專利名稱：聯接裝置及包括該聯接裝置的傳動系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于聯接可旋轉體的電磁操作聯接裝置，以及包括這樣的聯接裝置的傳動系統(tǒng)。
背景技術：
在具有第一及第二可旋轉體，且第一及第二可旋轉體可以選擇性地斷開或者連接在一起以在其之間傳遞驅動力的機械中，聯接裝置的致動通常用機械開關裝置，例如使用一系列的互連杠桿及軸或者使用液壓系統(tǒng)來實現。例如，常規(guī)的手動卡爪傳動系統(tǒng)通常應用在汽車運動(motor sport)中，可以使用變速桿來選擇新的齒輪。變速桿連接到軸上，而軸又連接于撥叉。該撥叉將卡爪環(huán)移入和脫離與裝配在軸上的齒輪的接合從而在齒輪傳動比之間選擇。換句話說，該系統(tǒng)可以包括液壓回路，用于驅動撥叉，或者電動機械系統(tǒng)，其用電動馬達移動撥叉，以響應通過操作電氣開關而作出的齒輪選擇。
機械的致動器裝置采用PCT/GB2004/001976描述的瞬時傳動系統(tǒng)中。在該系統(tǒng)中，變速桿連接到軸上并且兩個撥叉裝配在該軸上。設置撥叉以致動一對盤簧，從而操作兩個接合棒組選擇性地與兩個齒輪接合。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種將可旋轉體聯接在一起的聯接裝置，其包括一種可替換現有裝置的致動器裝置，以及提供一種包括該聯接裝置的傳動系統(tǒng)，而且尤其是一種可以進行電氣控制的聯接系統(tǒng)。
根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種聯接裝置，包括第一及第二可旋轉體；多個聯接件，用于選擇性地將第一及第二可旋轉體聯接在一起，從而在可旋轉體之間傳遞驅動力；以及電磁致動器裝置，用于控制聯接件的接合。
有利的是，本發(fā)明可以與PCT/GB2004/001976、PCT/GB2004/002946、PCT/GB2004/003021、PCT/GB2004/002955、PCT/GB2004/003794所描述的傳動系統(tǒng)結合使用，上述專利的內容結合于此供參考，或者，本發(fā)明也可以用在常規(guī)的卡爪傳動系統(tǒng)中。另外，本發(fā)明可以在任意適當的機械中將第一及第二可旋轉體聯接在一起。例如，本發(fā)明可以用在礦山設備、船用設備、石油及天然氣行業(yè)、航空航天應用、制造設備、泵以及任何具有傳動系統(tǒng)的車輛上。
聯接裝置可以充分地集成在全自動或半自動電子控制系統(tǒng)中。例如，全自動系統(tǒng)可以設置為，當某些預定情況發(fā)生時，不需要操作員的參與就進行齒輪變速。半自動系統(tǒng)可以使用電子控制系統(tǒng)來啟動致動器，以響應操作員通過開關或機械輸入裝置選擇新齒輪。
有利的是，電磁致動器裝置包括至少一個磁場發(fā)生器，用于產生可控制的磁場；以及至少一個磁性元件。優(yōu)選地，電磁致動器裝置包括多個磁場發(fā)生器，用于產生多個可控制的磁場，并且電磁致動器裝置包括多個磁性元件。例如，該或每個磁場發(fā)生器可以包括至少一個實質上導電材料制成的線圈，其電連接于激勵該或每個線圈的電路。該或每個磁性元件可以包括至少一個永磁體，使用該裝置，使得由磁性元件產生的該或每個磁場與該或每個可控制磁場相互作用，以控制聯接件的接合。該或每個磁性元件可以可選擇地設置為具有可變磁場。
優(yōu)選地，電磁致動器裝置包括電氣控制電路，設置有至少一個電容以激勵該或每個磁場發(fā)生器。
有利的是，電磁致動器裝置可以設置為將聯接件中的至少一個軸向移動到與至少一個其余的聯接件的接合。
聯接件可以包括至少一個傳動構造，與每個可旋轉體相連。例如，聯接件可以包括多個傳動構造，其中至少一個傳動構造與每個可旋轉體相關聯。至少一個可旋轉體可以通過電磁致動器裝置軸向地向其余可旋轉體移動，從而傳動構造可以選擇性地互相接合，由此將可旋轉體聯接在一起，從而在其間傳遞傳動。優(yōu)選地，聯接件包括多個接合件，其中電磁致動器裝置設置用來控制接合件的移動，從而選擇性地接合至少一個傳動構造(傳動構造與每個可旋轉體相關聯)，以將可旋轉體聯接在一起。
聯接件可以包括至少一個傳動構造，該傳動構造與可旋轉體中的一個相關聯，還包括至少一個接合件，其與其余可旋轉體聯接，其中電磁致動器裝置設置用來控制該或每個接合件的移動，從而選擇性地接合該或每個傳動構造，以將可旋轉體聯接在一起。優(yōu)選地，可旋轉體中的一個是軸，并且該或每個接合件裝配在該軸上并隨之旋轉。
聯接件可以包括第一及第二接合件組，其彼此獨立地可移動地進入和脫開與至少一個可旋轉體的接合。電磁致動器裝置可以包括第一及第二磁場發(fā)生器，其中每個磁場發(fā)生器設置為控制一個接合件組的移動。
有利的是，連接裝置可以包括用于將該或每個接合件保持在至少一個預定位置的裝置。優(yōu)選地，用于將該或每個接合件保持在至少一個預定位置的裝置包括至少一個機械裝置，比如制動器。有利的是，用于將該或每個接合件保持在至少一個預定位置的裝置可以設置成將該或每個接合件保持在至少一個中間位置，與第一可旋轉體接合，或者與第二可旋轉體接合。
根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種傳動系統(tǒng)，其包括第一及第二傳動軸；第一及第二齒輪組，裝配在軸上，用于在軸之間傳遞驅動力；每個齒輪組包括裝配在第一軸上的第一齒輪，相對于第一軸旋轉，該第一齒輪具有多個傳動構造；以及裝配在第二軸上的第二齒輪，隨第二軸旋轉；選擇裝置，用于選擇性地在第一軸與第一或者第二齒輪組之間傳遞驅動力，第一或者第二齒輪組包括多個接合件，用于接合傳動構造；以及電磁致動器裝置，用于控制接合件與傳動構造的接合。
有利的是，電磁致動器裝置包括至少一個磁場發(fā)生器，用于產生可控制的磁場；以及至少一個磁性元件。優(yōu)選地，電磁致動器裝置包括多個磁場發(fā)生器，用于產生多個可控制的磁場，并且該電磁致動器裝置包括多個磁性元件。例如，該或每個磁場發(fā)生器可以包括至少一個導電材料制成的線圈，其電連接于激勵該或每個線圈的電路。該或每個磁性元件可以包括至少一個永磁體，設置為使得在使用中，由磁性元件發(fā)出的該或每個磁場與該或每個可控制的磁場相互作用，以控制接合件和傳動構造的接合。
有利的是，電磁致動器裝置可以包括電氣控制電路，具有至少一個電容，設置用來激勵該或每個磁場發(fā)生器。
有利的是，電磁致動器裝置可以設置成將至少一個聯接件軸向移動，使之與至少一個其余的聯接件接合。
有利的是，傳動系統(tǒng)可以包括用于將該或每個接合件保持在至少一個預定位置的裝置。優(yōu)選地，用于將該或每個接合件保持在至少一個預定位置的裝置包括至少一個機械裝置，比如制動器。優(yōu)選地，用于將該或每個接合件保持在至少一個預定位置的裝置設置為將該或每個接合件保持在至少一個中間位置(空檔位置，neutralposition)，與至少一個第一齒輪接合。
優(yōu)選地，選擇器裝置包括第一及第二接合件組，其彼此獨立地可移動地進入和脫開與第一齒輪的接合，所述選擇器裝置設置成當傳遞驅動力時，第一及第二接合件組中的一個組與已接合齒輪進行驅動接合，并且其它接合件組處于空載狀態(tài)。電磁致動器裝置可以設置成將空載接合件組移動，使之與未接合齒輪驅動接合，以實現齒輪變換。選擇器裝置可以設置成使得當傳遞制動力時，第一接合件組與已接合齒輪進行驅動接合，而且第二接合件組處于空載狀態(tài)，并且當傳遞驅動力時，第二接合件組與已接合齒輪進行傳動接合，而且第二接合件組然后處于空載狀態(tài)。
電磁致動器裝置可以設置成基本獨立地控制第一及第二接合件組的運動。例如，每個接合件組包括至少一個磁性元件，并且電磁致動器裝置包括第一及第二磁場發(fā)生器，每個磁場發(fā)生器設置用來控制接合件組中的一個的運動。
優(yōu)選地，電磁致動器裝置設置成將被加載的接合件組向未接合齒輪偏壓，而不脫開該加載接合件組與已接合齒輪的接合。
優(yōu)選地，第一及第二接合件組設置成在使用時隨第一軸旋轉。選擇器裝置設置為使得第一及第二接合件組可以沿第一軸相對于彼此縱向移動。當兩個組都與第一齒輪接合時，第一及第二接合件組軸向對齊。


現在參照附圖，描述本發(fā)明的一個實施例，僅作舉例之用，圖中相同的標號表示相同的特征，其中圖1是根據本發(fā)明的第一個實施例的傳動系統(tǒng)的部分的截面總體布置圖；圖2是選擇器組件的透視圖，包括用于產生磁場的電磁裝置，為了清楚起見，將電磁裝置部分地剖去；圖3示出了齒輪上一組卡爪的布置(為了清除起見，省略齒輪齒)；圖4是接合棒的透視圖；圖4a是用于激勵電磁裝置的電路圖；圖5a-d示意性地圖示了用于將接合棒保持在預定位置的制動器(detent)的布置和操作；圖6a-f示意性地圖示了選擇器組件的操作；圖7示出了本發(fā)明的第二實施例；以及圖8示出了本發(fā)明的第三實施例。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發(fā)明的實施例的包括聯接裝置的傳動系統(tǒng)，聯接裝置由電磁致動器裝置驅動。該傳動系統(tǒng)包括輸出軸1，其上裝配有第一及第二齒輪3、5；輸入軸7，其上裝配有第三及第四齒輪9、11；以及選擇器組件13。第一及第二齒輪3、5可旋轉地裝配于輸出軸1上，并且第三及第四齒輪9、11固定地裝配于輸入軸7上。第一及第二齒輪3、5分別與第三及第四齒輪9、11相接合從而形成第一及第二齒輪副15、17。
旋轉傳動力可以經過第一或第二齒輪副15、17，從輸入軸7傳送到輸出軸1，而運轉的齒輪副的選擇取決于選擇器組件13的位置。選擇器組件13與分別位于第一及第二齒輪3、5上的第一及第二傳動構造組19、21相接合。每組傳動構造包括一組卡爪。
第一卡爪組19位于第一齒輪3的一側。這在圖3中示出，為了清楚起見，其中省略了齒輪齒?？ㄗ?yōu)選地與第一齒輪一體成形，但這并非必須的。第一卡爪組19包括三個均勻分布在齒輪端面上的卡爪，即，一對卡爪的中心之間的夾角大致為120°。卡爪側面19a是平面并且形成有保持角(retention angle)。第二卡爪組21包括三個卡爪，并且與第一齒輪相類似地布置在第二齒輪5的一側。這在圖3中示出。使用三個卡爪是因為，這樣布置的卡爪之間的空間提供了更大的接合窗口以容納選擇器組件13。大的接合窗口使得選擇器組件在傳遞驅動力到齒輪3、5或者從該齒輪被驅動之前，有更大的機會與該齒輪充分接合。當只有部分接合時，如果選擇器組件13驅動齒輪，將導致卡爪及/或選擇器組件13損傷。
第一及第二齒輪3、5以定距離間隔地裝配于輸出軸1上的滾子軸承23、25上，并且布置為使得包括第一及第二卡爪組19、21的側面彼此相對。
選擇器組件13包括第一及第二接合棒組27、29，以及致動器組件26，致動器組件的形式為至少一個電磁場發(fā)生器33，其包括電連接于至少一個電路的線圈34。
第一及第二接合棒組27、29裝配于輸出軸1上，位于第一及第二齒輪3、5之間。第一接合棒組27包括三個接合棒28，繞輸出軸1均勻分布，使得其基部向內，并且棒28的軸線大致平行。第二接合棒組29包括同樣繞輸出軸1設置的三個棒30。
第一及第二接合棒組27、29裝配于套2上，套2裝配在輸出軸1上，位于第一及第二齒輪3、5之間(參見圖2)。接合棒組27、29設置成隨輸出軸1旋轉，但可以沿套2和輸出軸1軸向滑動，以響應致動器組件26的切換動作。為此，套2包括六條在其曲面上形成的鍵槽41，而每個接合棒28、30在其基部具有互補構造。鍵槽41具有大致T形輪廓，使得接合棒在徑向和切向上(但不是在軸向上)限制在鍵槽41中?？蛇x擇地，鍵槽41具有槽狀或者燕尾形輪廓以在徑向上限制接合棒。
接合棒組27、29的設置使得特定組的接合棒設置在交替間隔的鍵槽41中，并且接合棒組27、29可以沿套2滑動。每個接合棒組27、29作為一個單元移動，并且每個接合棒組相對于另一個可單獨移動。
任意地，第一棒組中的棒28可以通過第一連接環(huán)150連接在一起，而第二棒組的棒30可以通過第二連接環(huán)152連接在一起，舉例來說，用向內延伸的臂狀物，其與接合棒的上表面中形成的凹槽接合(參見圖7)。盡管該連接環(huán)是在第三實施例的圖中示出，但其可以結合每個實施例使用。每個棒組27、29作為一個單元移動，并且每個棒組可以相對于另一個單獨移動。當在第一及第二棒組27、29之間有相對運動時，第二連接環(huán)152滑過第一棒組27，并且第一連接環(huán)150滑過第二棒組29。
優(yōu)選地，棒組構造為靠近輸出軸1，以防止由于加載區(qū)域較大的徑向距離引起的較大的懸臂效應，從而減少結構失效的可能性。
第一棒組27中的每個棒28具有第一端28a，其設置用以與連接于第一齒輪3的第一卡爪組19接合，以及第二端28b，其設置用以與連接于第二齒輪5的第二卡爪組21接合(參見圖4)。第一及第二端28a、28b通常具有相同的構造，只是處在相對的兩側，使得第一端28a布置為在第一齒輪3減速過程中接合第一卡爪組19，第二端28b布置為在第二齒輪5加速過程中接合第二卡爪組21，舉例來說，在汽車應用中的發(fā)動機制動過程中。第二棒組29中的每個棒30類似地設置，只是第一端30a設置為在第一齒輪3加速過程中接合第一卡爪組19，而第二端30b設置為在第二齒輪5減速過程中接合第二卡爪組21。
當第一及第二接合棒組27、29都接合齒輪時，無論齒輪是加速還是減速，傳動都是從輸入軸7傳遞到輸出軸1。
棒的第一及第二端28a、30a、28b、30b均包括用于接合卡爪19、21(未示出)的接合面43、斜面45、端面42以及肩部44(參見圖4)。端面42通過接靠齒輪的側面來限制接合棒28、30的軸向移動。接合面43的角度設置成與卡爪19a、21a的側面互補，從而當接合棒28、30旋轉至與其接合時，形成面對面的接觸，以減少磨損。每個斜面45都螺旋成形，并且遠離端面42傾斜。斜面45的傾斜角度使得離端面42最遠的斜面的邊緣與端面42的平面之間的縱向距離大于卡爪19、21的高度。這將確保當在接合棒28、30和卡爪19、21之間有相對旋轉運動，使斜面45運動而與卡爪19、21接合時，傳動不會鎖住。卡爪19、21不會撞到接合棒28、30的側面，而是與斜面45接合。當卡爪19、21和接合棒28、30之間有更進一步的相對運動發(fā)生時，卡爪19、21滑過斜面45，并且斜面的螺旋表面使接合棒28、30沿輸出軸1軸向地移動，遠離卡爪19、21，從而傳動不會鎖住。
當第一及第二組27、29的棒隔行交錯時，如圖2所示，第一棒組27的第一端28a的接合面43靠近第二棒組29的第一端30a的接合面43。當第一及第二棒組27、29與齒輪完全接合時，卡爪位于每對相鄰的接合面43之間?？ㄗ?9、21的尺寸和棒的端部優(yōu)選為使得當齒輪從加速向減速運動時，在加速棒的接合面43與減速棒的接合面43之間幾乎沒有運動，反之亦然，以確保在齒輪中齒輪間隙(backlash)很小或者沒有齒輪間隙。
電磁場發(fā)生器33包括兩個銅線制成的線圈34，其裝配在繞軸1延伸但不與之接觸的環(huán)形支架34a中，所以不隨輸出軸1旋轉。每個線圈34包括多匝銅線。這在圖1及圖2中示出，其中圖示的線匝數目并不表示實際準確的數目。線匝的數目取決于實際應用和需要的磁場強度。環(huán)形支架34a連接于傳動殼體，并且在圖2中為了清楚起見以剖面顯示。每個線圈34電連接于電路，電路包括電容、計時器(timer)以及開關。該電路連接于普通電源如電池，而且最好是用于為其他的車輛電氣系統(tǒng)供電的電池或電池組。電路設置為使得通過線圈34的電流是可逆轉的。
每個接合棒28、30包括兩個永磁體31(見圖4)，比如天然磁體，設置于其上部(外表面)中央。優(yōu)選地，磁體31的北極指向接合棒28、30的一端，而南極指向另一端，并且接合棒28、30設置在鍵槽41中，從而每個磁體31的北極指向一個齒輪而南極指向另一個齒輪。但是其他的設置也是可以的。
當觸發(fā)一個電路時，一個線圈34被激勵，從而產生至少一個可控制的磁場，該磁場與永磁體31的磁場相互作用，沿一個或者另外一個軸向方向推動接合棒28、30，由此控制接合棒在鍵槽41中移動。電路設置為使得電流沿兩個方向中的任一方向流過線圈34。接合棒28、30因而被偏壓而在鍵槽41中向一個齒輪移動。移動的方向取決于產生的磁場的方向，而磁場方向又取決于流經線圈34的電流的方向和永磁體31的方位。作用在接合棒28、30上的力的大小取決于由線圈34產生的磁場的強度，而這可以通過控制流經線圈34的電流的大小而控制。當觸發(fā)另一個電路時，另外一個線圈34被激勵，從而類似地控制接合棒28、30的移動。
該電路可以設置為響應齒輪變換而激勵線圈34，使得其可以保持被激勵，直到兩個棒組都移動進入與一個齒輪的接合中?？蛇x地，線圈34中的一個可以被激勵，第一次使得一個棒組移動進入與該齒輪的接合，而第二次使得另外一個棒組移動進入與該齒輪的接合，其中在中間一段時間內，線圈34沒有被激勵。線圈34也可以被激勵為使得線圈34中的一個移動接合棒28、30，使之進入或脫離與齒輪3、5中的一個的接合，并且另一個線圈34移動接合棒28、30，使之進入或脫離與另一個齒輪的接合。在這種情況下，由于每個線圈34沿單一方向移動接合棒28、30，不需要使線圈34中的電流方向逆轉，因此可以使用簡化的控制電路，例如圖4a所示的電路，其包括電池35a、開關35b、線圈34以及電容35c?？蛇x地，線圈34可以同時或者依次被激勵，以在鍵槽41中移動棒28、30。當任一線圈34被激勵時，產生的磁場與位于棒組27、29上的永磁體31發(fā)出的磁場交互作用。然而，棒組只有在空載狀態(tài)下才能夠在鍵槽41中移動。如果棒組是處在加載狀態(tài)下，其將被推著以沿鍵槽41移動，但由于其驅動地與齒輪接合，所以不能移動。
制動器32設置在每個接合棒內側的凹槽36中(見圖5a-d)。每個制動器36包括鋼珠38以及彈簧40。彈簧40作用在鋼珠38上以將其偏壓在鍵槽41上。每個鍵槽41包括三個形成在其上表面的凹坑42a-c，其設置與鋼珠38接合，以將接合棒28、30定位和保持在鍵槽41中的特定預定位置。其中一個凹坑42b設置在沿鍵槽41的中部，另外兩個位于中間凹坑42b的兩側，與其大致軸向對齊。當制動器36與中間凹坑42b接合時，接合棒28、30保持在中間位置，即，不與第一或第二齒輪3、5中的任何一個接合。為將接合棒28、30移向中間位置，線圈34中的一個可以被激勵以將棒移向該中間位置，然后另一個線圈34被激勵以中止棒的移動，并且允許制動器36充分接合和保持接合棒28、30。為將接合棒28、30移出中間位置，至少一個線圈34被激勵，以產生足夠的力來克服制動器36與凹坑42b之間的摩擦阻力?？蛇x地，為將接合棒28、30推向中間位置，在激勵線圈34后，線圈中的電流被逆轉以停止接合棒的移動。
另外的凹坑42a、42c同樣設置成將接合棒28、30保持在沿鍵槽41的軸向位置中，在所述軸向位置分別與第一及第二齒輪3、5充分接合。這在圖5a-d中示意性地示出。制動器36的主要目的是為了避免需要持續(xù)激勵線圈34來使接合棒28、30保持與齒輪3、5接觸或者保持在中間位置。線圈34被激勵，以在鍵槽41中移動接合棒28、30，并且制動器36提供足夠的阻力以阻止接合棒28、30在與凹坑42a-c接合時從這些位置移開。這使得致動器系統(tǒng)更為有效。
每個凹坑42a-c包括傾斜側面。該傾斜側面與鋼珠38以及彈簧36的彈性相互作用，以使接合棒28、30移入正確的位置中。當接合棒28、30在磁場的作用下在鍵槽41中向正確的位置移動時，制動器36與凹坑42a-c的傾斜側面之間的相互作用將接合棒28、30拉入正確位置。
在使用中，當兩個棒組都與齒輪完全接合時，三個棒加載而三個棒空載。當進行齒輪變換時，至少一個線圈34被激勵，以產生將接合棒28、30向未接合的齒輪偏壓的磁場。作用在接合棒28、30上的力將三個空載棒移動脫離與已接合齒輪的接合，而使三個加載的棒依舊處在接合中。由于永磁體31的磁場與線圈34產生的磁場相互作用，空載棒沿鍵槽41移動，直到它們與新的齒輪接合，并且制動器與新齒輪相關聯的凹坑接合。當空載棒已經與新齒輪接合時，余下的三個棒與最初的齒輪脫離接合。至少一個線圈34由電路激勵，而且由于磁場的交互作用，余下的棒在鍵槽41中向新的齒輪移動，直到它們與新齒輪接合并且制動器36與適當的凹坑接合。
這種結構提供了非常緊湊的布置。
下面參照圖6a-6f，描述選擇器組件13的操作，其中為清晰起見，示意性示出第一及第二棒組27、29的移動，每組只顯示一個棒的相對位置。
圖6a示出了處于中間位置的第一及第二棒組27、29，即，兩個棒組都不與齒輪接合。圖6b示出了在線圈34(圖6b中未示出)產生的磁場的作用下，第一及第二棒組移動而與第一齒輪3接合。
圖6c示出了當第一齒輪3完全接合，即接合棒28、30與第一卡爪組19交插時的狀況。制動器36與凹坑42a(未示出)接合，從而使第一及第二棒組27、29保持與第一齒輪3接合。因此，當減速時，通過第一棒組27，而當加速時，通過第二棒組29，經由第一卡爪組19，將動力從第一齒輪3傳遞到輸出軸7。動力是通過第三齒輪9從輸入軸7傳來。
當使用第一齒輪副15加速(第一齒輪3沿圖6c中箭頭B方向旋轉)時，第一棒組27的棒的接合面43空載，而第二棒組29的棒的接合面43加載。當使用者或者發(fā)動機管理系統(tǒng)(未示出)希望接合第二齒輪副17時，將電路觸發(fā)，由此激勵至少一個線圈34，產生磁場使第一棒組27的棒在套2中沿鍵槽41軸向滑動，由此使棒與第一齒輪3脫開，并且使制動器36與凹坑42a脫開(參見圖6d，凹坑未示出)。
產生的磁場偏壓第二接合棒組29的棒，使之向第二齒輪5移動。然而，因為第二棒組29的棒30被加載，即，被第一齒輪3驅動，它們不能與第一齒輪3脫開，因此第二棒組29的棒保持不動。此時，電路或者持續(xù)激勵至少一個線圈34以將第二棒組29的棒30向第二齒輪5偏壓，或者可以設置成斷開線圈34。
第一棒組27的棒在沿輸出軸1軸向滑動時，與卡爪21接合。這些棒隨后由第二齒輪5沿圖6e中箭頭C方向驅動，并且能量通過第二齒輪副17從輸入軸7傳遞至輸出軸1。此時，第二棒組29的棒停止被加載，然后自由地與第一卡爪組19脫開。如果至少一個線圈34設置為在整個齒輪變換過程中被持續(xù)激勵，則第二棒組29的棒30一處于空載就沿鍵槽41軸向滑動，從而實現與輸出軸1上的第一齒輪3脫開。如果在第一棒組27接合第二齒輪5之后，將兩個線圈34都停用，則電路激勵至少一個線圈34使得第二棒組脫離與第一齒輪3的接合。無論哪種情況，第二棒組29的棒都會在套2中沿鍵槽41滑動，直到其與第二齒輪5接合并且制動器36與凹坑42c接合，由此完成第二齒輪5與輸出軸1的接合(見圖6f)。由于在第一齒輪副15脫離接合前，第二齒輪副17接合，這種選擇齒輪副的方法基本上消除了扭矩中斷，從而在某一瞬間，第一及第二齒輪副15、17同時接合。
當齒輪通過第一及第二棒組27、29接合時，有可能利用齒輪副加速或者減速，當在兩種情況之間轉換時，幾乎沒有齒輪間隙。齒輪間隙是，當從加速移到減速，卡爪從加速棒的接合面43移到減速棒的接合面43時，所經歷的空載運轉，反之亦然。常規(guī)的卡爪式傳動系統(tǒng)有大約30度的齒輪間隙。根據本發(fā)明的用于車輛的典型的傳動系統(tǒng)具有小于4度的齒輪間隙。
通過使換檔過程中接合件和卡爪之間需要的空隙(clearance)，即卡爪與隨后的接合件之間的空隙(見圖6b中的尺寸‘A’)最小化，可以使齒輪間隙減小?？ㄗεc隨后的接合件之間的空隙在0.5mm至0.03mm的范圍內，并且通常小于0.2mm。齒輪間隙也是保持角，即接合面43的角度的函數，該角度與卡爪接合面上的凹槽的角度相同。無論卡爪與接合面43之間是否有相對運動，保持角都會起作用。保持角越小，經歷的齒輪間隙越少。保持角通常在2.5度至15度之間，最佳為15度。
當減速時，經過類似的過程，完成從第二齒輪副17到第一齒輪副15的傳動。
當第二齒輪副17減速時，第一棒組27的棒的接合面43空載，同時第二棒組29的棒的接合面43加載。當使用者或者發(fā)動機管理系統(tǒng)(未示出)希望與第一齒輪副15接合時，將電路觸發(fā)，由此激勵至少一個線圈34，并且產生磁場使第一棒組27的棒沿套2上的鍵槽41軸向滑動，由此使棒脫離與第二齒輪5的接合，并且使制動器36脫離與凹坑42c的接合(見圖6d，凹坑未示出)。
由于對第二棒組29的棒加載，即，其被驅動與第二齒輪上的卡爪21接合，第二棒組29保持不動，但磁場將第二棒組29向第一齒輪3偏壓。此時，電路或者持續(xù)激勵至少一個線圈34以將第二棒組29中的棒30向第一齒輪3偏壓，或者設置成斷開線圈34。
第一棒組27的棒在鍵槽41中軸向滑動時，與卡爪19接合。棒28由第一齒輪3驅動，從而能量通過第一齒輪副15從輸入軸7傳遞到輸出軸1。此時，第二棒組29的棒30停止被加載。如果至少一個線圈34被設置為在齒輪變速過程中持續(xù)被激勵，則第二棒組29的棒30一空載就會沿鍵槽41軸向滑動，從而完成其與輸出軸1上的第二齒輪5的脫開。如果在第一棒組27接合第一齒輪3之后，兩個線圈34都停用，則電路第二次激勵至少一個線圈34，以使第二棒組脫離與第二齒輪5的接合。不論哪種情況，第二棒組29的棒都會沿套2中的鍵槽41滑動，直到其與第一齒輪3接合并且制動器36與凹坑42a接合，由此完成第一齒輪3與輸出軸1的接合。
降檔變速，是由高檔位向低檔位的換檔，但是這時要進行加速，例如當車輛爬坡時，司機選擇低速檔以加速上坡，這時會具有短暫的扭矩中斷，以允許在換檔前先斷開接合。
多個選擇器組件可以裝配在具有對應的多對齒輪的輸出軸上，以在輸出軸及輸入軸之間提供大量的齒輪傳動比。也可以使傳動系統(tǒng)具有兩個以上的軸，以提供額外的齒輪傳動比。
由于基本上消除了驅動力中斷，因而該傳動系統(tǒng)的使用改善了性能、降低了燃料消耗以及排放。相比傳統(tǒng)的變速箱，該系統(tǒng)設計得更加緊湊，從而減輕了變速箱的重量。
本領域技術人員會意識到，可以在本發(fā)明的范圍內對上述實施例進行各種修改，例如，用于產生磁場的線圈34可以不同的方式纏繞以提供不同的磁場特性，從而以預定的方式控制接合棒28、30的移動。也會意識到，可以使用任意數目的線圈34以及永磁體31。例如，可以使用單線圈134以及單永磁體131，如圖7所示。線圈134安裝在環(huán)形支撐件134a中，為了清楚起見，該環(huán)形支撐件在圖7中部分顯示。每個磁體131設置在每個接合棒128、130中部，其北極指向棒的一端而其南極指向棒的另一端。接合棒128、130設置在鍵槽141中，第一棒組的棒128通過第一連接環(huán)150連接起來，第二棒組的棒130通過第二連接環(huán)152連接起來。這種配置使得北極指向齒輪中的一個，而南極指向齒輪中的另一個。該實施例的操作運行與上述實施例的相類似。
圖8示出了本發(fā)明的第三實施例，具有兩個線圈234，以及單磁體231設置于每個接合棒228、230的上表面，指向一端。在本實施例中，設置于一個棒組的棒上的永磁體231靠近一個齒輪設置，而設置于另一個棒組的棒上的永磁體231靠近另一個齒輪設置。利用這種配置，一個線圈234將主要與一個棒組相互作用，而另一個線圈234將主要與另一個棒組相互作用。這將確保每個線圈234控制一個棒組的運動。最好是用于特定棒組的永磁體231設置成使它們的磁極有類似的指向，例如可以將一個棒組的磁體231設置為北極指向靠近的齒輪，而將另一個棒組的磁體231設置為南極指向靠近的齒輪?？刂齐娐吩O置為使得線圈34中的電流是可逆轉的，從而每個線圈234可以將與其相連的棒組沿鍵槽241向兩個軸向方向移動，因此可以將其移入和脫離與第一及第二齒輪的接合。為了將棒組移入中間位置，可以激勵與其相連的線圈234以使棒向中間位置移動，線圈234中的電流可以逆轉，以使該棒組在中間位置停止移動。
可以理解，永磁體可以設置在接合棒28、30上的不同位置中，并且當線圈34被激勵時，可以適當地確定磁體的極性的指向，從而實現棒28、30沿輸出軸1的期望的移動。
線圈34及電路可以將設置成與已知的電磁線圈式系統(tǒng)，例如在US 6,667,677、US 6,498,416、US 6,489,870、US 6,366,189中公開的那些相類似。
可選地，或者另外地，接合棒28、30可以是永磁體。
本領域技術人員也可以意識到，制動器36可以設置為使得鋼珠38以及彈簧40可以位于鍵槽41中，并且凹坑42a-c可以位于接合件的內側。
每個齒輪上的卡爪的數目不限于是三個，例如可以使用任意切實可用的數目。已發(fā)現對于大多數應用，2至8個卡爪都是合適的。同樣，棒組中棒的數目也可以是任意切實可用的數目，但最好棒組中棒的數目與一組卡爪的數目相等。
傳動系統(tǒng)可應用于任何種類的車輛，例如公路車輛、賽車、卡車、摩托車、自行車、掘土設備如推土機、起重機、軍用車輛、飛行器如飛機及直升機、水運工具如小艇、艦船及氣墊船等、以及諸如車床和銑床的機床設備以及成組裝置。
傳動系統(tǒng)可以改動，使得選擇器組件以及第一及第二齒輪裝配在輸入軸上，而固定齒輪裝配在輸出軸上。
前述電磁聯接裝置可以與常規(guī)的卡爪傳動系統(tǒng)一起使用。至少一個線圈，最好是兩個，由銅線制成，裝配在卡爪的周圍。線圈電連接于電路，該電路設置為使得可以選擇性地激勵該線圈或每一個線圈，以產生可控制的電磁場。至少一個永磁體設置在卡爪環(huán)上，從而當該線圈或每個線圈被激勵時，產生的磁場與永磁體發(fā)射的磁場相互作用，使卡爪環(huán)可選擇地進入或脫離與齒輪的接合，從而在齒輪及軸之間傳遞動力。
前述聯接設置可以用于車輛傳動系統(tǒng)以外的應用中。聯接裝置可用于任何具有第一及第二可旋轉體，需要將其聯接在一起以在其間傳遞驅動力的適用機械。例如，可以應用于任意具有聯接構造的機械，以聯接第一及第二可旋轉體，如用在軸與滑輪之間、軸與輥之間、軸與機器卡盤之間，傳遞驅動力，用在與任意旋轉的負載相連的軸上，用在兩個相類似的部件之間，如兩個軸之間、軸與齒輪之間，用在諸如泵的裝置的驅動件上，以及用在凸輪軸或者凸輪的驅動件上。特別地，但并不專有地，本發(fā)明可被用于任何卡爪式驅動系統(tǒng)，例如通過聯合在每個可轉動零部件之上的卡爪式結構聯接在一起的兩個可轉動體，諸如兩根軸——每根都在其端面設置有卡爪，或者在軸上設置有聯接件。通常，這些軸中至少有一根可以向其他的軸移動，如此以使得聯接構造可以接合?？蛇x地，聯接構造可以是獨立的零部件，能夠有選擇性地移動，以與一個或者兩個可轉動體接合或者脫離。在任一種情況下，電磁致動器系統(tǒng)可用于將部件移動成驅動接合，從而將其聯接在一起。
權利要求
1.一種聯接裝置，包括第一及第二可旋轉體；多個聯接件，用于選擇性地將所述第一和第二可旋轉體聯接在一起，以在所述可旋轉體之間傳遞驅動力；以及電磁致動器裝置，用于控制所述聯接件的接合。
2.根據權利要求1所述的聯接裝置，其中，所述電磁致動器裝置包括至少一個磁場發(fā)生器，用于產生可控制的磁場；以及至少一個磁性元件。
3.根據權利要求2所述的聯接裝置，其中，所述電磁致動器裝置包括多個磁場發(fā)生器，用于產生多個可控制的磁場。
4.根據權利要求2或3所述的聯接裝置，其中，所述電磁致動器裝置包括多個磁性元件。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的聯接裝置，其中，所述電磁致動器裝置包括電氣控制電路，所述電氣控制電路具有至少一個電容，設置用來激勵所述或每個磁場發(fā)生器。
6.根據前述權利要求中任意一項所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述電磁致動器裝置設置用來將所述聯接件中的至少一個軸向移動，使之與至少一個其他的聯接件接合。
7.根據前述權利要求中任一項所述的聯接裝置，其中，所述聯接件包括至少一個傳動構造，所述傳動構造與每個所述可旋轉體相關聯。
8.根據權利要求5所述的聯接裝置，其中，所述聯接件包括多個接合件，其中所述電磁致動器裝置設置用來控制所述接合件的運動，選擇性地接合與每個可旋轉體相關聯的至少一個傳動構造，以將所述可旋轉體聯接在一起。
9.根據權利要求1至4所述的聯接裝置，其中，所述聯接件包括至少一個傳動構造，與所述可旋轉體中的一個相關聯；以及至少一個接合件，與其他的所述可旋轉體相關聯，其中所述電磁致動器裝置設置用來控制所述或每個接合件的運動，選擇性地接合所述或每個傳動構造，以將所述可旋轉體聯接在一起。
10.根據權利要求9所述的聯接裝置，其中，所述可旋轉體中的一個是軸，而所述或每個接合件裝配于所述軸上，以隨其旋轉。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的聯接裝置，其中，所述聯接件包括第一及第二接合件組，所述接合件組可以彼此獨立地移動而進入和脫離與至少一個所述可旋轉體的接合。
12.根據權利要求11所述的聯接裝置，其中，所述電磁致動器裝置包括第一及第二磁場發(fā)生器，其中，每個磁場發(fā)生器設置用來控制一個所述接合件組的運動。
13.根據權利要求8至12中任一項所述的聯接裝置，包括用于將所述或每個接合件保持在至少一個預定位置的裝置。
14.根據權利要求13所述的聯接裝置，其中，所述用于將所述或每個接合件保持在至少一個預定位置的裝置設置用來將所述或每個接合件保持在至少一個中間位置，與所述第一可旋轉體接合，或者與所述第二可旋轉體接合。
15.一種傳動系統(tǒng)，包括第一及第二傳動軸；裝配在所述軸上，用于在所述軸之間傳遞驅動力的第一及第二齒輪組，每個齒輪組包括裝配在所述第一軸上的第一齒輪，相對所述第一軸旋轉，所述第一齒輪具有多個傳動構造；以及裝配在所述第二軸上的第二齒輪，隨所述第二軸旋轉；選擇器裝置，用于選擇性地在所述第一軸和所述第一或第二齒輪組之間傳遞驅動力，包括多個接合件，用于接合所述傳動構造；以及電磁致動器裝置，用于控制所述接合件與所述傳動構造的接合。
16.根據權利要求14所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述電磁致動器裝置包括至少一個磁場發(fā)生器，用于產生可控制的磁場；以及至少一個磁性元件。
17.根據權利要求15所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述電磁致動器裝置包括多個磁場發(fā)生器，用于產生多個可控制的磁場。
18.根據權利要求15或16所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述電磁致動器裝置包括多個磁性元件。
19.根據權利要求14至17中任一項所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述電磁致動器裝置包括電氣控制電路，所述電路具有至少一個電容，設置用來激勵所述或每個磁場發(fā)生器。
20.根據權利要求14至18中任一項所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述電磁致動器裝置設置用來將所述聯接件中的至少一個軸向移入與至少一個其他的聯接件接合。
21.根據權利要求14至19中任一項所述的傳動系統(tǒng)，包括用于將所述或每個接合件保持在至少一個預定位置的裝置。
22.根據權利要求20所述的傳動系統(tǒng)，其中，用于將所述或每個接合件保持在至少一個預定位置的所述裝置設置用來將所述或每個接合件保持在至少一個中間位置，或者保持與至少一個所述第一齒輪接合。
23.根據權利要求15至21中任一項所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述選擇器裝置包括第一及第二接合件組，其彼此獨立地可移動地進入和脫離與所述第一齒輪的接合，所述選擇器裝置設置為使得當傳遞驅動力時，所述第一及第二接合件組中的一個驅動地接合已接合的齒輪，而另一接合件組然后處于空載狀態(tài)。
24.根據權利要求23所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述電磁致動器裝置包括第一及第二磁場發(fā)生器，其中每個磁場發(fā)生器設置用來控制所述接合件組中的一個的移動。
25.根據權利要求23或24所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述電磁致動器裝置設置用來移動所述空載的接合件組，使之與未接合的齒輪進行驅動接合，以實現齒輪變速。
26.根據權利要求22至25所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述選擇器裝置設置為使得當傳遞制動力時，所述第一接合件組驅動地接合所述已接合的齒輪，且所述第二接合件組處于空載狀態(tài)，并且當傳遞驅動力時，所述第二接合件組驅動地接合所述已接合的齒輪，且所述第二接合件組然后處于空載狀態(tài)。
27.根據權利要求22至24中任一項所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述電磁致動器裝置設置用來將加載的接合件組向未接合齒輪偏壓，而不將所述加載的接合件組與所述已接合齒輪脫開。
28.根據權利要求22至25中任一項所述的傳動系統(tǒng)，其中，所述第一及第二接合件組設置為在使用中隨所述第一軸旋轉。
全文摘要
用于將可旋轉體聯接在一起的聯接裝置，包括第一及第二可旋轉體(1、3或1、5)；多個聯接件(19、21、28、30)，用于選擇性地把第一及第二可旋轉體聯接在一起，以在可旋轉體之間傳遞驅動力；以及電磁致動器裝置(26)，用于控制聯接件的接合。本發(fā)明還涉及一種包括聯接裝置的傳動系統(tǒng)。該傳動系統(tǒng)包括第一及第二傳動軸(1、7)；裝配在軸上的第一及第二齒輪組(15、17)，用于在軸之間傳遞驅動力，每個齒輪組包括裝配在第一軸(1)上的第一齒輪(3、5)，相對第一軸旋轉，第一齒輪具有多個傳動構造(19、21)；以及裝配在第二軸(7)上的第二齒輪(9、11)，隨第二軸旋轉；選擇器裝置(13)，用于選擇性地在第一軸和第一或第二齒輪組之間傳遞驅動力，包括多個接合件(28、30)，用于接合傳動構造(19、21)；以及電磁致動器裝置(26)，用于控制接合件與傳動構造的接合。
文檔編號F16H63/30GK1853053SQ200480026683
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月16日 優(yōu)先權日2003年9月18日
發(fā)明者威廉·韋斯利·馬丁 申請人:哲若希福有限公司