具有螺线管型操作器的电磁离合器组件.pdf

一种电磁离合器组件，其具有螺线管促动的滚珠滑道操作器，并可提供较低的功耗和改进的控制。该电磁离合器组件包括初级或先导摩擦离合器部件以及次级或主要摩擦离合器部件。环形螺线管线圈与环形操作器或插棒式铁芯协同操作。当线圈被激励时，环形铁芯移动并压缩初级或先导摩擦离合器部件。初级或先导摩擦离合器部件的促动延缓了滚珠滑道促动器中的一个零件的运动，而滚珠滑道促动器又压缩设于输入件和输出件上的次级或主要摩擦离合器部件。

1.  一种电磁螺线管型离合器组件(70)，包括：
输入件(84)和同轴地设置的输出件(100)，
具有第一零件(154，154’)和相邻于所述第一零件的第二零件(162，162’)的凸轮操作器，所述第一零件具有多个凸轮面(158，166A)，所述第二零件具有多个凸轮面(164，166B)并与所述输出件相连，从而可与之一起旋转，
第一离合器部件(140)，其具有与所述第一圆形零件花键接合的第一组多个离合器片(142)，以及交错的与所述输入件花键接合的第二组多个离合器片(148)，
螺线管线圈(110)，通过所述螺线管线圈的促动而可运动的环形铁芯(120)，以及与所述环形铁芯相连并可压缩所述第一离合器部件(140)的环形施力板(136)，
第二离合器部件(180)，其具有与所述输入件花键接合的第一组多个离合器片(182)，以及交错的与所述输出件花键接合的第二组多个离合器片(186)。

2.  根据权利要求1所述的电磁螺线管型离合器组件，其特征在于，所述螺线管线圈(110)包括线圈罩(112)，所述线圈罩和所述环形铁芯包括互补式的相对的倾斜滑道(114，122)。

3.  根据权利要求1所述的电磁螺线管型离合器组件，其特征在于，所述组件还包括可容纳所述输入件(84)和减摩轴承(80)的外壳(72)，所述减摩轴承(80)可在所述外壳(72)中可旋转地支撑所述输入件(84)。

4.  根据权利要求3所述的电磁螺线管型离合器组件，其特征在于，所述外壳(72)包括安装法兰(74)，其包括多个适于容纳紧固件的轴向孔(76)。

5.  根据权利要求1所述的电磁螺线管型离合器组件，其特征在于，所述凸轮操作器还包括多个布置在所述凸轮面(158，164)上的载荷传递件(160)。

6.  根据权利要求1所述的电磁螺线管型离合器组件，其特征在于，所述第二圆形零件(162)是布置在所述第二离合器部件(180)附近的压板。

7.  根据权利要求1所述的电磁螺线管型离合器组件，其特征在于，所述组件还包括多个密封件(106，132)，其用于密封所述离合器组件的包含有所述第一和第二离合器部件(140，180)的内部区域，而且所述内部区域包含有离合器液体(208)。

8.  根据权利要求1所述的电磁螺线管型离合器组件，其特征在于，所述组件还包括多个在所述环形铁芯(120)和所述环形施力板(136)之间延伸的短销(124)。

9.  一种具有螺线管操作器的扭矩传递装置，其包括：
可旋转的输入件(84)，
可旋转的输出件(100)，
具有第一和第二凸轮件(154，154’，162，162’)的凸轮操作器，所述第一和第二凸轮件限定了相对的凸轮面(158，166A，164，166B)，所述第一凸轮件与所述输出件相连以便可与之一起旋转，
主离合器(180)，其具有与所述输入件相连的第一组多个离合器片(182)，以及与所述第一组多个离合器片交错且与所述输出件相连的第二组多个离合器片(186)，
螺线管组件，其具有螺线管线圈(110)、环形铁芯(120)以及与所述环形铁芯相连的施力板(136)，和
先导离合器(140)，其具有与所述输入件相连的第一组多个离合器片(142)，以及与所述第一组多个离合器片交错且设置在所述施力板附近的第二组多个离合器片(148)，
其中，所述螺线管线圈的促动使得所述铁芯移动并压缩所述先导离合器。

10.  根据权利要求9所述的扭矩传递装置，其特征在于，所述螺线管线圈(110)布置在线圈罩(112)中，所述线圈罩(112)和所述环形铁芯(120)包括互补式的相对的倾斜滑道(114，122)。

11.  根据权利要求9所述的扭矩传递装置，其特征在于，所述扭矩传递装置还包括可容纳所述输入件(84)和减摩轴承(80)的外壳(72)，所述减摩轴承(80)可在所述外壳(72)中可旋转地支撑所述输入件(84)。

12.  根据权利要求9所述的扭矩传递装置，其特征在于，所述输出件(100)形成有带花键的内部通道(104)。

13.  根据权利要求9所述的扭矩传递装置，其特征在于，所述扭矩传递装置还包括多个在所述环形铁芯(120)和所述环形施力板(136)之间延伸的短销(124)。

14.  根据权利要求9所述的扭矩传递装置，其特征在于，所述扭矩传递装置还包括多个密封件(106，132)，其用于密封所述离合器组件的包含有所述先导离合器部件和所述主离合器部件(140，180)的内部区域。

具有螺线管型操作器的电磁离合器组件
技术领域
本发明大体上涉及电磁离合器，更具体地涉及具有螺线管促动的滚珠滑道操作器(ball ramp operator)的电磁离合器。
背景技术
在用于固定式应用和机动车辆中的旋转式动力传动系统中，由电磁线圈促动或激励的离合器是非常普遍的部件。这种电磁离合器的普遍特征在于，其可提供通-断式能量传递或者调制式能量传递。在前者情况下，可使用包括有辅助同步装置的爪形离合器，而在后者情况下，可以使用具有多个交错布置的摩擦片或摩擦盘的摩擦离合器部件。在任一情况下，可移动或压缩离合器零件的电磁操作器将在通电时促动离合器，而在断电时停用或释放离合器。
电磁离合器的在工程上受到广泛关注的一项设计和操作特征在于功耗。尤其在机动车辆中，希望能够设计并使用具有低功耗的离合器。低功耗本身是必需的，而且还减少了线圈所产生的热量，并且较低的功耗可减少对线圈冷却的需求，提高线圈的使用寿命，并因此成为所需的整体设计目标。
具有低功耗的一种设计通常指凸轮或滚珠滑道促动的离合器。在这里，具有凸轮件或可容纳滚珠或滚柱轴承的相对弧形槽的一对相对的板可在由电磁线圈通电所引起的拖动所引起的相对旋转下产生分离。这种分离压缩了相邻的摩擦离合器部件，这将在摩擦离合器部件上传递驱动能量或扭矩。在由本申请的受让人所共同拥有的美国专利No.4989686中公开了与变速箱相结合的这种装置。
发明内容
一种电磁离合器组件，其具有螺线管促动的滚珠滑道操作器，并可提供较低的功耗和改进的控制。这种电磁离合器组件包括初级或先导摩擦离合器部件和次级或主要摩擦离合器部件。环形线圈及线圈罩可与环形操作器或插棒式铁芯协同操作。当线圈被激励时，环形铁芯移动并压缩初级或先导摩擦离合器部件。先导离合器部件的促动延缓了滚珠滑道促动器中的一个零件的运动，而滚珠滑道促动器又压缩设于输入件和输出件上的次级或主要摩擦离合器部件，从而传递扭矩。摩擦离合器部件最好是湿式的，即容纳于含有离合器液体的密封外壳内。本发明的离合器组件具有较低的功耗和提高的操作线性度。
因此，本发明的一个目的是提供一种具有螺线管型操作器的电磁离合器。
本发明的另一目的是提供一种电磁离合器，其具有螺线管型操作器、滚珠滑道促动器，以及第一和第二摩擦离合器部件。
本发明的又一目的是提供一种电磁离合器，其具有螺线管型操作器以及第一和第二湿式摩擦离合器部件。
本发明的另外一个目的是提供一种电磁离合器，其具有螺线管型操作器和滚珠滑道促动器，并具有较低的功耗和提高的操作线性度。
本发明的另一目的是提供一种电磁离合器，其可用于变速箱、后桥和机动车辆的动力传动系统中的其它部件。
通过参考优选实施例的下述介绍和附图，可以更加清楚本发明的其它目的和优点，在图中采用相同的标号来表示相同的部件、零件或特征。
图1是包括有根据本发明的电磁离合器组件的四轮驱动机动车辆的传动系的示意图，其中该组件具有设置在后差速器附近的螺线管型操作器；
图2是根据本发明的具有螺线管型操作器的电磁离合器组件的完整剖视图；
图3是根据本发明的电磁离合器组件的滚珠滑道促动器沿图2中的线3-3剖开的平面图；
图4是根据本发明的具有螺线管型操作器的电磁离合器组件的局部放大视图；
图5是根据本发明地具有螺线管型操作器的电磁离合器组件沿图3中的线5-5剖开的局部剖视图；和
图6是具有倾斜凸轮面的凸轮促动器的另一实施例的侧视图，该凸轮促动器可用在根据发明的具有螺线管型操作器的电磁离合器组件中。
现在参见图1，图中示意性显示了结合有本发明的四轮驱动车辆的传动系，其以标号10表示。四轮车辆的传动系10包括发动机12，其与驱动桥14相连并直接驱动它。驱动桥14的输出可驱动伞齿轮或螺旋伞齿轮组16，齿轮组16可为初级或前级动力传动系统20提供动力，动力传动系统20包括前级或初级传动轴22、前级或初级差速器24、一对驱动前轴26以及相应的一对前级或初级轮胎和车轮组件28。应当理解，前级或初级差速器24是传统型的。
伞齿轮或螺旋伞齿轮组16还为次级或后级动力传动系统30提供动力，动力传动系统30包括具有适当万向节34的次级传动轴32、后级或次级桥组件36、一对驱动次级或后轴38以及相应的一对次级或后级轮胎和车轮组件40。
上述描述涉及到这样的车辆，即初级动力传动系统20布置在车辆的前部，而次级动力传动系统30布置在车辆的后部，这种车辆通常称为前轮驱动车辆。这里所用的用语“初级”和“次级”分别指在所有时间均提供驱动扭矩的动力传动系统和提供辅助的或间断性的扭矩的动力传动系统。由于这里公开且提出权利要求的本发明可容易地适用于将初级动力传动系统20布置在车辆后部以及将次级传动力传动系统30和第二差速器组件36内的零件布置在车辆前部的车辆，因此在本文中使用了这些用语(初级和次级)而不是前和后。
这样，初级动力传动系统20布置在车辆前部的图1所示内容应当理解为是说明性的而非限制性的，而且所示的部件和部件的大概布局也可同样地适合于初级后轮驱动车辆。在这种车辆中，初级差速器24将代替处于车辆后部的第二差速器组件36，而第二差速器组件36将移到车辆的前部以代替初级差速器24。
控制器或微处理器50与车辆的传动系10相关联，并可从多个传感器中接收信号，并为操作性地设置在第二差速器组件36之前的电磁离合器组件70提供控制信号，即促动信号。具体地说，第一传感器如可变磁阻传感器或霍尔效应传感器52检测右边的初级(前)轮胎和车轮组件28的转速，并为微处理器50提供适当的信号。类似的，第二可变磁阻传感器或霍尔效应传感器54检测左边的初级(前)轮胎和车轮组件28的转速，并为微处理器50提供信号。第三可变磁阻传感器或霍尔效应传感器56检测右边的次级(后)轮胎和车轮组件40的转速，并为微处理器50提供信号。最后，与左边的次级(后)轮胎和车轮组件40相关的第四可变磁阻传感器或霍尔效应传感器58检测其速度，并为微处理器50提供信号。应当理解，速度传感器52，54，56和58可以是独立的即专用的传感器，或者是安装在车辆上的用于防抱死制动系统(ABS)的那些传感器，或者是其它的速度检测和控制设备。还应当理解，虽然在图1中未示出，但每个速度传感器52，54，56和58均与适当的传统计数轮或音轮相关联。
控制器或微处理器50还可接收与驱动桥14的输出速度相关的信息。在前级或初级传动轴22上可使用与音轮64相关联的可变磁阻传感器或霍尔效应传感器62。作为另选，与次级动力传动系统30相关的可变磁阻或霍尔效应传感器66可设置在可驱动第二差速器组件36的驱动桥14的次级输出上的音轮68的附近。控制器或微处理器50包括有软件，其可从传感器52，54，56和58以及传感器62或传感器66中接收并处理信号，确定校正动作以提高车辆的稳定性，保持车辆的控制，和/或对车辆的打滑或其它类似操作状况进行纠正或补偿，并为电磁离合器组件70提供输出信号。
现在参见图1和2，电磁离合器组件70包括圆柱形的钟形外壳72，其具有连续的法兰或多个耳部或凸耳74，它们形成了多个可容纳例如螺纹紧固件(未示出)的通孔76，这些紧固件可便于将离合器组件70安装到图1所示的第二差速器组件36的外壳上和将其从中拆下来。O形密封圈78可促进圆柱形外壳72和第二差速器组件36的外壳之间的液密密封。圆柱形外壳72容纳并支撑了减摩轴承如滚珠轴承组件80，其可自由转动地支撑钟形输入件82。
输入件82优选包括具有外花键86的输入短轴84。输入短轴84也可形成有其它的强制传动构件，例如键槽、六角平头等。外花键86可与形成于法兰90内的互补形内花键88相接合。法兰90可以是万向接头34(如图1所示)的一部分，或者是次级传动轴32的其它部件。法兰90通常包括便于这种连接的通孔92。法兰90优选通过螺母94而保持在输入短轴84上，螺母94容纳在输入短轴84上的阳螺纹96上。第二减摩轴承如滚珠轴承组件98可自由旋转地支撑圆柱形的输出轮毂100。与滚珠轴承组件98相对的输出轮毂100的端部由减摩轴承如滚柱轴承102支撑。输出轮毂100的内柱壁限定了多个内花键或轮齿104。油封106与滚珠轴承组件80和98的相邻并位于它们的外侧，并可在离合器组件70的相邻零件之间提供液密密封。
电磁线圈或螺线管线圈110固定到圆柱形的钟形外壳72上，其位于磁通集中的环形罩112内并受到保护。环形罩112包括倾斜的或截头锥形的表面114。环形罩112通过多个螺栓紧固件116或类似装置而固定在圆柱形外壳72上，在图2中显示了其中一个螺栓。一条或多条导电电缆118为螺线管线圈110提供电能。螺线管线圈110和环形罩112的周围部分是环形的螺线管操作器零件或铁芯120，其具有互补形的倾斜或截头锥形表面122，该表面与环形线圈罩112上的截头锥形表面114对齐并与之相邻。
如图4和5所示，螺线管铁芯120容纳有多个、优选为三个撑杆或短销124，其轴向平行地从螺线管铁芯120中延伸出来，并穿过输入件82的径向和周向延伸部分中的轴向通道126。如果使用三个撑杆或短销124，那么它们之间的角度α将是120°。如果使用四个撑杆或短销124，那么它们之间的角度α将是90°。更通俗地说，无论使用多少个撑杆或短销124，它们都必须绕铁芯120等角度地间隔开。撑杆或短销124优选如图中所示那样具有螺纹，并可使用适当的螺纹锁定配合。作为另选，撑杆或短销124可在螺线管铁芯120的盲孔内形成过盈配合，或者通过延伸穿过铁芯120和短销124的壁的径向定位的止动销(未示出)来固定在铁芯120上，或者例如通过焊接来固定。
各撑杆或短销124均包括可容纳O形密封圈132的周向槽128，密封圈132提供了撑杆或短销124与输入件82的轴向通道126之间的液密密封。撑杆或短销124上的与螺线管铁芯120相对的端部还优选带有螺纹，并且容纳和固定在环形的第一压板或施力板136上。先导或初级摩擦离合器部件140设置在输入件82的径向和周向延伸的部分与第一施力板136之间。可以理解，螺线管线圈110的激励可促使螺线管铁芯120偏向左方，如图2和4所示。由于其封闭了截头锥形表面114和122之间的气隙，因此第一施力板136压缩了先导或初级摩擦离合器部件140。
现参见图2和3，先导或初级摩擦离合器部件140包括第一组多个较大直径的离合器片或离合器盘142，并带有可与输入件82的内表面上的互补形内花键146相接合的外花键144。因此，第一组多个较大直径的摩擦离合器片142可随输入件82一起旋转。第二组多个较小直径的摩擦离合器片或离合器盘148与第一组多个较大直径的离合器片142交错在一起，并具有可与圆形离合器轮毂154上的互补式构造的外花键152相接合的内花键150。第一和第二组多个离合器片142和148均优选包括适当的摩擦离合器纸或材料，这种材料在设于离合器液体中并被其润湿时可最佳地起作用。离合器轮毂154可自由旋转地设置在输出轮毂100上，设于圆形离合器轮毂154和输入轮毂82的相邻的径向且周向延伸的表面之间的减摩滚柱轴承组件156可保证这种自由旋转。
圆形离合器轮毂154包括多个、最好为三个围绕着输出轮毂100的轴线以圆形模式布置的倾斜凹腔158。各凹腔158都形成有螺旋环面的倾斜部分。在各凹腔158中设有载荷传递件，例如滚珠轴承160或类似零件，其可沿着由凹腔158所限定的滑道滚动。较大直径的圆形件162设置成与圆形离合器轮毂154形成相对的关系，并包括类似的多个互补式大小和设置的凹腔164。载荷传递滚珠160容纳并限制在成对的相对凹腔158和164内，凹腔158和164的端部为弯曲的，并且在斜度上比凹腔158和164的内部区域更陡。
可以理解，可以采用其它类似的机械构件来代替凹腔158和164以及载荷传递滚珠160，这些机械构件可响应于它们之间的相对旋转而导致圆形离合器轮毂154和第二圆形件162产生轴向位移。例如，可以采用设置在互补式构造的锥形螺旋体内的楔形滚柱，或者是带有或不带有中问机械构件如滚柱的互补形斜面凸轮。
如图6所示，作为另选，凸轮操作器可包括布置在圆形离合器轮毂154’和较大直径的圆形件162’上的相对的平面凸轮166A和166B。在圆形离合器轮毂154’和圆形件162’相对旋转时，平面凸轮166A和166B以与凹腔158和164及载荷传递滚珠160的动作相似的方式来使离合器轮毂154’和圆形件162’轴向地分开。
凹腔158，164和载荷传递滚珠160以及平面凸轮166A和166B的一项重要的设计考虑在于，电磁离合器组件70的几何形状、整体设计及空间应当保证离合器组件70不会自接合。电磁离合器组件70必须不会自接合，而是必须能够直接地、按比例地响应于控制器或微处理器50所提供的输入信号而可调制地夹紧摩擦离合器部件。
再次参见图2，较大圆形件162包括多个内花键168，它们与输出轮毂100上的外花键或轮齿172相接合，使得较大直径的圆形件162可随输出轮毂100一起旋转。
在较大圆形件162的附近设置了主要或次级摩擦离合器部件180。主要或次级摩擦离合器部件180包括第一组多个较大直径的摩擦离合器片或离合器盘182，它们具有容纳在输入件82上的内花键146中的外花键184。第二组多个较小直径的摩擦离合器片或离合器盘186与第一组多个摩擦离合器片182交错在一起，它们具有可与输出轮毂100上的互补式构造的外花键192相接合的内花键188。这些摩擦片182和186均优选包括摩擦离合器纸或材料，这些材料在设于离合器液体中并被其润湿时可最佳地起作用。圆形轴环196为主要或次级摩擦离合器部件180提供了反作用面，并在输入件82的内表面和滚珠轴承组件98及油封106之间延伸。通过协同操作的弹簧垫圈198和卡环202便可将轴环196保持住。布置在周向槽206中的O形密封圈204在圆形轴环196和输入件82之间提供了适当的密封。
因此，可以理解，大致由输入件82和圆形轴环196所限定的离合器组件的内部区域被O形密封圈106，132和204密封住，从而促进了将离合器液体208保持在其中，并有助于湿式摩擦离合器部件140和180的使用，以及摩擦片142，148，182及186上的相容摩擦材料的使用。
在操作中，对螺线管线圈110施加电能，这就将环形铁芯120拉向环形罩112，从而压缩了先导摩擦离合器部件140，并产生趋向于使第一圆形轮毂154相对于第二圆形件162旋转的牵引力，这导致载荷传递滚珠160在凹腔158和162中向上拱，使得圆形离合器轮毂154和圆形件162分开。圆形件162用作施力板，这种轴向运动压缩了主要或次级摩擦离合器部件180，并在输入件82和输出轮毂100之间传递扭矩。已经发现，螺线管罩112和铁芯之间的磁吸力以及尤其是截头锥形表面114和122之间的倾斜气隙能够提供改进的控制和操作线性度。
在上丈中结合具有主前轮传动系的机动车辆的后差速器而描述了本发明。然而应当理解，根据本发明的具有螺线管型操作器的电磁离合器可广泛地应用于需要精确且可重复调制的离合器操作的机械动力分配系统中。因此，这种电磁离合器可用于机动车辆的动力传动系统上的部件如变速箱等中。
上述公开是发明人为实施本发明所设计出的最佳模式。然而对于电磁离合器组件领域内的技术人员来说很明显，包含了改进和变更的装置是显而易见的。由于上述公开提供了使本领域的技术人员实施本发明的最佳方式，并用于使本领域的任何技术人员能够实现本发明，因此本发明并不限于上述公开，它应当解释为包含了上述这类显而易见的变更，并仅由所附权利要求的范围和精神来限制。