電磁單向耦合器的制造方法
【專利摘要】單向耦合器，包括具有凸輪的凸輪盤，具有凹口的凹口盤，楔塊，每個楔塊位于其中一個凹口中，以及用于將其中一個楔塊與其中一個凸輪接合的電磁體，電磁體包括線圈、芯和從線圈向所述楔塊延伸的磁極、磁極和凹口盤之間的間隙，磁極和凹口盤之間的間隙超過磁極和所述楔塊之間的間隙。
【專利說明】電磁單向耦合器【技術領域】
[0001]本發(fā)明總體涉及接合和解離狀態(tài)可選擇性控制的超越單向耦合器，例如制動器或
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【背景技術】
[0002]自動變速器使用液壓驅動的離合器和制動器來控制功率流和建立操縱機構。單向離合器在一個方向上承載扭矩而在相反方向超越?？蛇x的單向離合器可以在兩個方向上超越，可以在順時針方向、逆時針方向或兩個方向鎖住。電磁離合器使用電磁而不是液壓、連桿機構或離心力來驅動鎖定元件或楔塊。
[0003]單向離合器典型地包括兩個座圈和鎖定元件，有時稱作楔塊(strut)或搖塊(rocker)。鎖定元件或楔塊是可移動的組件，將會楔入座圈之間并在一個方向上傳遞扭矩。當扭矩逆轉時，鎖定元件將“擠進”鎖定的位置或旋轉出鎖定的位置。一個座圈(凹口盤)容納鎖定元件并可以是旋轉的或固定的。另一個座圈(凸輪盤)具有與鎖定元件相互作用并傳遞扭矩的特征。該座圈也可以是旋轉的或固定的。
[0004]在電磁單向離合器中，通過使用電磁控制鎖定元件。當電流施加給螺旋導體時，向電磁體供能以接合或解離鎖定元件。
[0005]為了正常運行，電磁單向離合器要求在鎖定元件和磁極之間有間隙來產(chǎn)生必要的力驅動鎖定元件或搖塊 。當線圈被充電時，搖塊必須旋轉特定的距離以改變接合狀態(tài)。該旋轉閉合了搖塊和線圈磁極之間的間隙。因此磁極和搖塊之間的間隙在充電之前最大。為了使線圈的尺寸最小，控制該間隙是有益的。
[0006]經(jīng)常使用不導磁的材料預防磁漏，如果過多的磁通量從座圈泄露而不是跳過間隙到達搖塊，產(chǎn)生的力的大小可能不足以移動該搖塊。
[0007]需要將電磁離合器的線圈盡可能設置在與鎖定元件接近的地方。然而，這樣做迫使線圈處于承載最大的力和偏轉的座圈的區(qū)域內(nèi)，從而存在損壞線圈的風險。然而將線圈移向更安全的位置會損及磁通量的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]一種單向耦合器，包括具有凸輪的凸輪盤，具有凹口的凹口盤，楔塊，每個楔塊位于其中一個凹口中，以及用于將其中一個楔塊與其中一個凸輪接合的電磁體，其包括線圈、芯和從線圈向所述楔塊延伸的磁極、磁極和凹口盤之間的間隙，磁極和凹口盤之間的間隙超過磁極和所述楔塊之間的間隙。
[0009]因為凹口盤是固定的，并且電磁體位于凹口盤上、直接作用于楔塊，因此:(i)消除了與具有楔塊和松散地容納在繞中心線高速運行的凹口內(nèi)的彈簧相關的動力學問題，使得OWC可靠性的顯著增加；(ii)鎖定元件可以控制在接合的位置或解離的位置，然而，如果電磁體在凸輪座圈上，僅能控制楔塊進行接合；以及(iii)不是具有一個大直徑的線圈，而是可以纏繞許多小線圈實現(xiàn)顯著節(jié)省成本、材料、重量和組件空間，以及提供增加的可靠性。如果使用一個線圈且它發(fā)生故障，總成將可能不起作用。如果使用多個小線圈且一個發(fā)生故障，結果是功能減弱。
[0010]從以下詳細的說明書、權利要求書和附圖，優(yōu)選實施方式的適用范圍將變得顯而易見。應當理解的是，盡管說明書和具體實施例表明了本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但其僅是舉例說明。對上述實施方式和實施例的各種變化和修改對本領域技術人員來說是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]參照以下說明書以及附圖將會更容易理解本發(fā)明，其中:
[0012]圖1是可選擇的OWC的主視圖，其中環(huán)軸向對齊；
[0013]圖2是圖1中選擇性的OWC的側視透視圖；
[0014]圖3是圖1中選擇性的OWC的電磁體、第二楔塊和第二凹口盤的透視圖；
[0015]圖4是顯示裝配在第二凹口盤內(nèi)的第二楔塊和線圈的側視圖；
[0016]圖5是顯示解離的楔塊和它的杠桿比的側視圖；
[0017]圖6是顯示從線圈內(nèi)側徑向向解離的楔塊延伸的磁極的透視圖；
[0018]圖7是顯示解離的楔塊由于彈簧力而接觸它的擋塊的側視圖；以及
[0019]圖8是顯示通過鎖定元件從其中一個磁極到相對磁極的磁通量通路的透視圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1、2和3顯示的可選的0WB10包括徑向外圈，第一凸輪盤12 ;第一凹口盤14 ;徑向內(nèi)圈，第二凸輪盤16 ;以及徑向內(nèi)圈，第二凹口盤18。引線框架20被去除以顯示電磁體的三個線圈24和三個第二楔塊26。盤12、14、16和18與軸線22對齊。
[0021]第一凸輪盤12的徑向外表面形成有花鍵齒28，凸輪盤12通過花鍵齒28相對固定的變速器總成組件，優(yōu)選是變速箱，固定不旋轉。類似地，第一凹口盤14的徑向內(nèi)表面形成有花鍵齒30，凹口盤14通過花鍵齒30固定在變速器齒輪組的反作用力支架上。該支架將扭矩傳遞至0WB10，使得第一凹口盤14、第二凸輪盤16分總成旋轉。
[0022]第一凹口盤14支承楔塊32，每個楔塊被各自的彈簧34抵壓而徑向向外樞轉至與第一凸輪盤12上的其中一個凸輪36相接合，從而將第一凹口盤14和第一凸輪盤12可驅動地連接，并保持凸輪盤12不旋轉。位于凹口盤14的軸向表面和第二凸輪盤16的軸向表面之間的護圈板21阻止與楔塊32產(chǎn)生干擾。
[0023]每個楔塊32上產(chǎn)生的離心力克服各自的彈簧34的力，該彈簧力使得楔塊朝向凸輪36樞轉。在高速度下，每個楔塊32遠離凸輪36樞轉，降低了彈簧上的工作周期。第一凸輪盤12必須是完整的圓圈，因為第一凹口盤14可能在任一角位置停止旋轉。
[0024]第一凸輪盤12、第一凹口盤14和楔塊32包括第一驅動耦合，這種情況下，單向制動器在第一凹口盤相對于第一凸輪盤順時針方向旋轉時(當從圖1所示觀察時)鎖定或接合，在第一凹口盤相對于第一凸輪盤逆時針方向旋轉時(當從圖1所示觀察時)超越。
[0025]第二凸輪盤16的內(nèi)表面形成有內(nèi)花鍵齒38，內(nèi)花鍵齒38與第一凹口盤14的外表面上的外花鍵齒39嚙合。
[0026]第二凹口盤18螺栓連接于第一凸輪盤12，其相對固定不旋轉。護圈板40連接第二凹口盤18的相對端。每個第二楔塊26樞轉地支承在第二凹口盤18上。位于每個凹口位置中的彈簧42，優(yōu)選是螺旋彈簧，抵壓各自的楔塊26徑向向外遠離第二凸輪盤16上的凸輪44樞轉，從而打開第二凸輪盤16和第二凹口盤18之間的驅動連接。
[0027]第二凸輪盤16、第二凹口盤18和楔塊26包括第二驅動耦合，單向制動器在第一凹口盤14相對于第一凸輪盤逆時針方向旋轉時(當從圖1所示觀察時)鎖定或接合，在第一凹口盤相對于第一凹口盤14順時針方向旋轉時(當從圖1所示觀察時)超越。
[0028]運轉時，當電流供應給電磁體的每個線圈24時,通過各自的楔塊26承載的磁場使得楔塊徑向向內(nèi)朝向凸輪44樞轉，從而關閉第二凸輪盤16和第二凹口盤18之間的驅動連接。當至少其中一個楔塊26與其中一個凸輪44接合時，第二凸輪盤通過楔塊26、第二凹口盤18和第一凸輪盤12相對固定不旋轉。
[0029]當線圈斷電時，彈簧42使得第二楔塊26樞轉脫離與凸輪44的接合，每個第二楔塊接觸位于第二凹口盤18的徑向表面上的支架(standoff)或擋塊46。擋塊優(yōu)選是具有相對低的磁導率的塑料或其他材料。
[0030]因為產(chǎn)生電磁體的線圈24有電流，他們必須位于作為固定的座圈的第二凹口盤18內(nèi)。因為磁通量的力迫使楔塊26與第二凹口盤18、即固定的座圈接合，不平衡不是問題，并且凹口盤18可以是完整的圓形以外的形狀。
[0031]圖4顯示了位于形成于第二凹口盤18的凹口 50內(nèi)的其中一個第二楔塊26，由于重力和彈簧42產(chǎn)生的力Fs的影響，楔塊脫離第二凸輪盤16的凸輪44并接觸擋塊46。14-16總成在對于楔塊26超越方向上的旋轉也迫使楔塊26解離。每個彈簧42位于形成于盤18上的圓柱形凹槽52中。
[0032]每個凹口 50形成有圓柱形凹面54，楔塊26的互補的凸面樞轉安置在凹柱形表面54上。每個凹口 50也形成有引導楔塊26移動和限制其徑向移動的圓柱形凹面56。
[0033]當供給線圈24電流時，產(chǎn)生磁場以使其磁通量線或磁感應線在相對的磁極60、61之間穿過，并且由于楔塊26的高導磁率，沿著楔塊26的軸向寬度穿過。磁場在楔塊26上產(chǎn)生分布力Fm，并在楔塊上磁性誘發(fā)力矩，這使得楔塊在表面54順時針方向樞轉，并與第二凸輪盤16的凸輪44接合。圖1顯示了與其中一個凸輪44接合的其中一個楔塊26以及與凸輪44和接觸擋塊46解離的兩個楔塊。
[0034]表面54在樞軸位置向楔塊26施加力Fg，表面56向楔塊施加力Fp。
[0035]變速器控制器打開和關閉電源和線圈24之間的連接，因為沒有使用離心力使得楔塊26樞轉而與第二凸輪盤16接合。
[0036]第二凹口盤18沿著小于360。的圓弧延伸。從軸線22到第二凹口盤18的角末端得到的徑向線形成了大小約為75。的夾角。第二凹口盤18足夠大，以容納必要數(shù)量的楔塊26，從而降低座圈的成本和重量并使變速器需要的空間最小。
[0037]圖4說明了代表施加給其中一個第二楔塊26的力的向量，其中Fs是彈簧42的力，F(xiàn)m是當電磁體通電時存在的磁力，F(xiàn)e是施加給接觸表面56的力，F(xiàn)g是由于楔塊26的重量產(chǎn)生的重力，ps是當電磁體斷電時施加給樞軸表面54的力，以及pm是當電磁體通電時施加給樞軸表面54的力。
[0038]如圖5-8所示，鎖定元件或楔塊26位于固定的第二凹口盤18上，從而使得電磁體可以直接作用在鎖定元件上，而不是將電磁體設置在第二凸輪盤16上，每個凸輪44作為磁極吸引鎖定元件26。
[0039]為了使與凸輪44接合的鎖定元件26的端部66實現(xiàn)必要的樞轉位移、同時使間隙70最小，為鎖定元件設計了杠桿比。如圖5所示，如果從鎖定元件26上的表面54的樞軸中心62到表面56的中心64的距離B是一個單位，那么從中心64到端部66的距離C是四個單位。該杠桿作用允許端部66最大位移同時使驅動前間隙最小。
[0040]導磁材料會導致過多的磁漏，這就造成功能缺失。圖6顯示了具有馬蹄形的形狀的磁極60，61，其具有從大體上豎直的孔徑向向內(nèi)朝向各自的楔塊延伸的雙臂，穿過線圈24或導線。
[0041]如圖7和8最佳示出的，為了防止過多的磁泄露，第二凹口盤18形成在電磁體的磁極60,61附近，以便磁極60,61和第二凹口盤18之間的氣隙68,69大于磁極60,61和鎖定元件26之間的間隙70。盡管發(fā)生一些磁泄露，但與鎖定元件26的間隙70是最小磁阻通道。因此，足夠的磁通量躍入該間隙70使得鎖定元件26朝向凸輪44樞轉。當鎖定元件26樞轉且與凸輪44發(fā)生接合時，間隙70降低，引起楔塊26上的磁通量密度和磁誘導力的大小增加。
[0042]除了向鎖定元件26應用杠桿比并控制間隙68、69、70，還需要將足夠數(shù)量的磁通量(圖8中箭頭所表示的)導向鎖定元件26以便產(chǎn)生足夠的力使得鎖定元件26朝向凸輪44樞轉。
[0043]圖7和8說明了各自的磁極60，61的鄰接輪廓包圍各自的楔塊表面72的部分輪廓并在其周圍延伸。該包圍比傳統(tǒng)的電磁體中的簡單的終止磁極60，61而沒有沿著表面72延伸輸送更多的磁通量進入楔塊26的最臨界的區(qū)域74。
[0044]當鎖定元件26接合凸輪44且扭矩在第二凸輪盤16和第二凹口盤18之間傳送時，在該盤上可能發(fā)生大量的偏轉，特別是在被楔塊26接合的凸輪44附近。因此將線圈24遠離最高偏轉的位置設置是很重要的，否則線圈和它的配件可能被損壞。然而，具有最高偏轉的位置通常對于線圈24產(chǎn)生適當?shù)拇磐縼碚f是最需要的位置。為了解決這兩個問題，每個線圈24位于第二凹口盤18的徑向外側表面78上。通電后，該系統(tǒng)可能容納導致不必要的鎖死的殘余磁性。每隔一段時間加入一個消磁周期來解決這個問題。
[0045]當楔塊26樞轉進入接合的位置時，穿過磁場的鐵或鋼引發(fā)線圈24的二次電壓。通過監(jiān)測線圈電壓峰值的電壓，觀察者可以確定搖塊是否已經(jīng)接合。缺少該電壓峰值表示未能接合。
[0046]根據(jù)專利法規(guī)，已經(jīng)說明了優(yōu)選的實施方式。然而，應當注意的是除了具體說明和描述的以外可以實施替代的實施方式。
【權利要求】
1.一種耦合裝置，其特征在于，包含: 包括凸輪的凸輪盤； 包括凹口的凹口盤； 楔塊，每個楔塊位于其中一個凹口中； 用于將其中一個楔塊與其中一個凸輪接合的電磁體，其包括線圈、芯和從線圈向所述楔塊延伸的磁極、磁極和凹口盤之間的間隙，其中，磁極和凹口盤之間的間隙超過磁極和所述楔塊之間的間隙。
2.根據(jù)權利要求1所述的耦合裝置，其特征在于: 芯延伸穿過線圈， 磁極包括從芯向其中一個楔塊延伸的第一和第二臂；以及 線圈包括電導線。
3.根據(jù)權利要求1所述的耦合裝置，其特征在于: 芯延伸穿過線圈， 磁極包括從芯向其中一個楔塊延伸的第一和第二臂，磁極在部分所述楔塊周圍延伸。
4.根據(jù)權利要求1所述的耦合裝置，其特征在于，凹口盤固定不旋轉。
5.根據(jù)權利要求1所述的耦合裝置，其特征在于，線圈位于凹口盤的徑向外側。
6.根據(jù)權利要求1所述的耦合裝置，其特征在于，其中一個凸輪與其中一個楔塊的接合引起線圈的電壓峰值，表明已經(jīng)發(fā)生所述接合。
7.根據(jù)權利要求1所述的耦合裝置，其特征在于: 每個凹口形成有具有第一中心的凹面，楔塊繞第一中心樞轉； 每個楔塊包括與凹面接觸的第一凸面，具有第二中心、且第二中心與第一中心隔開第一長度的第二凸面，以及與其中一個凸輪接合、且與第二中心隔開第二長度的表面，第二長度大于第一長度。
8.根據(jù)權利要求7所述的耦合裝置，其特征在于，第二長度大約為第一長度的四倍。
9.根據(jù)權利要求1所述的耦合裝置，其特征在于，凹口盤由具有第一磁導率的材料形成；以及 進一步包含位于所述楔塊和凹口盤之間并由具有第二磁導率的材料形成的擋塊，第二磁導率小于第一磁導率。
【文檔編號】F16D27/102GK103807319SQ201310544615
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權日:2012年11月6日
【發(fā)明者】丹尼斯·N·烏斯, 諾曼·J·伯德 申請人:福特全球技術公司