BR102020023855A2

BR102020023855A2 - Dispositivo limitador de torque, e, método para operar um dispositivo limitador de torque

Info

Publication number: BR102020023855A2
Application number: BR102020023855-8A
Authority: BR
Inventors: Bruno Seminel
Original assignee: Ratier-Figeac Sas
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2021-08-24
Also published as: CN113266654A; US20230228301A1; EP3865725B1; US11913502B2; CA3101366A1; EP3865725A1; US20210254674A1; US11635112B2

Abstract

dispositivo limitador de torque, e, método para operar um dispositivo limitador de torque um dispositivo limitador de torque 2 compreende um eixo de entrada 4 tendo uma primeira superfície de contato 12 e um eixo de saída 6 tendo uma segunda superfície de contato 14 que está voltada para a primeira superfície de contato 12. os eixos de entrada e saída 4, 6 são operáveis em uma posição engatada em que essas superfícies de contato 12, 14 são colocadas em engate mecânico e em uma posição desengatada em que as superfícies de contato 12, 14 são separadas. um mecanismo de desvio fornece uma força de desvio que desvia mecanicamente os eixos de entrada e saída em uma das posições e ajusta um torque de limiar. um eletroímã 22 é arranjado para fornecer seletivamente uma força eletromagnética que se opõe à força de desvio quando uma corrente de ativação é fornecida. um arranjo de sensor de rotação 30, 32 mede uma rotação respectiva do eixo de entrada 4 e do eixo de saída 6. um controlador 24 determina uma diferença em rotações dos eixos 4, 6 e fornece seletivamente a corrente de ativação para o eletroímã 22, de modo a desengatar os eixos de entrada e saída 4, 6 quando a diferença de rotação ultrapassa um limiar.

Description

DISPOSITIVO LIMITADOR DE TORQUE, E, MÉTODO PARA OPERAR UM DISPOSITIVO LIMITADOR DE TORQUE

Campo Técnico

[001] Esta divulgação se refere a um dispositivo limitador de torque, em particular um 'limitador de torque desembreável' para engatar e desengatar seletivamente primeiro e segundo eixos. Tal dispositivo limitador de torque pode ser aplicável em particular, mas não está limitado a, aplicações aeroespaciais.

Fundamentos

[002] Em muitas aplicações incluindo, mas não se limitando a, aplicações aeroespaciais, é desejável fornecer transmissão de potência seletiva de um eixo de acionamento (ou 'entrada') para um eixo acionado (ou 'saída'). Por exemplo, um motor pode ser disposto para acionar o eixo de entrada (isto é, fazer com que ele gire em torno de seu eixo principal), onde essa rotação será transmitida a um eixo adicional - isto é, o eixo de saída - que não tem ele mesmo uma conexão direta com o motor. Um mecanismo de embreagem fornece um meio para engatar e desengatar seletivamente os eixos, isto é, colocá-los ou retirá-los de comunicação física respectivamente, a fim de permitir ou impedir transmissão de potência.

[003] Geralmente, arranjos de mecanismos de embreagem variam uma distância entre as superfícies de contato dos eixos, para permitir seletivamente transmissão de potência. Por exemplo, a superfície de contato do eixo de saída pode ser movida axialmente ao longo de seu eixo de rotação para colocá-la e retirá-la de contato com a superfície de contato do eixo de entrada. Existem inúmeros mecanismos de embreagem diferentes conhecidos na técnica per se. Por exemplo, uma embreagem de fricção opera colocando faces opostas dos dois eixos em contato físico, seja diretamente ou via uma placa de fricção interveniente. Devido ao contato friccional entre as faces quando em contato uma com a outra, a rotação de um eixo transmite a rotação do outro eixo. Outro tipo de embreagem é uma embreagem de 'esfera e rampa', em que a superfície de um eixo é fornecida com uma série de saliências em forma de esfera que engatam com uma série de ranhuras tipo rampa correspondentes na superfície oposta do outro eixo. Novamente, o engate mecânico entre os eixos quando em contato causa a rotação de um eixo para acionar a rotação do outro eixo.

[004] Um problema com tais arranjos é que as superfícies de contato dos eixos podem sofrer torque excessivo quando um dos eixos gira em uma velocidade diferente do outro. Isso pode ocorrer, por exemplo, se houver um congestionamento ou bloqueio a jusante do eixo de saída. Isso pode causar uma desaceleração rápida do eixo de saída a qual, por sua vez, pode causar um grande 'sobretorque' no eixo de entrada e em componentes a montante por causa do carregamento inercial de componentes a montante, por exemplo, o próprio motor e/ou o trem de engrenagens.

[005] Danos de componentes a montante são indesejáveis em muitas aplicações, mas é particularmente importante evitar problemas decorrentes de excesso de torque em aplicações aeroespaciais. Em particular, esta é uma consideração importante em sistemas de acionamento de reversão de empuxo (TRAS) e sistemas de alta sustentação, ambos os quais são sistemas aeroespaciais conhecidos na técnica per se. Em resumo, um TRAS fornece um mecanismo através do qual empuxo pode ser comutado de uma configuração para frente (isto é, a configuração usada para impulsionar a aeronave para frente) para uma configuração reversa (por exemplo, para fornecer frenagem para reduzir a distância de parada na pista). Um sistema de alta elevação fornece um mecanismo na asa da aeronave que aumenta a sustentação, por exemplo, atuando flapes e/ou aerofólios auxiliares na asa. Outras aplicações incluem sistemas de atuação de controle de voo primário e secundário.

[006] É, portanto, um objetivo da presente divulgação proteger componentes mecânicos conectados a um mecanismo de embreagem de torques excessivos, por exemplo, torques causados por uma obstrução a jusante da embreagem.

Sumário da Divulgação

[007] De acordo com um primeiro aspecto, a presente divulgação fornece um dispositivo limitador de torque compreendendo:
um eixo de entrada disposto para ser acionado por um torque aplicado externamente, de modo que ele gire em torno de um primeiro eixo, o referido eixo de entrada compreendendo uma primeira superfície de contato;
um eixo de saída giratório em torno de um segundo eixo, em que o segundo eixo é substancialmente coaxial com o primeiro eixo, o referido eixo de saída compreendendo uma segunda superfície de contato voltada para a primeira superfície de contato e em que os eixos de entrada e saída são operáveis em uma posição engatada, em que a primeira e a segunda superfícies de contato são colocadas em engate mecânico, e uma posição desengatada, em que a primeira e a segunda superfícies de contato são separadas;
um mecanismo de desvio disposto para fornecer uma força de desvio que desvia os eixos de entrada e saída em uma das posições;
um eletroímã disposto para fornecer uma força eletromagnética que se opõe à referida força de desvio quando uma corrente de ativação é passada através de uma bobina do referido eletroímã, desse modo operando os eixos de entrada e saída na outra das referidas posições;
um arranjo de sensor de rotação disposto para medir uma rotação do eixo de entrada e uma rotação do eixo de saída; e
um controlador disposto para determinar uma diferença entre a rotação do eixo de entrada e a rotação do eixo de saída, o referido controlador sendo ainda disposto para fornecer seletivamente a corrente de ativação para a bobina do eletroímã, de modo que os eixos de entrada e saída sejam operados na posição desengatada quando a diferença ultrapassar um limiar.

[008] Assim, será apreciado que aspectos da presente divulgação fornecem um dispositivo limitador de torque (isto é, um arranjo de embreagem de torque limitado) no qual excesso de torque causa deslizamento (isto é, uma diferença em velocidade de rotação entre os eixos de entrada e saída). Este deslizamento pode ser detectado e, quando um grau suficientemente significativo de deslizamento é detectado (conforme estabelecido por seleção adequada do limiar ao qual a diferença de rotação é comparada), os eixos de entrada e saída são afastados para a posição desengatada. Assim que qualquer 'deslizamento' significativo entre os eixos de entrada e saída for detectado, a corrente no eletroímã é comutada de modo a conduzir os eixos para a posição desengatada.

[009] Em geral, o torque (T) que pode ser transmitido é uma função da força de desvio entre as superfícies de contato (F), o raio médio da superfície de contato (R) e o coeficiente de atrito (f): T = F x R x f. Assim, a porção de desvio pode vantajosamente permitir controle do ajuste de 'torque de deslizamento' Especificamente, o torque de deslizamento depende da força de desvio fornecida pela porção de desvio. Em outras palavras, a porção de desvio determina o limiar de torque o qual, uma vez ultrapassado, causa deslizamento. Quando um deslizamento suficientemente grande é detectado, o controlador causa desengate dos eixos de entrada e saída, impedindo transmissão de potência substancialmente imediatamente.

[0010] Tal arranjo pode ser particularmente vantajoso em aplicações aeroespaciais, tal como em TRAS e/ou sistemas de alta sustentação. A capacidade de desengatar rapidamente o eixo de saída do eixo de entrada em resposta a um grande torque (que causa deslizamento no mecanismo aqui divulgado) entre os eixos é particularmente benéfica a fim de proteger os componentes "a montante" (isto é, componentes a montante do eixo de entrada) em resposta a uma obstrução (por exemplo, a jusante do eixo de saída).

[0011] Em alguns exemplos, a primeira e a segunda superfícies de contato são colocadas em contato direto na posição engatada. No entanto, em alguns outros exemplos, o mecanismo de embreagem compreende ainda uma placa de fricção tendo primeira e segunda superfícies de placa de fricção em lados opostos da mesma, em que a primeira e a segunda superfícies de contato são colocadas em contato com a primeira e a segunda superfícies de placa de fricção, respectivamente, na posição engatada, por exemplo, sob uma força de desvio controlada. Esta placa de atrito pode, apenas a título de exemplo, ser feita ou revestida com carbono. Por exemplo, algumas superfícies de contato (por exemplo, um flange na extremidade de cada eixo) podem tipicamente ser feitas de aço e podem, a título de exemplo não limitativo, ser endurecidas localmente com cementação, endurecimento por indução ou nitretação. Quando fornecida, uma placa de atrito (às vezes referida como um 'disco de atrito' ou 'disco de fricção') pode ser feita de materiais que são tipicamente usados para pastilhas de freio (isto é, para uso automotivo, por exemplo, pastilhas de freio de carro), por exemplo, materiais sinterizados, carbonocarbono (freios A/C), etc.

[0012] O conjunto de embreagem pode, portanto, contar com o 'atrito de contato' entre as superfícies de contato na posição engatada, a fim de que o eixo de entrada transmita torque para o eixo de saída. No entanto, em um conjunto de exemplos, uma das superfícies de contato compreende uma ou mais saliências e a outra das superfícies de contato compreende uma ou mais ranhuras, em que as saliências são dispostas para engatar mecanicamente as ranhuras na posição engatada. Essas saliências podem ser tipo esfera', isto é, podem ter uma estrutura convexa, enquanto as ranhuras podem ser 'tipo rampa', isto é, podem ter uma estrutura côncava.

[0013] Em um conjunto alternativo de exemplos, cada uma das superfícies de contato compreende uma ou mais ranhuras, em que pelo menos um elemento rotativo está disposto em pelo menos uma das referidas ranhuras, em que, na posição engatada, o elemento rotativo engata mecanicamente em uma ranhura respectiva em cada uma das superfícies de contato. Em alguns desses exemplos, cada ranhura em uma superfície de contato corresponde a uma ranhura correspondente na outra superfície de contato, em que há pelo menos um elemento rotativo por par combinado de ranhuras. Essas ranhuras podem ser 'tipo rampa'. Assim, o mecanismo de embreagem pode usar um mecanismo de 'esfera e rampa' para fornecer transmissão de potência. Será apreciado que, em comparação com um arranjo de atrito de contato, tal arranjo de esfera e rampa pode exigir que as superfícies de contato sejam afastadas por uma distância maior a fim de que os eixos desengatem, onde a distância é ajustada pela altura das saliências.

[0014] O(s) elemento(s) rotativo(s) pode(m), em alguns exemplos, compreender uma esfera ou um rolo. Assim, em tais exemplos, as esferas (ou rolos, ou algum outro elemento rotativo) podem girar livremente dentro da(s) ranhura(s), produzindo menos atrito do que engates tipo 'deslizante', tal como o mecanismo descrito acima.

[0015] Com um mecanismo de atrito de contato, a distância entre as superfícies de contato necessária para desengate pode ser mínima, por exemplo, ela pode estar na escala de décimos de um milímetro. Fornecendo a distância entre as superfícies de contato necessária a fim de atingir desengate relativamente pequena (por exemplo, aproximadamente 1-2 mm), a força eletromagnética produzida pelo eletroímã, quando a corrente de ativação é passada através da bobina, pode ser suficiente para causar a comutação entre posições de operação sozinha. No entanto, em alguns exemplos, o eletroímã pode ser disposto para mover um garfo mecânico, em que o movimento do referido garfo aciona os eixos de entrada e saída entre as posições engatada e desengatada. Isso pode ser vantajoso em arranjos onde distâncias maiores são necessárias para desengate das superfícies de contato, pois isso pode permitir uso de um eletroímã menor do que seria necessário caso o eletroímã fosse necessário para afastar as superfícies de contato sozinho. Isso pode ser particularmente benéfico para mecanismos de embreagem de esfera e rampa, tal como aqueles delineados acima, mas também pode ser útil para mecanismos de atrito de contato.

[0016] A fim de permitir comutação entre as posições engatada e desengatada, pelo menos uma das superfícies de contato pode ser móvel ao longo do eixo geométrico de seu respectivo eixo, desse modo proporcionando movimento entre as posições engatada e desengatada. No entanto, em um conjunto de exemplos, a segunda superfície de contato é axialmente móvel ao longo do segundo eixo geométrico, desse modo proporcionando movimento entre as posições engatada e desengatada. Assim, em um conjunto de exemplos, a primeira superfície de contato é estática na direção axial (isto é, ela não se move ao longo do primeiro eixo geométrico), mas a segunda superfície de contato é móvel na direção axial (isto é, ela pode se mover ao longo do segundo eixo geométrico). Geralmente, mover axialmente a superfície de contato do eixo de saída leva a um projeto mais simples do que mover axialmente a superfície de contato do eixo de entrada. Por exemplo, como a bobina eletromagnética também não está girando, não há nenhuma rotação relativa entre a bobina e o eixo de saída quando na posição desengatada e, assim, estes podem estar em contato direto, potencialmente levando a um projeto mais simples.

[0017] Será apreciado que os princípios da presente invenção se aplicam independentemente de se a posição 'normal' (isto é, quando nenhuma, ou pelo menos insuficiente, corrente circula através da bobina do eletroímã) ser a posição engatada ou a posição desengatada. O mecanismo de desvio pode compreender qualquer meio adequado para desviar os eixos para a posição apropriada. Em alguns exemplos, o mecanismo de desvio compreende um elemento resiliente, em que a força de desvio é fornecida pelo referido elemento resiliente. Em alguns exemplos, o elemento resiliente compreende uma mola, por exemplo, uma mola helicoidal. Em alguns exemplos, a mola compreende uma arruela Belleville. Em alguns exemplos, a porção de desvio pode incluir uma pluralidade de elementos resilientes (por exemplo, molas, tal como arruelas Belleville). Aqueles versados na técnica apreciarão que uma arruela Belleville (às vezes referida como uma 'plana de disco cônico', arruela de mola cônica, mola de disco, mola Belleville ou arruela de pressão côncava) é uma arruela tendo um formato substancialmente frustocônico que fornece à arruela comportamento tipo mola.

[0018] Em alguns exemplos, a porção de desvio compreende ainda uma porção de pré-carga variável disposta para variar o limiar. Ao mudar a força de pré-carga da porção de desvio, o torque de deslizamento de limiar no qual o mecanismo de embreagem comuta para a posição desengatada pode ser ajustado de acordo com a relação T = F x R x f delineada acima.

[0019] Em um conjunto de exemplos, a força de desvio desvia os eixos de entrada e saída para a posição engatada, em que a força eletromagnética que se opõe à força de desvio quando uma corrente de ativação é passada através de uma bobina do referido eletroímã opera os eixos de entrada e saída na posição desengatada. Em tais exemplos, a embreagem está 'normalmente engatada', isto é, na ausência da corrente de ativação, os eixos de entrada e saída estão em engate mecânico, de modo que transmissão de potência ocorra. Em tais exemplos, a embreagem 'falha fechada', de modo que no caso de perda de potência para o eletroímã, o eixo de entrada é capaz de continuar a transmitir potência para o eixo de saída desimpedido, assumindo que nenhum mecanismo adicional impeça a transmissão de potência.

[0020] No entanto, em um conjunto alternativo de exemplos, a força de desvio desvia os eixos de entrada e saída para a posição desengatada, em que a força eletromagnética que se opõe à força de desvio quando uma corrente de ativação é passada através de uma bobina do referido eletroímã opera os eixos de entrada e saída na posição engatada. Assim, de acordo com tais exemplos, a embreagem é 'normalmente desengatada', isto é, na ausência da corrente de ativação, os eixos de entrada e saída são fisicamente separados, de modo que a transmissão de potência seja impedida. Consequentemente, a embreagem 'falha aberta', de modo que, no caso de perda de potência para o eletroímã, o eixo de entrada é incapaz de transmitir potência para o eixo de saída.

[0021] Em alguns exemplos, o arranjo do sensor de rotação determina uma diferença entre uma frequência de rotação do eixo de entrada e uma frequência de rotação do eixo de saída. A frequência de rotação corresponde à velocidade de rotação (isto é, a taxa angular) do eixo. Em operação normal, as respectivas velocidades dos eixos de entrada e saída devem ser substancialmente iguais. Se essas velocidades não forem iguais, haverá uma diferença nas frequências de rotação dos eixos. Se essa diferença de frequência for suficientemente grande, isso pode indicar deslizamento entre os eixos, por exemplo, devido a uma obstrução a jusante.

[0022] O arranjo de sensor de rotação pode receber sinais de sensores de rotação externos ao dispositivo limitador de torque, por exemplo, sensores de velocidade localizados em, por exemplo, um motor, uma dobradiça de painel reversor, etc. No entanto, em alguns exemplos, o arranjo de sensor de rotação compreende pelo menos um sensor de rotação (isto é, a velocidade de rotação é detectada internamente ao dispositivo limitador de torque). Em alguns exemplos, o arranjo de sensor de rotação compreende um primeiro sensor de rotação disposto para determinar a frequência de rotação do eixo de entrada e um segundo sensor de rotação disposto para determinar a frequência de rotação do eixo de saída.

[0023] Em alguns exemplos potencialmente sobrepostos, o arranjo de sensor de rotação determina uma diferença entre uma fase de rotação do eixo de entrada e uma fase de rotação do eixo de saída. Em um conjunto de tais exemplos, o arranjo de sensor de rotação determina uma taxa de mudança da diferença entre uma fase de rotação do eixo de entrada e uma fase de rotação do eixo de saída. Aqueles versados na técnica apreciarão que, desde que as velocidades de rotação dos eixos de entrada e saída sejam iguais, a fase relativa entre suas rotações permanecerá constante. No entanto, se a fase relativa mudar ou mudar com o tempo (isto é, há um desvio de fase), isso pode indicar deslizamento.

[0024] Há uma série de sensores de rotação que podem ser usados para fornecer medições adequadas da rotação dos eixos de entrada e saída, de modo que uma diferença entre eles possa ser determinada, desse modo fornecendo uma medida de deslizamento. No entanto, em alguns exemplos, pelo menos um dos eixos de entrada e saída compreende um arranjo dentado, em que o arranjo de sensor de rotação detecta um movimento do arranjo dentado para determinar a rotação do eixo. Em alguns exemplos, ambos os eixos compreendem um respectivo arranjo dentado. Onde apenas um eixo compreende um arranjo dentado, este será tipicamente o eixo que para quando deslizamento é detectado, o qual em um conjunto de exemplos é o eixo de saída.

[0025] Em um conjunto de tais exemplos, o sensor de rotação compreende um sensor de efeito Hall disposto para determinar a rotação do arranjo dentado. Onde múltiplos sensores de rotação são fornecidos, cada um destes pode compreender um respectivo sensor de efeito Hall. Aqueles versados na técnica apreciarão que um sensor de efeito Hall detecta um campo magnético próximo ao sensor e, assim, com seleção adequada de material do arranjo dentado (por exemplo, um material de metal ferromagnético), os dentes do arranjo dentado causarão uma variação no campo magnético próximo ao sensor de efeito Hall, onde a variação no campo magnético fornece uma medida da rotação do eixo correspondente. A frequência da variação pode fornecer uma medida da velocidade de rotação, enquanto a fase da variação pode ser usada para determinar uma diferença de fase entre os dois eixos, conforme delineado acima. Tal arranjo forma uma 'roda fônica', onde a velocidade de rotação pode ser determinada, por exemplo, utilizando conhecimento prévio do número e espaçamento dos dentes. Onde dois sensores de rotação baseados no efeito Hall são fornecidos, cada um pode ser disposto para observar movimento de um respectivo arranjo dentado no eixo correspondente.

[0026] Adicionalmente ou alternativamente, o sensor de rotação pode compreender um sensor óptico. Um tal sensor óptico pode determinar a rotação dos eixos, por exemplo, detectando opticamente o movimento de um arranjo dentado ou uma marcação óptica no eixo.

[0027] O primeiro aspecto da presente divulgação se estende até um sistema de atuação de reversão de empuxo ou sistema de alta sustentação compreendendo um dispositivo limitador de torque de acordo com qualquer um dos exemplos da presente divulgação descritos acima.

[0028] Quando visto de um segundo aspecto, os exemplos da presente divulgação fornecem um método para operar um dispositivo limitador de torque, o método compreendendo:
monitorar uma diferença em rotação entre um eixo de entrada e um eixo de saída;
fornecer seletivamente corrente a um eletroímã, desse modo movendo um do eixo de entrada e dos eixos de saída em relação ao outro contra uma força de desvio;
determinar quando a diferença em rotação ultrapassa um limiar; e
desengatar o eixo de entrada do eixo de saída quando a diferença em rotação ultrapassa o limiar.

[0029] O método do segundo aspecto pode ser aplicado a um dispositivo limitador de torque, sistema de atuação de reversão de empuxo ou sistema de alta sustentação de acordo com quaisquer exemplos do primeiro aspecto da divulgação delineado acima.

Breve Descrição dos Desenhos

[0030] Certos exemplos da presente divulgação serão agora descritos com referência aos desenhos anexos nos quais:
A Fig. 1 é um diagrama esquemático de um dispositivo limitador de torque na posição desengatada de acordo com um exemplo da presente divulgação;
A Fig. 2 é um diagrama esquemático do dispositivo limitador de torque da Fig. 1 na posição engatada;
A Fig. 3 é um gráfico que mostra o torque Tlimitado do dispositivo da Fig. 1 em comparação com um dispositivo da técnica anterior;
As Figs. 4A-C são diagramas esquemáticos de uma interface esfera e rampa; e
A Fig. 5 é um diagrama esquemático de um arranjo de forquilha e solenoide.

Descrição Detalhada

[0031] A Fig. 1 é um diagrama esquemático de um dispositivo limitador de torque 2 na posição desengatada de acordo com um exemplo da presente divulgação. A Fig. 2 é um diagrama esquemático de um dispositivo limitador de torque 2 da Fig. 1 na posição engatada. O mecanismo de embreagem 2 é posicionado dentro de um alojamento 3 que não gira por si.

[0032] O dispositivo limitador de torque 2 das Figs. 1 e 2 compreende um eixo de entrada 4 e um eixo de saída 6. O eixo de entrada 4 é um eixo de 'acionamento' e está disposto para ser conectado a um motor (não mostrado) ou algum outro meio de acionamento adequado que transmita um torque aplicado externamente no eixo de entrada 4, desse modo fazendo-o girar em torno de seu eixo geométrico principal 8. Será apreciado que o 'eixo geométrico principal' de um eixo está ao longo da direção axial, com o eixo considerado um cilindro.

[0033] O eixo de saída 6 é um eixo "acionado" e gira em torno de seu eixo geométrico principal 10 em resposta a um torque transferido do eixo de entrada 4 quando na posição engatada, conforme delineado em mais detalhes abaixo com referência à Fig. 2. Os eixos 4, 6 são coaxiais entre si, isto é, seus eixos geométricos 8, 10 coincidem. Na posição desengatada, há uma folga entre as superfícies de contato 12, 14, como mostrado na Fig. 1, de modo que nenhum torque seja transferido, desse modo evitando transmissão de potência.

[0034] Na posição engatada, uma superfície de contato 12 do eixo de entrada 4 é colocada em engate com uma superfície de contato 14 do eixo de saída 6. Embora essas superfícies de contato 12, 14 possam ser colocadas diretamente em contato (o que pode envolver fornecer as superfícies de contato 12, 14 com revestimentos de intensificação de atrito adequados, dependendo dos materiais dos quais as próprias superfícies de contato 12, 14 são feitas), neste exemplo, uma placa de atrito 16 é fornecida entre as superfícies de contato 12, 14.

[0035] Essa placa de atrito 16 é de uma construção em forma de disco e tem faces opostas que são colocadas em contato com as superfícies de contato 12, 14 na posição engatada, como mostrado na Fig. 2.

[0036] Uma arruela Belleville 18 é fornecida que, neste exemplo, desvia a segunda superfície de contato 14 (isto é, a superfície de contato do eixo de saída 6) em direção à superfície de contato 12 do eixo de entrada 4 e, portanto, para engate mecânico com a placa de atrito 16, como mostrado na Fig. 2. Esta arruela Belleville 18, portanto, age como uma mola que aplica uma força de mola que 'impele' a embreagem para a posição engatada na ausência de qualquer força oposta suficiente.

[0037] Uma porca 20 é fornecida no eixo de saída 6, onde o ajuste desta porca 20 varia a força de mola de "pré-carga" aplicada na segunda superfície de contato 14 pela arruela Belleville 18. O torque (T) que pode ser transmitido é uma função da força de desvio entre ambas (F), o raio médio da superfície de contato (R) e o coeficiente de atrito (f): T = F x R x f.

[0038] Assim, com escolha adequada da força F a partir da porção de desvio, um limiar de torque Tlimiar pode ser ajustado, como pode ser visto no gráfico da Fig. 3, em que este torque de limiar Tlimiar corresponde ao ajuste de 'torque de deslizamento' do dispositivo 2. Especificamente, o gráfico da Fig. 3 mostra gráficos do torque Tlimitado do dispositivo 2 de acordo com o exemplo da presente divulgação e o torque Ttécnica_anterior associado a um dispositivo sem o limitador de torque.

[0039] No dispositivo divulgado 2, quando o binário ultrapassa o limiar de torque Tlimiar, o eixo de entrada 4 e o eixo de saída 6 são imediatamente desengatados, levando a uma rápida redução em torque e prevenção de transmissão de potência substancialmente imediatamente. Assim, o torque é 'grampeado' no valor de limiar Tlimiar. Isso pode ajudar a evitar danos a outros componentes mecânicos que ocorreriam como resultado do torque ultrapassando este valor, como pode ocorrer com o arranjo da técnica anterior.

[0040] Um eletroímã 22 está disposto para fornecer uma força eletromagnética que se opõe à força de desvio da arruela Belleville 18 quando uma corrente de ativação é passada através de uma bobina do eletroímã 22. Essa corrente é fornecida por um controlador 24, cujos detalhes são descritos em mais detalhes abaixo. O eletroímã 22 não gira e é tipicamente fixado ao alojamento 3.

[0041] Cada uma das superfícies de contato 12, 14 (ou, mais geralmente, o flange na extremidade dos eixos 4, 6, cujas extremidades formam as superfícies de contato 12, 14) é fornecida com um respectivo arranjo dentado 26, 28. Esses arranjos dentados 26, 28 são formados gravando ranhuras no diâmetro externo das superfícies de contato 12, 14. Um par de sensores de rotação 30, 32 está disposto na proximidade dos arranjos dentados 26, 28. Especificamente, os sensores de rotação 30, 32 são sensores de efeito Hall, isto é, eles detectam variação na 'massa ferromagnética' na frente do sensor. Esses sensores de rotação 30, 32 não giram e são tipicamente fixados ao alojamento 3.

[0042] Quando as superfícies de contato 12, 14 giram com seus eixos correspondentes 4, 6, os respectivos sensores de rotação 30, 32 detectarão flutuações na massa ferromagnética em frente do sensor 30, 32 conforme eles são apresentados alternadamente a porções dos diâmetros externos das superfícies de contato 12, 14 tendo diferentes alturas devido aos arranjos dentados 26, 28 (isto é, dependendo de se é uma porção ranhurada do diâmetro externo ou não). Cada sensor de rotação 30, 32 gera um respectivo sinal que é alimentado ao controlador 24.

[0043] O controlador 24 determina se o deslizamento está ocorrendo a partir de uma diferença em rotação entre os sinais dos sensores de rotação 30, 32. O deslizamento pode ser detectado comparando as respectivas frequências dos sinais dos sensores de rotação 30, 32. A frequência dos sinais desses sensores 30, 32 corresponde à velocidade de rotação (isto é, a taxa angular) do respectivo eixo 4, 6.

[0044] Em operação normal, as respectivas velocidades dos eixos de entrada e saída 4, 6 devem ser substancialmente iguais. No entanto, se as velocidades desses eixos 4, 6 não forem iguais, haverá uma diferença nas frequências de rotação dos eixos. Se essa diferença de frequência for suficientemente grande, isso pode indicar deslizamento entre os eixos, por exemplo, devido a uma obstrução a jusante. O controlador 24 compara a diferença de frequência com um valor de limiar. Se a diferença de frequência ultrapassar o limiar, o controlador 24 fornece uma corrente de ativação para a bobina do eletroímã 22, desse modo dando origem a uma força eletromagnética atrativa que puxa a superfície de contato 14 do eixo de saída 6 para longe da superfície de contato 12 do eixo de entrada 4.

[0045] O controlador 24 também monitora as fases relativas dos sinais dos sensores de rotação 30, 32. Quando a velocidade de rotação do eixo de entrada 4 é igual à velocidade de rotação do eixo de saída 6, a fase relativa entre os sinais de seus respectivos sensores de rotação 30, 32 permanecerá constante. No entanto, se a fase relativa mudar ou mudar com o tempo (isto é, há um desvio de fase), isso pode indicar deslizamento. Se a diferença de tempo entre 'frentes crescentes' e/ou 'frentes decrescentes' dos sinais dos sensores de rotação 30, 32 variar ao longo do tempo, o controlador 24 pode determinar que escorregamento está ocorrendo e fornecer a corrente de ativação para a bobina do eletroímã 22 conforme descrito acima.

[0046] O controlador é, portanto, disposto para fornecer seletivamente a corrente de ativação para a bobina do eletroímã 22, de modo que os eixos de entrada e saída 4, 6 sejam operados na posição desengatada, como mostrado na Fig. 1, quando deslizamento é detectado. Se a diferença não ultrapassar o limiar, a corrente de ativação não é fornecida e, assim, a força de desvio da arruela Belleville 18 retém a embreagem na posição engatada, conforme mostrado na Fig. 2.

[0047] No exemplo descrito acima, potência é transmitida devido a um contato de atrito entre as faces opostas das superfícies de contato nos eixos de entrada e saída. No entanto, como descrito anteriormente, uma interface de esfera e rampa pode ser fornecida para melhorar o engate mecânico entre essas superfícies, como mostrado nas Figs. 4A-C. Muitas das características deste arranjo são semelhantes àquelas descritas acima, onde numerais de referência semelhantes anexados com um símbolo primo (') indicam componentes semelhantes.

[0048] Neste arranjo, cada superfície de contato 12', 14' é fornecida com uma respectiva ranhura 34, 36. Os elemento rotativos (por exemplo, mancais de esferas ou rolos) são mantidos em uma 'gaiola', como mostrado nas Figs. 4A e 4C. Neste exemplo, os elementos rotativos são mancais de esferas 38. Esses elementos rotativos proporcionam uma interface mecânica entre as superfícies de contato 12', 14' na posição engatada quando eles assentam entre as ranhuras 34, 36 das superfícies de contato 12', 14'. Esses mancais de esferas 38 fornecem um contato rotativo, em vez de um contato deslizante. Em geral, pode haver uma série de elementos rotativos na interface e todos eles podem ser fornecidos em uma superfície de contato 12', 14', ou cada um pode ter uma ou mais.

[0049] Esse arranjo de esfera e rampa pode fazer uso de um arranjo de forquilha e solenoide, um exemplo do qual é mostrado na Fig. 5. Neste exemplo, o eletroímã 22 da Fig. 1 é substituído por uma forquilha e solenoide, onde um solenoide 40 (um tipo de eletroímã) aciona movimento de uma forquilha 42 que, por sua vez, puxa a superfície de contato 14' para a posição desengatada quando torque excessivo é detectado como delineado acima. Isso pode ser vantajoso quando movimento de mais do que alguns milímetros é necessário (isto é, para as ranhuras 34, 36 para 'limparem' suficientemente o espaço ocupado pelos mancais de esferas 38) a fim de que as superfícies de contato 12', 14' mecanicamente desengatem. Será apreciado que maior movimento sob a influência de um eletroímã sozinho é possível, mas exigirá um eletroímã mais poderoso. Exemplos alternativos são contemplados nos quais um motor linear poderia ser usado no lugar do solenoide.

[0050] Embora exemplos específicos da divulgação tenham sido descritos em detalhes, será apreciado por aqueles versados na técnica que os exemplos descritos em detalhes não são limitantes do escopo da divulgação.

Claims

Dispositivo limitador de torque, caracterizado pelo fato de que compreende:
um eixo de entrada disposto para ser acionado por um torque aplicado externamente, de modo que ele gire em torno de um primeiro eixo, o referido eixo de entrada compreendendo uma primeira superfície de contato;
um eixo de saída giratório em torno de um segundo eixo, em que o segundo eixo é substancialmente coaxial com o primeiro eixo, o referido eixo de saída compreendendo uma segunda superfície de contato voltada para a primeira superfície de contato e em que os eixos de entrada e saída são operáveis em uma posição engatada, em que a primeira e a segunda superfícies de contato são colocadas em engate mecânico, e uma posição desengatada, em que a primeira e a segunda superfícies de contato são separadas;
um mecanismo de desvio disposto para fornecer uma força de desvio que desvia os eixos de entrada e saída em uma das posições;
um eletroímã disposto para fornecer uma força eletromagnética que se opõe à referida força de desvio quando uma corrente de ativação é passada através de uma bobina do referido eletroímã, desse modo operando os eixos de entrada e saída na outra das referidas posições;
um arranjo de sensor de rotação disposto para medir uma rotação do eixo de entrada e uma rotação do eixo de saída; e
um controlador disposto para determinar uma diferença entre a rotação do eixo de entrada e a rotação do eixo de saída, o referido controlador sendo ainda disposto para fornecer seletivamente a corrente de ativação para a bobina do eletroímã, de modo que os eixos de entrada e saída sejam operados na posição desengatada quando a diferença ultrapassar um limiar.
Dispositivo limitador de torque de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda superfícies de contato são colocadas em contato direto na posição engatada.
Dispositivo limitador de torque de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo limitador de torque compreende ainda uma placa de atrito tendo primeira e segunda superfícies de placa de atrito em lados opostos da mesma, em que a primeira e a segunda superfícies de contato são colocadas em contato com a primeira e a segunda superfícies de placa de atrito, respectivamente, na posição engatada.
Dispositivo limitador de torque de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que cada uma das superfícies de contato compreende uma ou mais ranhuras, em que pelo menos um elemento rotativo está disposto em pelo menos uma das referidas ranhuras, em que, na posição engatada, o elemento rotativo engata mecanicamente em uma respectiva ranhura em cada uma das superfícies de contato.
Dispositivo limitador de torque de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o eletroímã é disposto para mover uma forquilha mecânica, em que o movimento da referida forquilha aciona os eixos de entrada e saída entre as posições engatada e desengatada.
Dispositivo limitador de torque de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das superfícies de contato é móvel ao longo do eixo geométrico de seu respectivo eixo, desse modo proporcionando movimento entre as posições engatada e desengatada, opcionalmente em que a segunda superfície de contato é axialmente móvel ao longo do segundo eixo geométrico, desse modo proporcionando movimento entre as posições engatada e desengatada.
Dispositivo limitador de torque de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de desvio compreende um elemento resiliente, em que a força de desvio é fornecida pelo referido elemento resiliente, opcionalmente em que o elemento resiliente compreende uma mola, ainda opcionalmente em que a mola compreende uma arruela Belleville.
Dispositivo limitador de torque de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que a força de desvio desvia os eixos de entrada e saída para a posição engatada, em que a força eletromagnética que se opõe à força de desvio quando uma corrente de ativação é passada através de uma bobina do referido eletroímã opera os eixos de entrada e saída na posição desengatada.
Dispositivo limitador de torque de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a força de desvio desvia os eixos de entrada e saída para a posição desengatada, em que a força eletromagnética que se opõe à força de desvio quando uma corrente de ativação é passada através de uma bobina do referido eletroímã opera os eixos de entrada e saída na posição engatada.
Dispositivo limitador de torque de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o sensor de rotação é disposto para determinar uma diferença entre uma frequência de rotação do eixo de entrada e uma frequência de rotação do eixo de saída.
Dispositivo limitador de torque de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o sensor de rotação é disposto para determinar uma diferença entre uma fase de rotação do eixo de entrada e uma fase de rotação do eixo de saída, opcionalmente em que o sensor de rotação está disposto para determinar um taxa de mudança da referida diferença.
Dispositivo limitador de torque de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos eixos de entrada e saída compreende um arranjo dentado, em que o sensor de rotação detecta um movimento do arranjo dentado para determinar a rotação do eixo, opcionalmente em que o cada um dos eixos de entrada e saída compreende um respectivo arranjo dentado.
Dispositivo limitador de torque de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o sensor de rotação compreende um sensor de efeito Hall disposto para determinar a rotação do arranjo dentado.
Sistema de atuação de reversão de empuxo ou sistema de alta sustentação, caracterizado pelo fato de que compreende o dispositivo limitador de torque de qualquer reivindicação anterior.
Método para operar um dispositivo limitador de torque, o método caracterizado pelo fato de que compreende:
monitorar uma diferença em rotação entre um eixo de entrada e um eixo de saída;
fornecer seletivamente corrente a um eletroímã, desse modo movendo um do eixo de entrada e dos eixos de saída em relação ao outro contra uma força de desvio;
determinar quando a diferença em rotação ultrapassa um limiar; e
desengatar o eixo de entrada do eixo de saída quando a diferença em rotação ultrapassa o limiar.