成，并且可以使用以使用非常低的动力将曲轴10选择性地连接至 附件。
[0049] 离合器组件14可以通过磁通的如下传输从图3a所示的非接合位置移动至图3b 所示的接合位置，即，磁通从电磁单元26经过第二离合器构件18、电枢22然后返回电磁单 元26中。当离合器组件14处于接合位置中时可以被称为处于接合状态，当其处于非接合 位置中时可以被称为处于非接合状态或未接合状态。
[0050] 第一离合器构件16是被曲轴10驱动的，在图1所示的实施方式中，其被安装至曲 轴10。第一离合器构件16可以由任意适当的材料制成，例如适当的钢。
[0051] 当离合器14处于接合状态时（图3b)，第二离合器构件18由第一离合器构件16 驱动，并且当离合器14处于非接合状态时（图3a)，第二离合器构件18可以是空闲/空转 的。第二离合器构件18可以借助于一个或更多个轴承构件/支承构件28可旋转地支撑在 第一离合器构件16上。在所示实施方式中，提供了单一 /单个轴承构件28,该轴承构件28 是球轴承，其通过固定地安装至第二离合器构件18 (例如，通过压配合的方式）的轴承保持 架29保持在第二离合器构件18上。
[0052] 第二离合器构件18可以被构造成以任意适当的方式将动力从曲轴10传递至附 件。例如，在图1所示的实施方式中，第二离合器构件18是滑轮/带轮32,该滑轮32被构 造成接合与附件的输入轴上的滑轮相接合的传动带/带（未图示）。然而，在替代性实施方 式中，第二离合器构件18可以是其他适当的动力传递元件，例如与最终驱动附件的一个或 更多个齿轮相接合的齿轮、驱动最终驱动附件的链条等的链轮。
[0053] 第二离合器构件18可以由至少具有选定的导率的材料制成以便其至少具有选定 的传递磁通的能力，例如1010钢。应当注意的是，第一离合器构件18由具有特别高的磁导 率还是特别的低磁导率的材料制成并不重要。至少在图1所示的实施方式中，第一离合器 构件16的磁导率是不重要的。
[0054] 第一离合器构件16可选地具有用于驱动不同/分离于附件的其他附件的装置。例 如，在附件是增压器的实施方式中，第一离合器构件16可以被构造成驱动不同于被第二离 合器构件18驱动的附件的如下附件，例如交流发电机、水泵、空调压缩机、动力转向泵、风 扇、动力转向泵、真空泵、空气压缩机、液压马达、动力输出或次发电机。用于驱动这些其他 附件的装置可以由第二滑轮34或独立于第二离合器构件18安装至第一离合器构件16的 某些其他适当的动力传递构件提供。在这些实施方式中，如图1所示，第二离合器构件18 可以被称为第一动力传递构件、用于驱动一个或更多个第一附件，第二滑轮34可以被称为 第二动力传递构件、用于驱动一个或更多个第二附件。
[0055] 该第二滑轮34可以包括用于抑制/阻尼可能产生在曲轴10处的扭转振动（至少 许多内燃发动机的操作的副作用）的装置。例如，第二滑轮34可以包括位于其中的橡胶阻 尼元件35,该橡胶阻尼元件35介于滑轮34的内部部分36和滑轮34的外部部分38之间。 在一些实施方式中，第二滑轮34可以由扭转振动阻尼盘替代，扭转振动阻尼盘无意于驱动 任何部件，而只是阻尼来自于发动机12的扭转振动。
[0056] 卷绕弹簧20可在图3a所示的非接合位置和图3b所示的接合位置之间移动。在 非接合位置中，卷绕弹簧20未与第二离合器构件18相接合，第一离合器部分16与第二离 合器部分18操作性地断开（即离合器14处于非接合状态）。在接合位置中，卷绕弹簧20 径向地扩张至与第二离合器构件18的以39示出的径向内表面接合，从而将第一离合器构 件16操作性地连接至第二离合器构件18 (即，离合器14处于接合状态）。
[0057] 卷绕弹簧20具有第一端40 (最佳地示于图4a中）、第二端42 (最佳地示于图4b 中）以及介于第一端40和第二端42之间的多个螺旋线圈44。第一离合器构件16通过凸 耳52 (图4b)与卷绕弹簧的第一端40的螺旋端面的接合而与卷绕弹簧20的第一端40相 接合。卷绕弹簧20的第一端40可以保持在以48示出的承载体中的凹槽46(图4b)中。
[0058] 承载体48通常协助维持卷绕弹簧20的预定形状，并且协助卷绕弹簧20抵抗不希 望的变形，特别是在卷绕弹簧20在将高扭矩从第一离合器构件16传递至第二离合器构件 18的期间。
[0059] 承载体48可以由任意适当的材料制成，诸如塑料材料，或者替代性地金属材料。
[0060] 参照图3a，承载体48被保持在第一离合器构件16中的承载座50中。承载体48 由第一离合器构件16通过以下方式驱动而围绕轴线A旋转，即，通过第一离合器构件16上 的多个凸耳52(示于图4c中）和承载体48上的多个凸耳槽54(图4a)之间的接合。虽然 示出了两个凸耳52和两个凸耳槽54,但是，在一些实施方式中，可以提供单一凸耳52和单 一凸耳槽54,或者可以提供三个或更多个凸耳52和凸耳槽54。代替在第一离合器构件16 上设置凸耳52和在承载体48上设置凸耳槽54,可以在承载体48上设置凸耳52以及在第 一离合器构件16上设置凸耳槽54。
[0061] 承载体48还包括固位体接合表面56 (图3a)。被压配合至第一离合器构件16上 的固位体58与固位体接合表面56相接合，并且将承载体48靠着承载座50保持就位。
[0062] 参照图4b，承载体48还包括卷绕弹簧20安置于其上的卷绕弹簧座51。卷绕弹簧 座51终止于凹槽46。凹槽46结束于凸耳槽54中的一个处。当凸耳52 (图4c)定位在凸 耳槽54中时，卷绕弹簧20的第一端40直接接合凸耳52中的一个。因此，第一离合器构件 16不通过承载体48驱动卷绕弹簧20,而是直接驱动卷绕弹簧20的第一端40。这是有优势 的，因为卷绕弹簧20的第一端40的螺旋端面20a直接抵接金属表面（即，凸耳52)(并且 被其驱动）而非来自于承载体48的抵接材料--该抵接材料可能比第一离合器构件16的 材料柔软，并且如果其在高扭矩传递期间存在于端面20a和凸耳52之间，其可能会因为螺 旋端面20a而变形。
[0063] 承载体48还包括轴向延伸的卷绕弹簧支撑表面60的第一部分59。支撑表面60 的第一部分59支撑卷绕弹簧20 (图3a)的径向内表面（以61示出）的一部分。
[0064] 致动器24可以由能够靠着第一离合器构件16的材料滑动的材料制成，并且该致 动器24安装在第一离合器构件16上，以便可以在第一离合器构件16上旋转滑动。例如， 致动器24可以由聚合物材料制成，其能够相对于第一离合器构件16的材料（该材料可以 是金属的）滑移。
[0065] 致动器固位体63固定地安装至第一离合器构件16,以防止相对于第二离合器构 件18轴向移动超出选定的轴向距离。在实施方式中，致动器24可以由至少在一些实施方 式中为非磁性的材料的材料制成，例如被修改为包括Teflon?的尼龙4-6,或者替代性地铝 (可以是纯铝或铝合金）。致动器24以如下方式支撑电枢22, S卩，电枢22可在致动器24上 轴向移动，但使得电枢22旋转地操作性地连接至致动器24。为进一步明确，当第一对象/ 物体'旋转地操作性地连接'至第二对象或者与第二对象'旋转地操作性地连接'时，这意 味着第一对象能够引起第二对象的旋转，而没有对第一对象是否能够引起第二对象的轴向 运动做出限制。根据它们的连接方式，第二对象还能够引起第一对象的旋转；从描述和附图 中，使这种情况成为可能的构型将会是相当明显的。致动器24不需要由非磁性材料制成。 在一些实施方式中，其可以由具有低于选定导率的材料制成。在其他实施方式中，其可以具 有相对较高的导率同时通过适当的隔绝气隙或通过一些磁隔绝材料与电磁单元壳体70分 离。
[0066] 如图2b所示，该旋转操作性连接可以通过在致动器24上设置一个或更多个凸耳 62以及在电枢22上设置一个或更多个凸耳槽64来实现。凸耳62和凸耳槽64允许致动器 24和电枢22旋转地驱动彼此的同时，还允许电枢22在图3a所示的第一位置和图3b所示 的第二位置之间轴向滑动。电枢22的第一位置和第二位置将在下文中作进一步的详细描 述。
[0067] 现参照图3a、3b和2a，致动器24还包括容纳卷绕弹簧20的第二端42的驱动槽 66,从而将卷绕弹簧的第二端42固定至致动器24和电枢22。因此，可以说在电枢22和卷 绕弹簧20的第二端42之间存在操作性连接。可以看到的是，由于第一离合器构件16与卷 绕弹簧20的第一端40之间的操作性连接和卷绕弹簧20的第二端42与致动器24以及因 此与电枢22之间的操作性连接，第一离合器构件16操作性地连接至电枢，以便围绕轴线A 旋转。
[0068] 应当注意的是，致动器24具有位于其上的卷绕弹簧支撑表面60的另一部分 67 (图3a)，该另一部分67支撑卷绕弹簧20的径向内表面61的另一部分（图3a)。第一 和第二部分59和67可以构成卷绕弹簧支撑表面60的一些或者全部。卷绕弹簧支撑表面 60具有大于卷绕弹簧20在自由状态下的半径的选定半径，以便当卷绕弹簧被支撑在其上 时在卷绕弹簧20中产生选定量的预载。换言之，如果卷绕弹簧20被允许的话，其将会向半 径小于卷绕弹簧支撑表面60的半径的自由状态径向地收缩。因此，即使在卷绕弹簧20安 置在卷绕弹簧支撑表面60上时，其也处于一些张紧（即，特定量的预载）之下。该预载会 引起卷绕弹簧20以一定量的力接合支撑表面60。
[0069] 在使用过程中/期间，当第一离合器构件16旋转以及离合器14处于非接合状 态时，由于其自身的旋转速度，离心力作用在卷绕弹簧20上并迫使其径向地扩张。此外， 在使用过程中，发动机12 (图1)可能会经受相对较强的加速度（即，发动机速度的快速提 升）--在例如主动性驾驶动作期间或在变速器降挡期间、或者甚至由于来自于发动机12 的扭转振动。这些加速度可以暂时地推压卷绕弹簧20的第一端40,使其沿选定的周向方向 远离/离开第二端42,这迫使卷绕弹簧20径向地扩张。如果卷绕弹簧20中没有预载，则基 本上任何迫使其径向扩张的力都将会导致卷绕弹簧20产生远离支撑表面60的至少一定量 的径向扩张。在引起卷绕弹黃20扩张的力被移除或减小之后，卷绕弹黃20再次接触支撑 表面60时会产生噪音。而且，如果该力足够强，则卷绕弹簧20可以扩张足够的量以暂时地 接合第二离合器构件18的内表面39,从而暂时地操作性地连接第一和第二离合器构件16 和18。根据什么被第二离合器构件驱动，可以引起多种不同的问题。例如，如果第二离合器 构件18驱动的附件是增压器，这将会导致额外的空气意外地被发动机控制单元（E⑶-未图 示）传输到发动机12的燃烧室中，进而导致燃烧室中空气/燃料混合物的化学计量的预料 之外的变化。这样会导致不适当的燃料燃烧或其他问题，并且当感测到增压器的不经意的 短暂操作带来的发动机性能中的一些预料之外的变化时，会最终导致由ECU产生的故障。 除了噪音和从动附件的计划外操作的可能性，如果卷绕弹簧20遭受振动并且未被预载，其 还会引发重复扩张和收缩。这可能会导致疲劳和磨损，最终降低卷绕弹簧20的操作寿命。 通过提供卷绕弹簧20中的前述预载，该预载至少在一定程度上克服这些力，以便向卷绕弹 簧20提供针对离开弹簧支撑表面60扩张的选定量的阻力。因此，可以减小或消除关于噪 音和从动附件的不经意的操作的问题。上述提供卷绕弹簧20中的预载的益处可适用于任 意的结构，在这些结构中，卷绕弹簧20与第一离合器构件一起旋转并且可以选择性地受到 控制而扩张至与第二离合器构件相接合以操作性地连接第一和第二离合器构件，其中，使 用了包括电磁单元和电枢的卷绕弹簧接合驱动结构。在使用任何其他适当类型的卷绕弹簧 接合驱动结构时，提供卷绕弹簧20中的预载的益处也是适用的。
[0070] 在图3a和3b所示的实施方式中，卷绕弹簧接合驱动结构包括电枢22、致动器24、 电磁单元26以及第二离合器构件18本身。
[0071] 除了提供半径比卷绕弹簧20的自由状态下的半径更大的卷绕弹簧支撑表面60， 在替代性实施方式中，可以允许卷绕弹簧20完全收缩至其自由状态下的半径，并且在该状 态下，其可以具有离第二离合器构件18的内表面39相对较大的径向间距。通过提供大的 径向间距，即使卷绕弹簧在离心力作用下或者发动机的加速下扩张，卷绕弹簧20都将不可 能接合第二离合器构件18的内表面39。
[0072] 电枢22优选地由至少具有选定磁导率并且也能够在选定条件下达到磁饱和状态 的材料制成，这将在下文中进一步描述。然而，致动器22的材料可以被选定为具有相对较 低的磁导率。这阻止磁通通过致动器传递并传递到电磁单元26中。
[0073] 在一些实施方式中，电枢22上的与第二离合器构件18相接合的面--该面可以 被称作摩擦接合表面82--可以具有相对较高的摩擦系数，并且主要负责与第二离合器构 件18产生强的摩擦力。在一些实施方式中，摩擦接合表面82可以具有与第二离合器构件 18的对应表面相似的摩擦系数。在一些实施方式中，第二离合器构件18的对应表面可以具 有相对较高的摩擦系数。
[0074] 参照图3a，在一些实施方式中，相比于电磁体壳体70上的以68不出的附近通量传 递表面到表面80的距离，摩擦接合表面82更靠近第二离合器构件18上对应的通量传递表 面（以80示出）。摩擦接合表面82到第二离合器构件18的这一相对接近度会引起磁通优 先地传递到电枢22中。然而，应当注意的是，即使一些通量是直接从第二离合器构件18传 递到电磁体壳体70中的，在电枢22上会有足够的磁力来牵引电枢22,使之与第二离合器构 件18相接合，并且随着电枢22开始朝向弟_尚合器构件18移动，通量线将开始转移以优 先地从第二离合器构件18传递到电枢22中。应当注意的是，即使是在如下一些实施方式 中也是可以发生这种情况的，即电枢22上的摩擦接合表面82定位在离第二离合器构件18 的相互面对的表面的距离与电磁单元26上的附近表面离第二离合器构件18的相互面对的 表面的距离相同的位置处，以及即使是在如下一些实施方式中也可以发生这种情况，即电 枢22上的摩擦接合表面82定位在离第二离合器构件26的相互面对的表面的距离比电磁 单元26上的附近表面离第二离合器构件18的相互面对的表面的距离稍远的位置处。
[0075] 电磁单元26产生流经第二离合器构件18、电枢22以及返回到电磁单元26中的磁 通。磁通路径（即，磁回路）大体上由箭头500(示于图3c中）说明。电磁单元26包括电 磁体69。电磁体69通电后产生磁通。电磁单元26还包括保持电磁体69的电磁单元壳体 70。电磁单元壳体70连接至离合器壳体71，离合器壳体71被构造成安装至例如可以是发 动机缸体或发动机罩的静止构件72。在优选实施方式中，发动机缸体或无论什么的静止构 件是由非可磁化材料制成的，例如，该非可磁化材料是一种铝（即，纯铝或铝合金）。
[0076] 当第一离合器构件16是旋转的而第二离合器构件18是静止的时，卷绕弹簧20、 致动器24和电枢22会与第一离合器构件16 -起旋转。当需要接合离合器组件14 ( S卩，需 要将离合器带至接合位置，以便将第一离合器构件16操作性地连接至第二离合器构件18) 时，电磁单元26被通电，从而在第二离合器构件18中产生磁通。该磁通以足够的力牵引电 枢22,使之与第二离合器构件18轴向地相接合，以使电枢22和卷绕弹簧20的第二端42相 对于卷绕弹簧20的第一端40摩擦地减速/迟滞。卷绕弹簧20的第二端42的这一运动引 起卷绕弹簧20径向地扩张至与第二离合器构件18上的卷绕弹簧接合表面39相接合，从而 将第一离合器构件16与第二离合器构件18操作性地连接。
[0077] 当电磁单元26断电时，第二离合器构件18中不再有磁通，或者可能会在第二离合 器构件18中还保留小的、残余的磁通。因此，电枢22和第二离合器构件18之间的接合力 大幅减小，如果在第二离合器构件18中不再有任何残余的磁通时，该接合力有可能减小到 零。因此，朝向卷绕弹簧20的自由状态推压卷绕弹簧20的卷绕弹簧20的偏压将克服电枢 22和第二离合器构件18之间可能会存在的任意摩擦力，因此将会引起卷绕弹簧20的收缩， 由此，从第二离合器构件18的内表面39缩回，从而使第一离合器构件16从第二离合器构 件18处操作性地断开。因此，离合器14可以被称为"常开/常断开"的。这提供故障保护 特征，使得离合器14不会在如下情况下驱动滑轮18 (以及由滑轮18驱动的一个或多个附 件），该情况即，离合器14已失效，并且滑轮18的驱动是不期望的或者是危险的。
[0078] 在离合器组件14中，以下情况通常是可取的，S卩，在每个生产单元和在变化的条 件下施加在第二离合器构件18和电枢22中的磁力相对恒定，以使得在组件14的每个单元 中的部件的特性或尺寸中的任意公差/容限以及在操作条件中的用于给定单元的任意变 化性都不会明显地影响该力。为了那一目的，如图3a中所示，在第二离合器构件18和电磁 单元26之间、在分别以76和78示出的相互面对的通量传递表面处，具有选定的、相对较大 量的轴向交叠。此外，无论电枢是处于非接合位置中（即，电枢未接合第二离合器构件18) 还是处于接合位置中，在电磁单元26和电枢22之间、在分别以81和83示出（图3a)的相 互面对的通量传递表面处，具有选定的、相对较大量的轴向交叠。这些轴向交叠被选定为相 对较大，以便确保即使是当离合器组件14以其尺寸公差的极限制造时，在前述表面之间仍 然具有相对较大的轴向交叠。通过这种方式，第二离合器构件18与电枢的相对较薄的摩擦 接合表面82之间的通量传递是通量传递最受限的位置。这进而确保了电枢22的构型为控 制磁力的量值的构型，当电磁单元26被通电时，该力将电枢22保持在与第二离合器构件18 的相互接合中。相比之下，如果在由电磁单元26、第二离合器构件18和电枢22形成的磁回 路中的某一其它点处存在限制，那么电枢22的构型对于施加在电枢22和第二离合器构件 18之间的力将具有相对较少的影响，并且在通量传递最受限的点处存在的任意尺寸公差都 将在前述的力中起作用。这将会将变量引入到力的量值--其是不期望的。
[0079] 将离合器组件14构造成减小施加在电枢22和第二离合器构件18之间的磁力的 范围的另一方法/方式是选择电枢22的材料以及将电枢22构造为相对较薄，使得其在通 常无益于前述磁回路中的磁通的产生与传递的条件下快速达到饱和（或者更广泛地说，使 得其至少达到选定的饱和水平/级别）。因此，在将会有益于在磁回路中产生相对较大的磁 通的条件下，第二离合器构件18和电枢22之间的磁力将会在可接受的范围内变化。例如， 用于离合器组件14的操作温度的范围可以大约为-40摄氏度至大约120摄氏度。随着温度 的升高，电磁体69和将电流馈入电磁体69的部件的电阻会增大，因此，流向电磁体69的会 减少，进而导致电磁体69产生的磁通的减少。除了随温度而发生的通量的变化，基于通常 发生在车辆的电气系统中的波动，将被施加至电磁单元26的电压可以在某个范围上改变， 例如，该范围是大约9V至大约16V。在优选实施方式中，电枢22被构造成在如下情况下会 迅速饱和，即，当电枢22在接近温度范围的较高一端的温度（S卩，在该示例中大约为120摄 氏度）下操作时以及当电磁单元26接收接近电压范围的较低一端的电压（S卩，在该示例中 大约为9V)时。因此，在整个操作温度范围和整个电压范围内，施加在第二离合器构件18 和电枢22之间的磁力将会在选定的可接受的范围内变化。
[0080] 图5示出了磁场有限元分析得到的关于类似于离合器组件14的离合器组件的构 型的曲线图，图中示出了当存在〇间隙时（S卩，当电枢22与第二离合器构件18相接合时） 施加在电枢上的力。该曲线图示出了所产生的力（单位为牛顿）与以安培-匝数测得的磁 动势（MMF)之间的关系。如在图5的曲线图中可见的，在MMF从300AT到900AT的变化范围 内，所产生的力变化了大约36% (从大约505N到大约688N)。相比于电枢22没有被构造 成在对于通量的产生而言最差的案例情境下基本上饱和的情况而言，这是小得多的变化。
[0081] 因此，通过选择用于电枢的适当的材料以及通过以选定的方式构造电枢（例如， 相对较薄，特别是径向），当电枢与第二离合器构件18相接合时，即使在范围相对较宽的操 作条件下，电枢上产生的力仍然可以保持在可接受的范围内。在示例性的实施方式中，电枢 22的径向厚度大约为1. 25_。在一些实施方式中，电枢22可以设有磁通阻塞点，该磁通阻 塞点将会减少经过电枢22的磁通，从而将会在产生的磁通比图3a和3b所示的电枢22所 产生的磁通更弱的情况下促进电枢22达到饱和。该磁通阻塞点可以是电枢22的横截面积 /截面积减小的形式，如在图10a-10c所示的剖面图中可见。例如，除了具有在图3a和3b 中可见的矩形横截面/截面形状，电枢22还可以替代性地具有位于以101a示出的径向外 表面（图10a)中的凹槽99,该凹槽99用于减小横截面积（即，图10a-l〇 C所示的电枢22 在平行于平面P的平面中的横截面积，平面P侧向地呈现在视图中）以及充当磁通的阻塞 点。凹槽99替代性地位于以101b示出的径向内表面中（图10b)。替代性地，凹槽99a可 以设置在径向外表面l〇la中，并且另一凹槽99b可以设置在径向内表面101b中（图10c)。 通过设置减小的横截面积，可以提供与摩擦接合表面82轴向间隔的磁通阻塞点，同时还提 供摩擦接合表面82的选定的表面面积。理想的是，摩擦接合表面82具有较大的表面面 积，以便减少在该表面上的磨损（通过将电枢22和第二离合器构件18之间的接合力散布 在选定的大的表面面积上），同时提供阻塞点以便在差的磁通产生的条件下促进饱和。在 图10a-10c所示的实施方式中，电枢22的横截面积的减小通过减小电枢22的横截面厚度 来实现。替代性地，横截面积的减小可以通过某些其他方式来实现，例如，通过冲压或者以 另外方式提供穿过电枢22的厚度的一排周向的孔（S卩，围绕电枢22的圆周的一排孔）。
[0082] 作为与减小由第二离合器构件18施加在电枢22上的磁力的波动不同的问题，限 制施加在电枢22和第二离合器构件18之间的最大磁力从而限制施加在电枢22和第二离 合器构件18之间的摩擦力是有利的。通过限制该摩擦力，可以对通过卷绕弹簧20传递到 第二离合器构件18上的扭矩设置/设定限制。更具体地，可通过卷绕弹簧20的线圈44传 递至第二离合器构件18的扭矩与施加在电枢22和第二离合器构件18之间的扭矩（该扭 矩可以被称作通电扭矩）有关。该通电扭矩本身取决于电枢22和第二离合器构件18之间 的磁力、电枢22和第二离合器构件18之间的摩擦系数、以及磁力围绕轴线A的力臂。一般 而言，可在卷绕弹簧20的线圈44处传送的扭矩对于通电扭矩可以具有指数关系。换言之， 随着通电扭矩增大，可在线圈44处传送的扭矩会以指数方式增大。由于如下因素的影响， 从一种离合器组件到另一种离合器组件以及从一种情形到另一种情形，通电扭矩有可能发 生大幅的变化，这些因素有：构成离合器组件14的部件的尺寸和材料特性的限度/容限、应 用于电磁单元26的电压的可变性、电枢22与第二离合器构件18之间的摩擦系数以及线圈 44和第二离合器构件18之间的摩擦系数的限度、以及其他因素。如果该通电扭矩被允许未 加抑制地发生变化，则其可以变化高达300%或者更多，这取决于离合器组件14将必须在 其中工作的操作条件的范围、以及取决于各种部件和特性中的限度。因此，如果通电扭矩能 够简单地未加抑制地发生变化，则会致使卷绕弹簧20传递基于上文所提到的指数关系而 发生明显变化的扭矩。因此，在这种情况下，或者需要将卷绕弹簧20设计为能够应对非常 大范围的扭矩，或者在线圈44处传送的扭矩可能变得过高以至于卷绕弹簧20会冒有损坏 或甚至失效的风险。然而，通过构造电枢22使得其在产生磁通的最坏情况条件下具有至少 选定量的饱和（例如，基本上完全饱和），则在产生磁通的最佳情况条件下产生的磁力将不 会相对于最坏情况条件下产生的通量大幅地变化。这是设定可用的最大通电扭矩的极限/ 限制的方式，这因此而设定了将会在线圈处传递的最大扭矩的极限，从而保护卷绕弹簧20， 使其免于因为传送太高的扭矩而失效，以及使卷绕弹簧20避免仅仅为了在某些情境下保 护卷绕弹簧20而必须对卷绕弹簧20进行超裕度设计，在这些情境中，限度和条件可能产生 了非常高的通电扭矩。
[0083] 通过将电枢22构造为在产生通量的最坏情况条件下具有如上文所指出的选定量 的饱和，当第一离合器构件旋转而第二离合器构件18静止以及电磁单元26被通电以便接 合离合器14时，如果驱动第二离合器构件18所需的扭矩太高（S卩，超出了选定极限），则电 枢22将会在第二离合器构件18上滑移。因此，由于滑移，卷绕弹簧20的第二端42的角运 动将会被限制于选定的最大角度。该选定的最大角度充当卷绕弹簧20可能的扩张量的极 限，并且因此能够限制由卷绕弹簧20施加在滑轮18的内表面39上的力。通过限制该力， 可以通过卷绕弹簧20传递至滑轮18的扭矩的量被限定为选定的最大扭矩。
[0084] 降低卷绕弹簧20的非期望的扩张的可能性的另一方式是控制存在于离合器组件 14的某些部件中的惯量。特别地，旋转惯性被选定为低的一个部件是致动器24和电枢22 的组件（该组件可以被称为致动器/电枢组件）。如在本文件的前面所提到的，致动器24 已被描述为由诸如被修改有Teflon?的尼龙4-6的塑料材料制成。同样如前面所提到的， 电枢22可以由1010钢制成。因此，在此实施方式中，致动器/电枢组件的较大部分是由塑 料材料（即，具有相对较低的密度的第一材料）制成的，只有位于致动器/电枢组件的径向 外端处的相对较薄的带是由金属材料（即，密度比第一材料的密度相对较高的第二材料） 制成的。在至少一些实施方式中，电枢22的纵横比是这样的：电枢22的径向厚度（在图3b 中以T示出）小于其轴向长度（在图3b中以L示出）。电枢22的平均半径被选定成使得 其提供在其与第二离合器构件18之间的选定的力与相对较低的旋转惯性的选定的结合。 致动器24为电枢22提供在第一离合器构件16上的旋转支撑，同时由于其构型以及其构造 的材料而具有相对较低的重量。
[0085] 通过控制该组件的惯性，致动器/电枢组件将对例如由发动机的加速度产生的速 度的突然变化有下降的抵抗力。相反，如果致动器/电枢组件的惯性相对较高，并且第一离 合器构件16经历高的加速度，则致动器/电枢组件的惯性可能会引起在其旋转中的延迟/ 阻滞，使得卷绕弹簧20可以径向地扩张远离支撑表面60 (当其返回时可能会产生噪音）和 /或在卷绕弹簧中产生可能减少其寿命的重复应力和/或有可能不经意地接合第二离合器 构件18从而产生如前面所述的其他问题。
[0086] 由于对电枢22的运动只具有如此小的抵抗力以及由于通电扭矩与卷绕弹簧线圈 44处的扭矩之间的指数关系，电磁单元26的通电可能需要在功率/动力为大约5W至大约 30W的范围中的某处--其中预测的典型的操作范围为大约10W至大约15W之间，以为了产 生以充足的力将电枢22驱动至第二离合器构件18中所需的磁通，从而使线圈44与第二离 合器构件18相接合。
[0087] 同样是关于惯性，应当注意的是，第二离合器构件18由相对薄壁的材料（尽管至 少在一些实施方式中是金属材料）制成，以便减小其惯性。设置于其中的任何减重孔口都 必须被构造成确保其能够将磁通充分地传输至电枢22。
[0088] 参照图3a，在下文中对离合器组件14的操作以及扭矩流动路径进行描述。在离合 器14未接合的情况下，第一离合器构件16旋转，同时第二离合器构件18 (即，滑轮18)保 持静止。第一离合器构件16上的凸耳52(图4c)中的一个驱动卷绕弹簧20的第一端40， 并且因此，卷绕弹簧20与第一离合器构件16 -起旋转。通过致动器24的径向内表面和第 一离合器构件16的径向外表面之间的摩擦接合，位于第一离合器构件16上的致动器24被 驱动从而与第一离合器构件16 -起旋转。
[0089] 电磁体69的通电会将电枢22牵引至与滑轮18相接合。由于滑轮69是静止的， 因此电枢22与滑轮18之间的接合会致使电枢22、进而致使致动器24相对于第一离合器构 件16减速。由于卷绕弹簧20的第二端42与致动器24中的驱动槽66相接合，因此致动器 24的减速会致使卷绕弹簧20的第二端42相对于第一端40角度地移动，该移动进而引起卷 绕弹簧20的径向扩张，一直扩张到线圈44的径向外表面接合滑轮18的径向内表面39为 止。然后，扭矩从卷绕弹簧线圈44传递至内表面39,从而驱动滑轮18。
[0090] 图l-4c所示的实施方式示出了直接安装至发动机12的曲轴10的第一离合器构 件16。应当注意的是，在一些应用中（例如，当没有足够空间时），曲轴10可以具有直接位 于其上的第一滑轮，该第一滑轮通过传动带驱动位于另一轴（即，中间轴）上的第二滑轮。 离合器组件14可以安装在该中间轴上，使得中间轴可以驱动第一离合器构件，以及第一离 合器构件可以选择性地操作性地连接至第二离合器构件。另一传动带或类似物可以从第二 离合器构件运行至待被驱动的附件上的滑轮。
[0091] 如上所述，图1-4C所示的实施方式的优点是，相比于现有技术的某些离合器中使 用的部件，该实施方式操作所需的部件相对较少。相比于已有/现有技术的离合器组件，该 实施方式由较少的部件构成，从而减少了离合器组件14的成本、减少了公差叠加，以及由 于会出故障的部件较少而能够增加可靠性。
[0092] 离合器组件14的操作可以由图1中以88示出的控制器控制。由于只需要如此少 的动力来接合离合器组件14,因此控制器88可以通过以90示出的电导管直接连接电磁体 69 (图3a)，并且控制器88中的M0SFET或类似物可以直接控制经过导线管90的电流。这种 设置/布置比用于已有技术的一些离合器（例如一些摩擦片离合器）的设置便宜得多。这 些离合器需要相当大量的动力来接合，并且需要少一点的动力但仍然是相当大量的动力来 保持接合位置。那些离合器将不能由控制器直接控制，因此会需要将该控制器连接至继电 器，继电器将被连接至电源，该电源具有比控制器通常可以处置的电流更高的电流。然后， 控制器88将会控制该继电器以便控制流向离合器的电流。导线管将会从电流的电源（该电 源根本上是电池）延伸至继电器，然后从继电器延伸至需要其的任何离合器致动机构。因 此，由于操作离合器14只需要低动力，因此允许离合器14直接由控制器88控制，从而不需 要前述继电器，也不需要能够承载高电流的导线管。
[0093] 图l_4c所示的实施方式选择性地从旋转轴（S卩，曲轴10)驱动滑轮（即，第二离 合器构件18)。参照图6a和6b，其示出了一种离合器组件114,该离合器组件114用于将来 自于传动/驱动构件的动力选择性地传送直至附件112的轴110,该传动构件例如是传动 带、正时皮带/带、链条、齿轮或任意其他适当的传动构件（未图示）。
[0094] 现参照图6a和6b，离合器组件114包括都可以围绕轴线A旋转第一离合器构件 116和第二离合器构件118、卷绕弹簧120、电枢122、致动器124和电磁单元126。离合器组 件114可以类似于图1所示的离合器组件14,并且具有类似的优点。
[0095] 离合器组件114可以通过磁通的传输从图7a所示的非接合位置移动至图7b所示 的接合位置，其中，磁通从电磁单兀126传输经过第一离合器构件116、电枢122而返回电磁 单元126中。当离合器组件114处于接合位置中时，其可以被称作是接合的，当其处于非接 合位置中时，其可以被称作是非接合或未接合的。
[0096] 第一离合器构件116被传动构件驱动，该传动构件例如是传动带、正时皮带、链 条、齿轮或任意其他适当的传动构件。该传动构件本身可以由任意适当的装置驱动，例如， 由车辆中的发动机的曲轴驱动。在图6a和6b所示的实施方式中，第一离合器构件116是 滑轮，然而，其可以是某一其他构件，例如是链轮、齿轮或任意其他适当的构件。第一离合器 构件116可以由任意适当的材料制成，例如适当的钢。第一离合器构件116通过一个或更 多个轴承构件128可旋转地支撑在静止构件103上，该静止构件103可被称为电磁单元支 撑构件。在该实施方式中，具有两个轴承构件128,这两个轴承构件128是球轴承，然而，也 可以使用任意其他适当类型的轴承构件。
[0097] 参照图8,其示出了图6a和6b所示的实施方式的微小的变型，该变型使用了相同 的参考/附图标记。电磁单元支撑构件103本身安装至以105示出的附件壳体，以便将电 磁单元126和第一离合器构件116围绕/绕轴线A定位。该安装可以通过以107示出的螺 纹紧固件的方式实现，该螺纹紧固件经过电磁单元支撑构件103并且旋入附件壳体孔109 中。电磁单元支撑构件103还可以被称作离合器壳体，因为其用于容置离合器组件114的 至少一些部件。
[0098] 当离合器114处于接合状态时（图7b)，第二离合器构件118由第一离合器构件 116驱动，当离合器114处于非接合状态时（图7a)，第二离合器构件118可以是空闲的。第 二离合器构件118连接至从动附件112的输入轴110。在所示实施方式中，第二离合器构件 118为轴延伸部的形式。
[0099] 第二离合器构件118以如下方式安装至输入轴110 :第二离合器构件118具有轴 安装部分180,该轴安装部分180的横截面形状/截面形状与附件输入轴110相匹配，并且 该轴安装部分180使第二离合器部分118与附件输入轴110旋转地固定。在所示实施方式 中，轴安装部分180具有花键形的横截面（S卩，其是花键连接的），并且其与输入轴110上的 对应花键互锁。第二离合器构件118还包括输入轴孔181，该输入轴孔181容纳螺纹紧固件 182,该螺纹紧固件182穿过输入轴孔181并且插入位于输入轴110的端部的输入轴孔184， 从而将第二离合器构件118轴向地固定到输入轴110上。
[0100] 为将螺纹紧固件182安装到输入轴110中，安装者使紧固件工具190(例如，六角 扳手/改锥）穿过第一离合器构件116中的孔191而接合螺纹紧固件182,并将螺纹紧固件 182驱动至位于输入轴110端部的孔184中的适当位置。在安装完第一和第二离合器部分 后，可以将帽193插入第一离合器构件116中的孔中，其中位置固定工具186和紧固件工具 190穿入该孔。
[0101] 在图8所示的替代性实施方式中，第二离合器构件118还包括被构造成接合穿过 第一离合器构件116的位置固定工具186 (图8a)的防转元件。当与位置固定工具186相 接合时，位置固定工具186可以被保持静止，以便旋转地固定第二离合器构件118进而旋转 地固定输入轴110。位置固定工具186具有通孔188,该通孔188允许安装者将紧固件工具 190 (例如，六角扳手）通过其穿过以接合螺纹紧固件182 (图8)，并将螺纹紧固件182驱动 至位于输入轴110端部的孔184中的适当位置，同时，安装者保持位置固定工具186静止以 防止在将螺纹紧固件182旋入孔184中时输入轴110的旋转。
[0102] 再次参照图7a和7b，致动器124、电枢122、卷绕弹簧120和承载体148均以类似 于致动器24、电枢22、卷绕弹簧20和承载体48 (图3a和3b)的方式彼此接合，在这个意义 上，电枢122与卷绕弹簧120的第二端142旋转地操作性地相连接（S卩，经由所示实施方式 中的致动器124)，致动器124与电枢122旋转地操作性地相连接，承载体148旋转地操作性 地连接至卷绕弹簧120的第一端140,并且承载体148与第二离合器构件118旋转地操作性 地相连接。
[0103] 然而，存在的一个差异是致动器124、电枢122、卷绕弹簧120和承载体148安装至 第二离合器构件118,因此，当离合器114处于非接合状态时，致动器124、电枢122、卷绕弹 簧120和承载体148是静止的，而致动器24、电枢22、卷绕弹簧20和承载体48安装至第一 离合器构件116,因此，即使当离合器14处于非接合状态时，致动器24、电枢22、卷绕弹簧 20和承载体48也与离合器14 一起旋转。
[0104] 致动器124的一端通过致动器固位体163轴向地保持在就位，其中，该致动器固位 体163固定至第二离合器构件118 (例如，通过压配合），致动器124的另一端由固定至第二 离合器构件118 (例如，通过压配合）的承载体固位体158保持，并且，其还与承载体148相 接合以使它轴向地保持就位。
[0105] 承载体148可以以与图1-4C所示的实施方式中的承载体48与第一离合器构件16 的接合（即，通过凸耳和凸耳槽）相同的方式与第二离合器构件118相接合。致动器124 和电枢122可以以如图2a和2b所示的致动器24和电枢22的接合相同的方式彼此接合。 卷绕弹簧120的第一和第二端可以由承载体148和致动器124以与图l-4c所示的实施方 式中卷绕弹簧20与承载体48和致动器24接合的方式相同的方式接合。
[0106] 电磁单元126类似于电磁单元26 (图3a)，并且包括电磁体169和电磁单元壳体 170。电磁单元壳体通过适当的方式连接至电磁单元支撑构件103 (即，离合器壳体103)，例 如通过紧固件、压配合、铆固等。
[0107] 在该实施方式中，当第一离合器构件116旋转而第二离合器构件118静止时，第一 离合器构件116中的磁通以足够的力轴向地牵引电枢122使之与第一离合器构件116相接 合，以驱动电枢122和卷绕弹簧120的第二端142相对于卷绕弹簧120的第一端140围绕 轴线A旋转，以便使卷绕弹簧120径向地扩张至与第一离合器构件116相接合，从而将第一 离合器构件116操作性地连接至第二离合器构件118。
[0108] 离合器壳体103、第一离合器构件116和轴承构件128形成以192示出的第一离 合器部分的至少一部分。在该示例中，电磁单元126也形成第一离合器部分192的一部分。 第二离合器构件118、电枢122和卷绕弹簧120形成第二离合器部分194的至少一部分。在 该示例中，致动器124和承载体148也形成第二离合器部分194的一部分。应当注意的是， 在第一离合器部分116与第二离合器部分118之间具有径向间隙G。换言之，在使用中，当 卷绕弹簧120未与第一离合器构件116接合时，第一离合器部分192与第二离合器部分194 之间存在径向间隙。
[0109] 因此，在第一和第二离合器部分192和194之间具有可用的一定量的径向游隙。该 径向游隙为离合器组件114提供适应附件壳体105中附件壳体孔109相对于输入轴孔184 的位置中的公差的能力。在附件壳体孔109和/或输入轴孔181相对于彼此处于不适当的 位置的情况下，当离合器组件114安装至附件112时，在其整个圆周上的径向间隙G将不会 具有均一的尺寸。然而，在这种情况下，当电磁单元126被通电时，卷绕式离合器120是柔 性的并且当其接合曲轴转接件116的内表面139时其可以简单地扩张并且采取相对于轴线 A的轻微的偏心。因此，在第一和第二离合器部分192和194之间有些缺乏同轴度的情况 下，离合器组件114也可以操作，并且在其性能上没有本质的变化。在一些附件中，希望的 是在壳体孔105与输入轴孔181的位置中具有大约0. 25mm的公差。离合器组件114可以 简单地适应该公差。
[0110] 凭借该适应未对准或缺乏同轴度的能力，离合器组件114可以作为一个完整的组 件全部一次性安装至附件壳体105和输入轴110。相反，已有技术的一些离合器组件特别 是利用电枢的一些离合器组件是一个部件一个部件或一个分组件一个分组件安装的，并且 每个部件或分组件都是必须用垫片填的，以确保保持某些间隙中的严格的公差，其中，所用 电枢横跨间隙移动以接合或脱离离合器组件。作为整个组件安装同时不需要用垫片填的 这一能力使得离合器组件114相比于已有技术的一些离合器组件相对快速和简单地安装。 此外，在一些实施方式中，优选地涂油脂于离合器组件114的某些内部部件，例如卷绕弹簧 120。因此，有利的是能够从离合器组件制造商的工厂运送已经涂好油脂的离合器组件。这 在图6a和6b所示的实施方式中是能够实现的，因为离合器组件114在安装过程中可以保 持为单件。在一些实施方式中，离合器组件114将根本没有润滑剂。在其他实施方式中，离 合器组件114可以具有石油基润滑剂或更先进的聚合物基润滑剂、聚合物/陶瓷或纳米颗 粒增强润滑剂，而不是油脂型润滑剂。在另一些实施方式中，可以将润滑涂抹应用至第一离 合器构件116的内表面和/或应用至卷绕弹簧120本身。
[0111] 示于图6a和6b中的实施方式可以通过类似于控制器88的控制器来控制，并具有 类似的优点。
[0112] 电枢122可以具有如图7a和7b所示的横截面形状，或者其可以具有某些其他的 横截面形状，例如在图l〇a-10c中示出的用于电枢22的形状中的任一者。
[0113] 解耦器的何括
[0114] 离合器组件14和114可选地包括隔离件、超越离合器或者两者的组合，其被称作 解耦器/断开器。图9示出了集成于离合器组件114中的解耦器200。解耦器200将扭矩 从滑轮202传递至毂204。滑轮202是第一离合器构件116的一部分，并且可以替换滑轮 197(图6a)。滑轮202可以替代性地为齿轮、链轮或任意其他适当的从动构件。在这种情 况下，毂204也是第一离合器构件116的一部分，并且连接至第一离合器构件116的毂部 199(图9和图6a)。在该实施方式中，第一离合器构件116的毂部199(图6a)可以被修改 成具有容纳在毂204的螺纹部分210中的螺纹端212 (图9)，从而将毂部199与毂204结 合在一起。可以提供以214示出的轴承构件/支承构件（该构件为球轴承）和以216示出 的轴承构件/支承构件（该构件为衬套）以将滑轮202相对于毂204定心。因此，图7a和 7b中所示的轴承构件128仍然可以包括在该实施方式中，以将毂199相对于构件103定心。 替代性地，可以提供支撑各种部件的某一其他方式，以便减少所包括的轴承构件的数量。
[0115] 解耦器200包括弹性隔离构件206和单向离合器构件208,在该示例性实施方式 中，该弹性隔离构件206是扭簧/扭转弹簧，以及该单向离合器构件208是卷绕弹簧。由 传动带或类似物（未图示）驱动的滑轮202通过单向离合器构件208和隔离构件206驱 动毂204。隔离构件206可以是扭簧的形式，其向毂204提供对于由滑轮202引发的扭转 振动的一定量的隔离。当滑轮202停止时，卷绕弹簧208允许毂204暂时地超越滑轮202。 代替提供解耦器200,还可以使用任意其他适当的解耦器、隔离件或单向离合器构件，例 如，在专利文件 US6083130、US7153227、US7618337、US7712592、US7207910、US5722909 和 W02011072391A1中示出的结构中的任意一种，所有这些专利均以参引的方式全文并入于 此。替代性地，如果对于具体应用而言被认为是可接受的，则可以使用来自于以下专利和 专利申请中的任何适当的结构：EP01764524A1、US7985150B2、US7708661B2、US7708661 和 US20060240926,所有这些专利均以参引的方式全文并入于此。
[0116] 在所示示例中，解耦器200在上游构件（例如滑轮202)与下游构件（例如毂204) 之间传递扭矩。替代性地，可以只提供介于上游构件（例如滑轮202)和下游构件（例如毂 204)之间的隔离构件206,并且省略单向离合器构件208和相关部件。替代性地，可以只提 供介于上游构件（例如滑轮202)和下游构件（例如毂204)之间的单向离合器构件208,并 且省略隔离构件206和相关部件。
[0117] 虽然解耦器200被示为包括在第一离合器构件116中，应当理解的是解耦器 200 (或者替代性地为单向离合器、无隔离件，或者替代性地为隔离件、无单向离合器）可以 包括在第二离合器构件118中。
[0118] 虽然解耦器200被示为离合器组件114的一部分，但是将解耦器200 (或者只有隔 离构件，或者只有单向离合器构件）引入离合器组件14中是可能的。
[0119] 虽然隔离构件206被示为扭簧，但是应当注意的是，在某些其他实施方式中，该隔 离构件26可以是被夹在滑轮202的第一和第二部分之间的弹性聚合物层（例如由橡胶或 类似物制成）。
[0120] 还应当注意的是，单向离合器不必须是卷绕弹簧式离合器，替代性地，其可以是斜 撑式离合器、滚柱式离合器或任意其他适当类型的单向离合器。
[0121] 参照图11a和11b，图11a和lib是以314示出的离合器组件的另一实施方式的分 解视图。离合器组件314可以类似于离合器组件14(图1)，但是具有数个差异，这些差异将 在下文中进行描述。一般而言，在至少一些实施方式中，离合器组件314被构造成允许在第 一离合器构件316 (可以是示于图1中的安装至曲轴10的曲轴转接件）与第二离合器构件 318 (可以是滑轮）之间传递大量的扭矩，同时，其还包括如下特征，S卩，确保离合器组件314 的接合是受控的（即，除非是希望的否则不会很突然）以及可靠地发生脱离。应当注意的 是，为便于阅读，可以将第一离合器构件316称作曲轴转接件316,可以将第二离合器构件 318称作滑轮318。然而，应当理解的是，在许多情况下这仅为了提高可读性，并且可以使用 任意适当的第一离合器构件和任意适当的第二离合器构件。
[0122] 在功能上类似于离合器组件14的零件的离合器组件314的零件将具有类似的参 考标记（被修改为包括前引' 3'）。因此，离合器组件314包括：曲轴转接件316 ;滑轮318， 该滑轮318由轴承328支撑在第一离合器构件上；固位体358,该固位体358保持承载体 348,该承载体348保持卷绕弹簧320的第一端340 ;电枢322,该电枢322保持卷绕弹簧320 的第二端342 ;致动器324 ;电磁单元326,该电磁单元326包括电磁体369和保持该电磁体 369的电磁单兀壳体370 ;以及控制系统388。在所不实施方式中，第一离合器构件316是 安装至曲轴10并被曲轴10驱动的曲轴转接件（图2a)。然而，对于第二滑轮（类似于图1 所示的实施方式中的滑轮34,在图11a和lib中未示出），这种滑轮可以是可选地设置。
[0123] 如同图1所示的离合器组件14,电磁体369的通电致使电枢322接合滑轮318。由 于电枢322保持卷绕弹簧320的第二端342,电枢322与滑轮318之间的这种接合引起电 枢322与曲轴转接件316之间的相位角的转移/偏移，该转移引起卷绕弹簧320径向地扩 张并且接合第二离合器构件318,从而使曲轴转接件316接合第二离合器构件318。电磁体 369的断电致使卷绕弹簧320径向地收缩远离/离开滑轮318,以便使曲轴转接件316从第 二离合器构件318脱离。
[0124] 复位弹箸在电枢h的俥用
[0125] 电枢322设有复位弹簧以在电磁体369断电时使电枢322远离滑轮318。
[0126] 如同图3a和3b所示的电枢22,电枢322 (图11c)可在第一位置与第二位置之间 移动，其中，在第一位置处，电枢322脱离滑轮318,在第二位置处，电枢322被经过滑轮318 本身的磁回路牵引至与滑轮318相接合。然而，电枢322的特征在于其被电枢偏压构件365a 朝向第一位置偏压，例如，该电枢偏压构件365a可以是片簧。该电枢偏压构件365a优选被 构造成当电磁体369断电之后在电枢322上施加相对较小（例如，10N)的力来牵引电枢322 远离滑轮322。因此，阻止了电枢322在电磁体369断电后继续保持与滑轮318相接触，其 中，继续保持接触状态是因为滑轮318和电枢322中残余的磁力和/或因为两者之间可能 存在的油脂而引起的粘着。通过除去这种接触，可以避免这种接触所导致的电枢322的过 早磨损。
[0127] 在使用离合器组件314的过程中，可以使电磁体369周期性地通电，以使用脉冲 宽度调制来控制电枢322,其将在下文中进一步描述。根据通电的频率，会将谐波传至片簧 365a，以迫使其产生振动。为阻止该振动，在片簧365a的后面（S卩，在图11c所示示图中的 片簧365a的左侧）是刚性垫板365b，该刚性垫板365b抵接片簧320以限制片簧320的移 动，从而有助于在片簧365a振动的时候使其稳定。
[0128] 电枢322通过多个铆钉323连接至片簧389,其中，多个铆钉323穿过电枢322上 的突耳325 (在图11a和lib中更清晰地示出）。图11c所示的铆钉323被示为在张开其开 口端之前延伸穿过突耳325和片簧365a以及垫板365b以形成蘑菇状头。
[0129] 继续参照图11c，片簧365a和垫板365b被安装至致动器324。这种安装可以通过 机械紧固件359 (例如，铆钉）（图1 la)实现，其中，该机械紧固件359穿过致动器324并进 一步穿过片簧365a上的孔367a和垫板365b上的孔367b。
[0130] 再次参照图11c，致动器324可以由（优选非磁性的）诸如铝的金属制成。衬套 371可以由任意适当的材料制成，诸如由美国新泽西州的GGB North America LLC提供的 DU?,衬套371安装于致动器324,并且允许致动器324可旋转地安装至曲轴转接件316。 致动器324具有位于其中的槽366,该槽366保持卷绕弹簧320的第二端342。在图l-4c所 示的实施方式中，当电枢322被牵引至与滑轮318相接合时，接合产生的摩擦使得电枢322 相对于曲轴转接件316变慢，由此使得致动器324相对于曲轴转接件316变慢。因此，卷绕 弹簧320的第二端342相对于第一端340沿某一方向旋转一定量，致使卷绕弹簧320径向 扩张至与滑轮318的以339示出的内表面相接合。可以看出，滑轮318的内表面是套筒412 的内表面。
[0131] 如图11c所示，致动器324可以包括'抛环' 329,该'抛环' 329是朝向滑轮318的 壁径向向外延伸的唇部。抛环329的作用为依靠致动器324的旋转离心地径向向外抛掷碎 屑，如果在使用过程中这些碎屑会聚集在离合器组件314中的话。通过将抛环的以329a示 出的远端定位在接近滑轮318的壁的位置而使抛环起到粗略密封的作用，以便阻止碎屑进 入离合器组件314中卷绕弹簧320所在的区域中。
[0132] 在曲轴转接件316上设有致动器固位体363,用于防止致动器324从滑轮318移 开。致动器固位体363可以是压配合或焊接或者以另外方式结合至曲轴转接件316的分离 型圈。致动器固位体363充当推力轴承，用于在使用离合器组件314的过程中支撑致动器 324。衬套371可以是L形的，以便具有在致动器324相对于致动器固位体363和曲轴转接 件316旋转时在致动器324和致动器固位体363之间用来减小两者之间的摩擦的部分。除 了提供致动器固位体363来限制致动器324离滑轮318的最大距离之外，致动器324可另 外被允许沿着曲轴转接件316稍微地轴向浮动一小段距离。
[0133] 卷绕弹簧320可以设有相对大量的线圈344(也可称为多匝线圈），以便允许将相 对大量的扭矩通过卷绕弹簧320传递至滑轮322。然而，一般来说，随着卷绕弹簧上的线圈 数量的增加，卷绕弹簧与从动部件（在该情况下为滑轮318)之间接合的突发性也增加。因 此，通常要限制卷绕弹簧上的线圈数量以控制将被传递至滑轮318的动态扭矩，从而控制 由各种部件引发的应力。然而，可取的是在需要离合器组件来应对高扭矩的应用中提供大 量的线圈。然而，替代性地，也可以将具有相对少量线圈的卷绕弹簧320用在离合器组件 314中。例如，卷绕弹簧320可以具有三个线圈，在一些实施方式中甚至更少。
[0134] 离合器组件314具有设有大量线圈344的卷绕弹簧320以便允许高扭矩的传递， 但是其还包括允许控制卷绕弹簧320与滑轮318接合的突发性的结构。
[0135] 传感器和PCB在电磁体壳体中的#用
[0136] 现参照图19a和19b，由提供经过滑轮318本身的磁回路而引起的离合器组件314 的低功率需求允许离合器组件314设有控制系统388。控制系统388用于在操作过程中 控制卷绕弹簧320与滑轮318的接合速度，还用于控制可以经过卷绕弹簧320传递至滑轮 318的扭矩的量。控制系统388包括PCB--具有处理器和存储器、传感器和驱动器，从而 只需要至车辆的数据总线的连接（在一些实施方式中，数据通过有线连接被传送至控制系 统388或从控制系统388输出）以及至车辆电池（未图示）的动力/功率连接。然而，在 一些实施方式中，数据可以通过任意适当的无线协议（诸如Zigbee)无线地传送至控制系 统388或从控制系统388输出。并且，在一些实施方式中，控制系统可以被容置在用于电磁 体369的以370示出的壳体中。存在用于控制系统的空间，这部分地因为相比于用在一些 需要较多动力来操作的典型离合器上的电磁体而言，电磁体369的尺寸能够是小的，以及 部分地因为在某种程度上可以对电磁体壳体370的尺寸（具体为轴向长度）进行规定以便 提供与滑轮320的一定量的轴向交叠。电磁体369的较小的尺寸是可实现的，因为离合器 组件314中的磁回路的效率高于已有技术的一些离合器组件中的磁回路的效率。例如，在 一些离合器组件中，磁通从电磁体、越过间隙行进至滑轮，再越过滑轮（轴向地）、越过另一 间隙到达摩擦板/片，然后径向地越过摩擦板，返回越过第二间隙而再次到达滑轮，然后返 回越过第一间隙到达电磁体。较多的气隙使得必须使用相对较大的电磁体。此外，一些较 短的磁通回路径向地通过滑轮然后返回至电磁体中，不再到达摩擦片，这也使得必须用大 的电磁体以补偿损失的功率。通过对比，离合器组件314磁回路（以及本文所描述的其他 离合器组件）具有在电磁体壳体370与滑轮之间的间隙，该间隙从滑轮320到达电枢322， 然后从电枢322返回至壳体370中，从而减少了必须要越过的气隙的数量。因此，可以使用 较小的电磁体来驱动磁回路，以及在壳体370的内侧提供用于PCB 391和控制系统388的 其他部件的空间。
[0137] 以这种方式设置控制系统388允许离合器组件314更有可能能够并入使用用于车 辆的现有E⑶的车辆中。而且，该设置保持离合器组件314相对紧凑。
[0138] 离合器组件314的电枢322和滑轮318分别具有位于其上的多个齿322a和318a。 两个霍耳效应传感器389 (-个传感器389a以及一个传感器389b)分别检测齿322a和318a 的通过。控制系统388包括PCB (印刷电路板）391，该PCB 391包括处理器393、存储器395 和驱动器397--用于向电磁体369提供电流。处理器393从传感器389a和389b接收信 号，特别地，可以判定滑轮318与电枢322的速度和加速度，以及曲轴转接件316与电枢322 之间的相位角。通过使用该数据，控制系统388可以控制卷绕弹簧320的扩张，从而控制卷 绕弹簧320与滑轮318的内表面339之间的接合力。应当理解的是，电枢322与致动器旋 转地连接，因此致动器324和电枢322具有相同的旋转速度、加速度和相位角。
[0139] 如同所示和所描述的其他实施方式，通过产生经过电枢322、电磁体壳体370和 滑轮318的磁环/回路，使得所需的动力相对较小。这允许使用相对低功率/动力的驱动 器（即，驱动器397)，进而有助于将驱动器397直接安装到PCB 391上，并且如上文针对图 l-4c所示的实施方式所描述地消除额外继电器的需要。此外，传感器389a和389b可以全 部直接安装在PCB 391上。将PCB 391、处理器393和存储器395提供为离合器组件314 - 部分--其中驱动器397与传感器389a和389b直接安装在PCB 391上，这消除了所有的布 线（以及相关的电连接），否则如果这些部件相距较远的话，需要在这些部件之间布线。通 过消除传感器389a和389b与PCB 391之间的布线，消除了外部噪音干扰PCB 391的传感 器信号的可能性。此外，由不良的电连接引起的弱信号传输的可能性也大大降低，因为PCB 391之间各单个电连接的数量低于用于远程定位控制单元的电连接的数量。另外，通过提供 驱动器397以及控制系统388与离合器组件314的安置，每个控制系统388都可以具体地校 准以便与构成特定离合器组件314的一部分的部件一起使用。通过对比，对于某些其他离 合器组件，驱动器和控制系统是用于发动机的ECU的一部分，因此与离合器组件本身相分 离。因此，在车辆组装过程中，如果发现发动机ECU是有缺陷的，完全有可能需要更换发动 机E⑶，在这种情况下，在安装完新的E⑶之后可能需要重新返工进行校准。通过使控制系 统388与离合器组件314直接安装在一起，可以进行校准，并且如果需要换出发动机ECU的 话，不会影响控制系统388的校准。除上述之外，消除了当用电线连接两个远程部件时必需 的电连接，这消除了许多潜在的失效来源，因为每个连接都代表着一个在使用（或不良制 作）过程中会断开的潜在的薄弱点。另一优点在于，一些制造商制造一系列的具有不同单 元的发动机，这些不同单元具有不同的性能水平。例如，某一发动机系列可能包括缺少增压 器的型号以及包括增压器的型号。发动机ECU通常不会变化超出该发动机系列。如果发动 机ECU也容置用于离合器组件的驱动器和其他部件，则其通常被制造商提供用于所有的发 动机型号，这些信号包括缺少增压器的那些，从而导致额外的成本而没有益处。相比之下， 通过将控制系统388与离合器组件设置在一起，离合器组件314是设施独立的，并且驱动器 和控制系统部件只需要设置在包括增压器的发动机上。
[0140] 由于电磁体369的低功率需求，驱动器397可以从车辆的电池（未图示）汲取相 对很少的功率。相对少的功耗导致相对少的驱动器397的产热。此外，与用在一些离合器 组件（例如一些摩擦片离合器组件）的较大电磁体相比，电磁体369本身也产生相对较少 的热。例如，一些离合器组件的电流消耗为4Amp与5Amp之间。相比之下，离合器组件314 的一些实施方式上的电流消耗可能大约为lAmp。假设使用了相同的电源（车辆电池），在 一些实施方式中，离合器组件314消耗的功率明显低于某些其他离合器组件。由于与其他 离合器组件所需的较高功率电磁体相比电磁体369的尺寸减小，以及由于电磁体369和驱 动器397的产热都减少，因此，有可能将控制系统388定位在电磁体壳体370内而不会在壳 体370中产生过度大量的热。通过比较，在一些其他离合器组件中，即使在电磁体壳体中有 空间储存控制系统，但是将会产生的这么多的热量会导致一些控制系统部件的操作寿命的 减少。如图19a和19b所示，PCB 391定位在电磁体壳体370中。通过将控制系统388 (特 别是PCB 391)定位在壳体370内，保护其免受机械损伤以及针对元件对其进行保护而在某 些程度上不需要为其提供独立的专用外壳。这样减少了其相关的成本并且减少了由离合器 组件14占据的空间的量。
[0141] 虽然被示为将控制系统388容置在电磁体壳体370中，应当理解的是，在一些实施 方式中，控制系统388可以被容置在单独的、专用的壳体中。
[0142] 除上面提到的部件以外，PCB 391可以具有位于其上的电压监测单元381、CAN消 息转换器/转送器383、PWM模块385和电流监测单元387。CAN消息转换器383用于从车 辆的CAN总线399接收消息以及将消息传送至车辆的CAN总线399。PWM模块385用于产 生传送至驱动器397的PWM信号，以控制传送至电磁体369的电流。
[0143] 虽然CAN消息转换器383被示为具有通向图13中的车辆CAN总线的有线连接，应 当注意的是，如上文所提到的，有可能提供无线通信装置而非有线CAN消息转换器383。
[0144] 代替CAN消息转换器，可以使用被构造成在不同类型的网络（例如LIN)上通信的 模拟装置
[0145] 控制系统388可以包括适当的附加部件以通过受控方式协助电磁体369的断电， 例如，该附加部件是齐纳二极管和/或其他二极管，如图13所示。
[0146] 控制算法
[0147] 控制系统388所用的控制算法在图14a中以框图示出，该图示出了对算法的不同 部分的输入和输出，该控制算法在图14b中以流程图示出，以显示在执行该算法使采用的 方法步骤。该算法还可以被称作方法。参照图14b，该方法以600示出，并且在602处开始。 在步骤604处，控制系统388通过以399示出的车辆的数据总线（例如，CAN总线）从发动 机ECU (未图示）接收关于是否接合离合器314的指令。在步骤606处，检验/检查选定的 参数，这些参数涉及发动机的状态、滑轮318的速度、车辆的电池（未图示）的电压以及任 意其他适当的参数。在步骤608处，控制系统388基于检查的参数判定是否可以接合离合 器314。例如，如果电池没有足够的电荷来维持电磁体369足够长时间的所需电流，那么处 理器383可以判定为不可以接合离合器。如果判定结果是"否"，那么在步骤610处，控制系 统388向发动机ECU (未图不）报告离合器314将不会接合。
[0148] 基于一组选定的参数，当有需要时，控制系统388所用的控制算法允许卷绕弹簧 320与滑轮318快速或缓慢地接合。来自于发动机ECU的指令还可以指定是需要快速接合 还是缓慢接合。该控制算法引入闭环反馈以便允许对卷绕弹簧320的接合的控制。这种反 馈可以由专用传感器提供或由来自于车辆中原先存在的传感器的数据提供、通过车辆的数 据总线接收。
[0149] 在一些情况下（在图12a中示出），控制系统388可以提供用于卷绕弹簧320和滑 轮318之间接合的相对较快的提升时间，以及在一些情况下（在图12b中示出），可以提供 用于接合的相对较长的提升时间。
[0150] 一般而言，供应至电磁体369的电流导致电枢322与滑轮318之间的电磁力，从 而控制电枢322与滑轮318之间的接合力--该接合力与施加在电枢322与滑轮318之间 的扭矩成比例（通过其相互面对的表面之间的摩擦接合，该相对的表面分别以图11c中的 382和380示出）。所施加的扭矩使得电枢322相对于曲轴转接件316减速。由于卷绕弹 簧320的第二端342被致动器324捕获/卡住，因此电枢322的减速导致卷绕弹簧320的 径向扩张。这通过卷绕弹簧320的回复力抵抗，该回复力偏压卷绕弹簧320使之朝向未扩 张的状态返回。随着卷绕弹簧320的扩张，回复力增大。因此，从任意给定位置施加至卷 绕弹簧320的扭矩的增大都会引起扩张量的增大，直到回复力产生的抵抗扭矩等于施加于 卷绕弹簧320的扭矩为止。基于上文，可见电枢322与滑轮318之间的接合力与卷绕弹簧 320的扩张量成比例。此外，由于施加至电磁体369的电流与接合力成比例，于是可以理解 的是，电流与卷绕弹簧320的扩张量成比例。还应当注意的是卷绕弹簧320的扩张量决定 了第一端340和第二端342之间的角位移（也被称作相位角）。因此，通过控制流向卷绕弹 簧320的电流，可以控制卷绕弹簧320的第一和第二端342之间的相位角以及可以控制卷 绕弹簧320的扩张量。
[0151] 在图14a和14b中示出了控制算法600,该控制算法600具有三个操作/运算阶 段。在阶段1中，控制流向电磁体369的电流以便使致动器324和电枢322到达相对于曲 轴转接件316的选定的相对角位移或相位角。该选定的相位角可以通过设定点SP1表示， 其可以是储存在存储器395中的数值/值。SP1可以是选定的相位角，在该角度处卷绕弹簧 320扩张为恰好足以接合滑轮318的内表面。在一些实施方式中，SP1可以是储存在存储器 395中的固定值。在步骤612处（图14b)，获得用于致动器速度和曲轴速度的数值，使用这 些数值判定真实的相位角。当卷绕弹簧320达到选定的相位角SP1时，卷绕弹簧320的线 圈与滑轮318之间的摩擦进而扭矩传递都较低。在一些情况下，SP1可以处于大约30度至 大约50度的范围内的某处。一般而言，卷绕弹簧越长（即具有越多的线圈），用于引起其扩 张选定量所需的相位角将越大。如图14b所示，达到设定点1的过程通过包括步骤614、616 和618的回路实现。在步骤614处，控制系统388(图11c)检验是否已经达到设定点SP1。 如果还没有达到设定点SP1，那么执行步骤616 (图14b)，在步骤616中，控制系统388 (图 11c)产生用于传送至电磁体369的电流的新数值。在步骤618处（图14b)，将被传送至电 磁体369(图11c)的电流朝向新数值进行调节。然后将控制送回至步骤614(图14b)，在 步骤614处，控制系统388检验致动器324 (图11c)的真实的相位角是否等于设定点数值 SP1。如果判定为相位角确实等于SP1的数值，那么控制系统388将控制传送至步骤620 (图 14b)，在该步骤处，算法600的阶段2开始。
[0152] 在步骤616处，使用PID控制方程。用于PID控制方程的反馈可以通过致动器 324(图11c)与曲轴转接件316之间的速度差的积分来提供，该速度差可以被理解为指示 电枢322和曲轴转接件316之间的相位角。由于曲轴转接件316被安装在曲轴10上（图 2a)，因此，曲轴的速度等于曲轴转接件的速度。该速度可以通过任意适当的方式获得，例如 通过与车辆上现有的控制器经由车辆的CAN总线399 (图13)相通信。将由步骤616 (图 14b)产生的电流的数值传送至PWM模块385 (图13)，PWM模块385输出脉冲宽度调制信号 至驱动器397,驱动器397进而基于来自于PWM模块385的信号控制流向电磁体369的电 流。一旦达到选定的相位角SP1，则执行算法的阶段2。
[0153] 在算法的阶段2中，卷绕弹簧320 (图11c)的扩张以受控的方式增加，以控制滑轮 318的加速度。在该阶段，可以采用另一 PID方程（或替代性地，采用任意其他控制方程）。 用于该控制例程的设定点由SP2表示，并且是加速度数值。通过判定滑轮318的真实的加 速度以及将其与设定点SP2相对比来提供用于该控制例程的反馈。通过使用霍耳效应传感 器389b (图9b)来测量滑轮318的速度以及通过采用所测量的速度的导数可以判定真实的 加速度。一旦选定量的扭矩由卷绕弹簧320(图11c)传递至滑轮318,该算法可以进入阶段 3。通过控制电枢322和曲轴转接件316之间的相位角仍然可以控制卷绕弹簧320的扩张， 因此，在阶段2期间，该相位角对于算法而言也是输入。换言之，在阶段2中，控制系统388 控制电枢322和曲轴转接件316之间的相位角，以实现用于滑轮318的选定加速度。该设 定点SP2最终可以通过如下方法得出，即接收来自于发动机ECU (未图示）的扭矩值，然后 使用该扭矩值从储存在存储器395中的查阅表找到设定点SP2。执行算法的阶段2, 一直到 滑轮318达到发动机的速度为止（即，一直到曲轴转接件316与滑轮318具有相同的速度 为止）。一旦控制系统判定滑轮速度匹配发动机速度，则执行算法的阶段3。
[0154] 参照图14b，阶段2包括包括步骤620、622和624的回路/循环。在步骤620处， 判定滑轮速度是否匹配曲轴速度。如果不匹配的话，则执行步骤622,其中，应用控制方程 (例如，PID控制方程）来提供用于流向电磁体369(图11c)的电流的新数值，以便朝向设 定点SP2调节滑轮318的加速度。在步骤624 (图14b)处，将传送至电磁体369 (图11c) 的电流朝向新数值进行调节。然后将控制送回至步骤620(图14b)，其中控制系统388(图 11c)检验滑轮速度是否匹配/等于曲轴速度。如果判定为滑轮速度匹配曲轴速度，则控制 系统388将控制传送至步骤626 (图14b)，在该处算法600的阶段3开始。
[0155] 在算法的阶段3中，控制系统388维持在阶段2的最后获得的保持转矩，以便防 止卷绕弹簧320与滑轮318之间的滑移。在该阶段中，控制系统388获得滑轮318与曲轴 10 (图2a)的速度，并且将两个速度进行对比以判定在滑轮318与曲轴10之间是否发生任 何滑移，这可以代表卷绕弹簧320与滑轮318之间的滑移。如果检测到滑移，则控制系统 388会增加流向电磁体369的电流，以增大卷绕弹簧320的扩张，从而增大滑轮318上卷绕 弹簧320之间的接合力，以便增大传递至滑轮318的扭矩的量而没有滑移。替代性地，如果 没有检测到滑移，则控制系统388使电流减小一定量，同时继续判定是否有滑移。通过这 种方式，控制系统388动态地调节传送至电磁体369的电流，以将电流保持在相对较低的水 平，同时确保满足离合器组件314所需的扭矩。该算法操作的三个阶段在图12a和12b中 示出（以阶段1、阶段2和阶段3示出）。在这两个图中，对输入速度和输出速度的参考的 目的分别在于指代曲轴的速度和滑轮318的速度。
[0156] 参照图14b，阶段3包括包含步骤626、628、630和632的回路。在步骤626处，判 定滑轮（图11c)和曲轴10 (图1)之间的滑移量。在步骤628处，判定所判定的滑移数值 是否构成滑移（即，判定该数值是否是非零的）。如果该数值是非零的，则执行步骤630,在 该步骤中，应用控制方程（例如，PID控制方程）来提供用于流向电磁体369(图11c)的电 流的新数值，以调节卷绕弹簧320和滑轮318之间的接合力，以便将滑移量朝向零减小。在 步骤632处（图14b)，将被传送至电磁体369(图11c)的电流朝向新数值调节。然后将控 制送回至步骤626 (图14b)，其中控制系统388 (图11c)检验是否发生任何滑移。如果判 定为没有滑移（即，滑轮速度匹配曲轴速度），则在步骤628 (图14b)处将控制传送至步骤 626(图14b)。阶段3中的操作继续进行，直到电磁体369(图11c)断电为止。
[0157] 因此，通过提供上述算法600,可以将离合器组件314构造成允许将高扭矩传递 至滑轮，同时仍然允许在如下情形中对由组件314的部件引发的应力和动态扭矩进行限 制--即在这种限制是有益的情形中，以及，还在如下情形中允许滑轮318的非常短的提升 时间--即在需要短的提升时间的情形中。例如，在传递动作的过程中可能希望有短的提 升时间，在该过程中，滑轮318被用于驱动传动带，传动带最后驱动增压器，从而将功率快 速提供至车辆。在不需要很短的提升时间以及短的提升时间会产生不被接受的高水平噪音 或诸如高应力的其他问题的情况下，可希望有长的提升时间。
[0158] 应当注意的是，上述算法的使用不局限于具有包含许多线圈的卷绕弹簧的离合器 组件，也不局限于将磁环驱动通过滑轮的主体的离合器。其适用于结合有卷绕弹簧的其他 类型的离合器。
[0159] 还应当注意的是，该算法不需要包括全部的三个阶段。例如，该算法可以以阶段 2开始，由此，控制系统388持续控制流向电磁体369的电流，直到实现选定的加速度为止 (即，直到加速度达到SP2)。在这种情形下，可具有简单的初始时期，在该时期期间，控制系 统388将使电流传送至电磁体，但是不会引起滑轮318中的加速度。控制系统388可以以 一些适当的方式对其进行补偿，例如，通过将阶段2的应用延迟一定时期的时间，以给予电 枢322时间来接近滑轮318。虽然被描述为可以有效地省略阶段1，但是应当注意的是，该 算法可以包含这三个阶段中的任意一个或任意两个，而不取决于是否包括其他阶段。但是， 优选为包括所有的三个阶段。
[0160] 虽然描述了两个速度传感器389a和389b，但是应当注意的是，即使省略传感器 389a和389b中的一个或两个，仍可以执行上述算法的阶段中的至少一个，以及在一些情况 下可以执行所有的阶段。例如，通过只使用滑轮速度传感器389b (即，没有电枢速度传感 器），可以执行阶段2。例如，控制系统388可以使用滑轮速度传感器389b来判定滑轮加速 度，以及控制流向电磁体369的电流来实现选定的加速度。然后，控制系统388可以将滑轮 速度与曲轴速度作比较，以及当两个速度匹配时停止阶段2。替代性地，如果将速度传感器 设置在从动附件（例如，增压器）上，则可以使用速度传感器根据滑轮318与附件传动滑轮 的尺寸比来判定滑轮318的速度。因此，阶段2可以在没有传感器389a和389b中的任何 一者的情况下执行。
[0161] 高相矩能力的枢转承载体
[0162] 离合器组件300的另一特征在于承载体348及其与固位体358的接合允许在这两 个部件不发生变形的情况下传递高扭矩，以及相对于典型的承载体而言，能够减小这些部 件中的应力。为实现这些优势，在至少一些实施方式中，承载体348可以相对于固位体358 枢转。
[0163] 在图15a和15b中更清晰地示出了承载体348。承载体348可以由金属材料制成， 例如，诸如1045碳钢或4340合金钢的适当的钢，然而，其他材料也可以取得预期效果。
[0164] 所述承载体348包括用于容纳卷绕弹簧320的第一端340的弹簧容纳槽402,使 得卷绕弹簧320的螺旋端面405接合位于槽402的端部处的驱动壁406。卷绕弹簧320的 第一端340(以及槽402)可以具有诸如弓形形状的适当的形状。卷绕弹簧的第一端340可 以被压配合至槽402中，使得在第一端340和槽402之间有足够的摩擦，以防止在滑轮318 超越曲轴10的瞬间过程中，第一端340从与驱动壁406的接合中移出。卷绕弹簧的第一端 340可以替代性地被焊接至槽402。
[0165] 承载体348被定位在固位体358中的开口 409中。承载体348在第一端411处具 有扭矩传递表面407,该扭矩传递表面407与固位体358上的扭矩传递表面408 (该扭矩传 递表面408位于开口 409中的第一端处）相接合。在其他实施方式中，可以将固位体358 压配合到曲轴转接件316上，以便使其与曲轴转接件316共同旋转。由于该设置/布置，来 自于曲轴转接件316的扭矩经由扭矩传递表面407和408传递至承载体348,以及从承载体 348经由驱动壁406与卷绕弹簧320的螺旋端面405的接合而传递至卷绕弹簧320。这种 布置不同于图4b和4c所示的布置，在图4b和4c所示的布置中，第一离合器构件16上的 凸耳52直接接合卷绕弹簧20的螺旋端面20a。相比于凸耳52 (图4c)与凸耳52所接合的 卷绕弹簧20的以20a (图4a)示出的螺旋端面之间的接触表面面积，扭矩传递表面407和 408 (图16)彼此之间具有较大的接触表面面积。较大的表面面积允许固位体358将大量的 扭矩传递至卷绕弹簧320中，而不会有卷绕弹簧320的螺旋端面405对固位体358的产生 损害的风险。然而，承载体348与卷绕弹簧320的螺旋端面405之间的接触表面面积可以 类似于凸耳52 (图4c)与卷绕弹簧20的端面之间的接触表面面积（以及小于表面407与 408之间的接触表面面积），承载体348可以由适当强固的材料制成，以避免在扭矩传递的 过程中的变形，相比于用类似材料形成整个固位体358,这样是相对便宜的。
[0166] 如在图16、17、18a和18b中可见的，表面407与408可以是弓形的，以便允许承载 体348相对于固位体358的枢转。当卷绕弹簧320径向地收缩时，承载体348可以具有相 对于固位体358的第一取向，如图18a所示。当卷绕弹簧320径向地扩张以便接合滑轮318 的径向内表面339时，承载体348可以径向向外地枢转至相对于固位体358的第二取向，如 图18b所示。可以看出，通过允许承载体348的枢转，卷绕弹簧320只有相对较小的长度没 有支撑在承载体348与滑轮318的表面之间。该长度以LU示出。该未被支撑的长度LU小 于假如承载体348被固定在某一位置并且不能够枢转的情况下可能未被支撑的长度。通过 提供卷绕弹簧的相对较小的未被支撑的长度，可以使卷绕弹簧320能够传送相对较大的扭 矩而不会屈曲。
[0167] 此外，应当注意的是，在使用过程中，由固位体358施加在卷绕弹簧320的端面405 上的扭矩不是精确地以与作用于卷绕弹簧320与滑轮318之间的扭矩的情况相同的半径作 用，其径向地作用在卷绕弹簧线圈的外表面上。如果承载体348是固定的（即，非枢转的） 承载体并且保持在图17a所示的位置中，则在卷绕弹簧320离开槽402并且向外朝向滑轮 318的内表面339延伸的情况下，保持卷绕弹簧320的槽402的外部拐角（以418示出）会 撞击（以及，因此加压）在卷绕弹簧320上。因此，会在卷绕弹簧320的第一端340上引发 应力，其中，在该第一端340处，卷绕弹簧320围绕外部拐角418弯曲。随着卷绕弹簧重复 地停止和开始将扭矩从曲轴10传递至滑轮318,这样的应力会是周期性的，从而增加使卷 绕弹簧320的第一端340疲劳的风险。通过允许承载体348枢转，承载体348可以枢转，使 得槽402的拐角418移动到第一端340的路径之外，以允许第一端340朝向扩大的直径径 向向外地延伸，而不会撞击在承载体348上。虽然在一些实施方式中可能优选地提供枢转 的承载体348,但是，应当注意的是，在一些实施方式中，在由卷绕弹簧320引发的应力不会 导致不被接受的较短的使用寿命的情况下，也可以使用固定的承载体。
[0168] 因此，承载体348的枢转能力允许由离合器组件314传递更大的扭矩。扭矩传递表 面407例如可以是凸形的--一般为部分圆柱形的表面，固位体358上的互补的扭矩传递 表面408例如可以是凹形的--一般为部分圆柱形的表面，然而，也可以将其他形状应用于 表面407和408。提供弓形的以及优选为部分圆柱形的扭矩传递表面确保了在固位体358 与承载体348之间传送的力被越过相对较大的表面面积进行传送，即使当承载体348沿不 同取向枢转时也是如此。
[0169] 当电磁体369断电而使得卷绕弹簧320径向地远离滑轮318的内表面339收缩时， 承载体348的第二端（以422示出）处的引导表面420接合开口 409的第二端处的引导表 面424,使得这些表面将力施加于彼此上。引导表面424的形状被选定成使得其驱动承载体 348的第二端411径向向内旋转，从而使卷绕弹簧320的端部344远离滑轮318的内表面 339。换言之，承载体348的第二端422处的引导表面420与开口 409的第二端处的引导表 面424相配合，以引起承载体348的径向向内的旋转而使卷绕弹簧320的端部344远离滑 轮318的内表面339。因此，这些表面420和424有助于在希望这种收缩的时候引起卷绕弹 簧320的径向收缩
[0170] 应当注意的是，金属承载体348及其与固位体358的枢转的布置可以适用于其他 离合器组件。例如，承载体348和枢转布置可以用在离合器组件上--其中磁回路不会穿 过滑轮本身，例如在美国专利
【发明者】安德鲁·马尔科姆·博耶斯, 贾森·德苏扎-科埃略, 兹比斯洛·斯塔尼耶维奇, 巴沙尔·亚济吉 申请人:利滕斯汽车合伙公司