CN101410659B - 促动器装置和换档离合器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种促动器装置(50)，用于借助由电机(33)产生的驱动力(27)使操纵机构(22’)轴向移动，所述促动器装置(50)尤其用于多级变速箱(13)的换档离合器装置(12)，其中所述操纵机构(22’)能轴向移动地支承在旋转轴(14)上，电机(33’)具有固定在外壳上的定子(32)和与所述操纵机构(22’)联接且同轴布置的转子(36’)，并且所述转子(36’)与所述操纵机构(22’)在轴向上以形状配合的方式联接。其中所述转子(36’)或所述操纵机构(22’)具有径向凸起(52)，所述径向突出部分(52)与另一部分(22’或36’)的径向凹槽(54)接合。

Description

促动器装置和换档离合器装置
技术领域
本发明涉及一种用于借助由电机产生的驱动力使操纵机构轴向移位的促动器装置，该促动器装置尤其用于多级变速箱的换档离合器装置，其中，操纵机构可轴向移动地支承在旋转轴上，电机包括转子和固定在外壳上的定子，该转子与操纵机构联接且与操纵机构同轴布置，并且转子与操纵机构在轴向上形成形状配合连接。 
背景技术
文献DE101 03 664A1公开了一种上述类型的促动器装置。 
本发明还涉及一种用于多级变速箱、尤其是汽车的多级变速箱的换档离合器装置，该换档离合器装置包括导套和啮合套，所述导套固定在旋转轴上并且具有导套齿，所述啮合套具有与导套齿啮合的啮合套齿，使得啮合套可轴向移动但不可转动地支承在旋转轴上，该换档离合器装置还包括固定在游滑轮上的离合器体，所述游滑轮可旋转地安装在转动轴上，所述离合器体具有离合器体齿，啮合套齿可以被推入该离合器体齿中，以使游滑轮和旋转轴不可转动地连接，其中啮合套可以通过促动器装置轴向移动。 
文献DE100 21 368A1公开的一种机电式促动器，其中电机的转子为环形轴、行星齿轮架或者被整合到行星齿轮系的行星齿轮中。行星齿轮系中的太阳轮是用于线性驱动的主轴。 
文献DE195 11 287B4公开了一种可机电式操作的盘式制动器。转子设计为空心轴的形式，并且围绕在滚筒螺纹机构形式的减速齿轮周围，该减速齿轮的输出构件起盘式制动器促动构件的作用。在转子和滚筒螺纹机构之间可以插入行星齿轮。 
文献DE10 2004 013 450B4涉及一种用于多级变速箱的换档装置。 换档和同步操作通过电磁方式实现。游滑轮和导套用于传导由定子产生的磁通量。换挡销可轴向移动地安装在导套上，以便与游滑轮形成形状配合连接。 
文献DE199 47 405A1公开的一种中间轴结构型的多级变速箱，其中同步换档离合器的啮合套可以通过电动线性步进电机致动。步进电机可以是磁阻电动机并且可以容置在变速箱壳内。 
此外，文献DE101 03 664A1公开了一种同步器，其中啮合套是电动驱动器的一部分。本此情况下，驱动器可以被设计为线性电动机或者旋转驱动器。在后一情况下，啮合套可相对于主轴旋转地安装，但是可以通过滚动或滑动轴承与后者一起移动。主轴上装有电动元件，并且与两个支承在外壳上的主轴螺母构成转动/移动转换器。 
文献DE10 2005 017 026A1公开的一种用于换档离合器装置的促动器装置，该促动器装置包括与旋转轴线同轴布置的电机，该电机带有转子和固定在外壳上的定子。该转子通过销和螺旋弹簧与环形元件联接。该环形元件可以通过合适的措施相对定子轴向移动，但是不能相对于后者旋转。该环形元件在内圆周上包括环形凸起，该环形凸起与换档离合器装置的啮合套中的外圆周凹槽接合。因此只有在希望啮合套轴向移动时，转子才被驱动。 
发明内容
根据此背景，本发明的目的是提供一种改良的促动器装置。 
对技术领域部分描述的促动器装置而言，上述目的根据本发明的第一方面如下实现，即转子或者操纵机构具有与另一部分的径向凹槽相接合的径向凸起。 
在这种实施方式中，尤其有利的是，在转子和操纵机构之间能够以结构上有利的方式实现形状配合连接，其中不需要专门的轴承例如滚动轴承或滑动轴承。 
因此，促动器装置可以成本低廉且径向紧凑地实现。 
在一种促动器装置的优选实施方式中，转子具有与操纵机构外圆周 凹槽接合的内圆周凸起。 
在这种实施方式中，带外圆周环形凹槽的操纵机构(例如啮合套)的常见结构可以保留。 
在此有利的是，转子通过转动/移动转换器与固定在外壳上的部分联接，使得转子在相对于定子转动的同时沿着轴向移动。 
通过这种方式可以通过紧凑的方式将旋转作用的电机的驱动力转换为操纵机构的轴向位移。 
根据一种尤其优选的实施方式，其中转动/移动转换器在转子外圆周上具有转换器部分。 
这样的转换器部分在结构上很容易实现。 
根据另一种优选实施方式，固定在外壳上的部分由定子构成，使得转动/移动转换器在转子和定子之间起作用。 
在此特别有利的是，不需要单独的部件来调整转动/移动转换器。 
总之，在这种实施方式中，有利的是，凸起被设计成环形肋板，该环形肋板在圆周方向上均匀接合凹槽。 
这种实施方式在摩擦方面具有优点，因为例如相对于拨叉而言，轴向力可以通过相对大的表面传递到操纵机构(如啮合套)上。 
优选地，环形肋板为连续构造，使得可以实现均匀力传递，而操纵机构没有翻倒或倾斜的风险。 
根据本发明的第二方面，上述目标还可以通过用于借助驱动力使操纵机构轴向移动的促动器装置实现，驱动力由电机产生，该促动器装置特别适用于多级变速箱的换档离合器装置，其中操纵机构可轴向移动地安装在旋转轴上，并且电极带有固定在外壳上的定子和与操纵机构联接且同轴布置的转子，其中该转子通过转动/移动转换器与操纵机构联接，使得操纵机构在相对于转子旋转的同时可以沿轴向移动。 
在这种实施方式中，转子在工作时带动操纵机构(由此带动旋转轴)共同旋转。操纵机构在轴向上的移动(偏移)通过操纵机构和转子之间的相对转动实现，即通过在特定时间内以比操纵机构稍快或稍慢的方式驱动转子来实现。
这一实施方式中尤其可以在径向上特别紧凑地实现。 
在根据本发明第二方面的促动器装置中，特别有利的是，转动/移动转换器在转子内圆周上具有转换器部分。 
在这一实施方式中，转动/移动转换器例如可以在转子和操纵机构之间直接起作用。 
此外，有利的是，转子轴向支承在固定于外壳上的部分上。 
这可以例如通过滑动轴承实现。 
特别有利的是，转子或固定在外壳上的部分具有与另一部分的径向凹槽接合的径向凸起。 
在这种实施方式中，所述轴向支承在结构上很容易实现。 
尤其有利的是，凸起被设计为环形肋板，其沿着周向均匀地接合凹槽。 
由此，因为轴向力通过相对大的表面(环形肋板面)传递，所以也能实现摩擦上的优越性。 
根据一种替代实施方式，转子轴向支承在与旋转轴连接的导套(或与旋转轴连接的另一部分或支承在旋转轴本身)上。 
由此，转子的轴向支承可以不通过外壳(或定子)或齿轮系的支承来实现。因此整体上也更容易组装。 
根据本发明的第三方面提出了一种促动器装置，该促动器装置包括带有定子和转子的电机，所述定子和转子与旋转轴同轴布置，其中转子和操纵机构联接，而定子在周向上开出缺口，以便为邻近部件提供了径向结构空间。 
尤其有利的是，在上述促动器装置的一个中使用带有周向缺口的定子。 
特别是在应用于变速箱的情况下，结构空间通常受到例如相邻的平行延伸的轴之类的限制。在这种情况下，定子可以在周向上开缺口，以提供空间。 
为此目的，同样有利的是，定子在外圆周上与相邻的部件匹配，使得定子在外圆周上不是圆的。
在这种实施方式中，通过为定子绕组提供尽可能多的空间，就能有利地利用现有结构空间。因此可以在现有结构空间内实现最大可能的电机功率。在此任何不同于圆形的形状都应被归类于非圆形。 
在此尤其有利的是，定子的外圆周与外壳相匹配。 
总之对于所有实施方式而言，优选的是，在同样包括定子的外壳中，转子不需要单独支承在外壳上。有利地，转子的转动可以通过转动/移动转换器(直接或间接地)传递到操纵机构。 
该转动/移动转换器可以设计为主轴机构、滚珠丝杠、导轨滑槽、弹簧铰链机构等等。 
用于移动操纵机构的轴向力通常不以点式(例如拨叉)传递，而是通过具有大表面的部件传递，因此在摩擦方面问题较少。 
此外有利的是，电机可以起到发电机的作用，例如在从高转速下降至低转速的转速跳跃时。由此可以将旋转运动转化为电能(反馈)。因此换档离合器装置的效率可以得到大幅提升。 
不言而喻，上述和以下有待描述的特征不仅可以以分别的组合使用，也可以以其它组合或单独使用，这都落在本发明范围内。 
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在以下说明书中详细描述。附图为： 
图1示出了根据本发明的换档离合器装置的第一种实施方式的示意性纵向剖视图； 
图2示出了根据本发明的换档离合器装置的第二种实施方式的示意性纵向剖视图； 
图3示出了根据本发明的一种实施方式的促动器装置的一部分的示意性剖视图； 
图4示出了根据本发明的另一种实施方式的促动器装置的示意性剖视图； 
图5示出了在根据本发明的促动器装置中使用的转动/移动转换器 行程的梯度特性曲线。 
图6示出了图1中换档离合器装置的一种改进实施方式的示意性纵向剖视图。 
具体实施方式
在图1中，促动器装置的第一实施方式总的以10表示。 
促动器装置10用于操纵多级变速箱13的换档离合器装置12。在此仅仅示意性示出多级变速箱13。 
换档离合器装置12配属于旋转轴14。在换档离合器装置12的相对侧上，第一游滑轮16和第二游滑轮18可旋转地安装在旋转轴14上。 
换档离合器装置12具有带未详细示出的外导套齿的导套20。导套20不可旋转地固定在旋转轴14上。换档离合器装置12还具有带内啮合套齿的啮合套22。啮合套齿与导套齿啮合，使得啮合套22相对于旋转轴14不可旋转地但可轴向移动地受支承。 
带外离合器齿的第一离合器体24固定在第一游滑轮16上。带相应外离合器体齿的第二离合器体26以同样地方式固定在第二游滑轮18上。 
啮合套22可轴向移动，使得啮合套齿每次推入所述离合器体齿的一个中，以便相应的游滑轮16、18与旋转轴14不可转动地连接。 
轴向推移啮合套22所需的轴向力27由下述电机产生。 
换档离合器装置12可以包含任何常规同步器，例如同步环(未在图1中显示)，但是也可以设计成棘爪式离合器(不带同步器)。 
图1中的28表示球/弹簧闭锁系统，该系统通常用于锥形同步器中。 
此外图1中的30表示旋转轴14的旋转轴线。 
如前所述，驱动力27由电机33产生，该电机33包括定子32和转子36。 
定子32固定在多级变速箱的外壳34上。 
电机33是与转动轴线30同轴的旋转机。电机33例如可以是带永磁激励转子或类似于三相异步电机的转子的无电刷电机。
电机33径向布置在换档离合器装置12的周围。定子32包括电启动线圈(励磁线圈)，该线圈可以例如贯穿外壳34连通。 
转子36通常与定子32在轴向上对齐并且为此而受轴向支承。这可以通过滚动轴承实现。在上述情况下，示意性示出了转子的外圆周上带有环形肋板38形式的凸起，该环形肋板38与固定在外壳上的部分(在上述情况下为定子32)的相应圆周凹槽接合。不言而喻，凸起也可以在定子32上，相应的凹槽可以在转子36上。 
在转子36和啮合套22之间设有转动/移动转换器40，该转换器40例如是螺纹机构、导槽、滚珠丝杠之类。 
在工作过程中，转子36通常与旋转轴14同步旋转，以使转子36和啮合套22之间没有相对转动。因此啮合套22保持轴向位置不变。为了轴向调整啮合套22而相对于旋转轴14减少或增加转子36的转速。由此在旋转方向上相对于啮合套22调制所述转子36。因此相对转动通过转动/移动转换器40直接转换为啮合套22的轴向移动。一旦经过啮合套22的期望的轴向行程，转子36的转速将再次设定为“同步转速”，即与旋转轴14相同的转速。 
因此在本实施方式中，优选的是，在对定子32的励磁线圈进行整流时应当考虑到换档离合器装置12(或旋转轴14)的转速。该转速很容易测得，例如通过监测变速箱输入轴转速或在双离合器变速箱的任意一个传动分路中测得。因为通常都会为此目的提供传感器。 
然后将调整啮合套22所需的相对转速加到“同步转速”上或从“同步转速”减去。 
优选地，换档离合器装置12布置在变速箱13的输出侧(通常中间轴变速箱中布置在输出轴上)。这可以使得安装了多级变速箱13的汽车发动机(例如内燃机)的转速动态性无需以相同程度受到电机33影响。这在高速动态电机33中通常也是可以达到的。 
此外通常可以想到，转子36并不沿轴向支承在定子32上，而是(例如通过啮合套22中的相应凹槽)支承在导套20上(见图6)。 
电机33可以配备用于改变定子32中磁极数量的装置。依此，定子 32的场频可以与换档离合器装置12的对应旋转轴14的转速或转动频率匹配。 
根据本发明的促动器装置10和通过该促动器10控制的根据本发明的换档离合器装置12适用于所有可想到的多级变速箱13，特别适用于自动变速箱、双离合器变速箱等等。在此尤其有利的是，完全不需要使用液压系统。当例如相应的离合器(或双离合器)也并非受液压调节而是受电动调节时，这就特别有利。 
此外，当转子36和/或定子32是分件式构造时，图1中的促动器装置10在组装方面有利。 
优选地，在多级变速箱13中为每个换档离合器装置12设置各自的促动器装置10。因此也可以重叠的方式操作对应于不同换档离合器装置12的档位。 
本发明的优点还在于不需要移位连接和辅助装置(如换档杆)，所以总体上可以使结构紧凑并且减小结构空间。 
行程控制可以通过传感器监测然后调整。但是通过使啮合套22移动到其抵接挡块的终端限位处，也可以不通过行程监测而进行行程控制。这样可以保证，转子36始终处于定子32的场效应区。 
但是，终端挡块也可以通过传感器扫描。 
图2示出了根据本发明的促动器装置50的一种替代实施方式。促动器装置50在功能和结构方面基本与图1中的促动器装置10相似。所以相同的元件用相同的附图标记表示。下面仅仅进一步描述不同之处。 
在促动器装置50中，转动/移动转换器40’布置在转子36’和定子32之间。转子36’在工作过程中通常是静止的。当定子32的励磁线圈通电时，转子36’旋转并在转动/移动转换器40’的作用下轴向移动。优选地，转动/移动转换器40’在此直接布置在定子32和转子36’之间。 
转子36’在轴向上还与啮合套22’以形状配合的方式联接。本上述情况中，转子36’的内圆周上构造有连续环形肋板52形式的凸起。在啮合套22’上以相应的方式构造有与环形肋板52接合的连续的外周径向凹槽54。
同样也可以将凸起或环形肋板布置在啮合套22上，将相应的径向凹槽布置在转子36’上。 
在本实施方式中，有利的是，由于环形肋板52，轴向力通过相对大的表面传递至啮合套22’，使得通常出现在转子36’和啮合套22’之间的转速差能以摩擦的方式予以良好控制。 
图3示意性示出了电机33的剖视图。 
通常将定子32’的内圆周设计为圆形形式并与同样为圆形的转子36的外圆周相匹配。为了使电机33也可以用于狭窄的安装位置例如直接相邻的轴60处，可以在定子32’的多个位置处切口或者断口。图3中61表示这些断口或切口。 
如图4所示，也可以将定子32”或其护套的外圆周设计为非圆形的形式以使定子与邻近部件如外壳34相匹配。 
由此可以将现有结构空间用于布置尽可能大的励磁线圈。也可以通过外壳34实现形状配合式转矩支承。 
图5示意性地示出了转动/移动转换器40在啮合套22行程上的梯度62曲线图。 
从图中可以看出，在从啮合套22零位到同步区域64外的范围中梯度可以相对较小，例如为G1值。 
在同步行程段之外，特性曲线62可以具有极高的梯度值G2。 
总而言之，较高的梯度表示当转角相同时产生的移动行程更大。在啮合套22设定档位的行程阶段中，同步后应尽可能快地与离合器体建立形状配合连接。为了达到这个目标，将梯度提高到较高的值G2，以便在保持转速不变的情况下能更快地移动啮合套22，由此更快地实现形状配合连接。 
图6示出了图1中的换档离合器装置12的一种改进实施方式，该实施方式包括改进过的促动器装置10”’。该促动器装置10”’在功能和结构方面基本上与图1中的促动器装置10对应。所以相同的元件用相同的附图标记表示。以下仅仅进一步描述不同之处。 
在促动器装置10”’中，转子36”’与导套20”’(或其他任何与轴14 固定连接的部件)轴向连接。 
相对于图1中的促动器装置10而言，通过该方式简化了促动器装置10”’的组装耗费。在转子36”’和定子32”’之间不需要直接联接。这些元件可以完全通过气隙相互连接。 
转子36”’和导套20”’通过至少一个与转子36”’的径向凹槽接合的径向销70(但是通常是多个分布在圆周上的径向销70)连接，径向销70在径向凸起伸向导套20”’并且与导套20”’固定连接。为了减少摩擦，转子36”’可以通过一个或多个摩擦环72支承在径向销70上。 
为了达到这个目的，径向销70穿透改进过的啮合套22”’。严格来说，啮合套22”’包括了一个用于径向销70的轴向通道74，以使径向销70能够基本不受阻碍地穿过啮合套22”’。 
在图1和图6的促动器装置10、10”’中，当转子制动时可以实现能量回收。此外，电机33根据转动/移动转换器40的实施方式可以支持恶劣的同步过程。

Claims (11)

1.一种促动器装置(10)，用于借助由电机(33)产生的驱动力(27)使操纵机构(22)轴向移动，所述操纵机构(22)能轴向移动地安装在旋转轴(14)上，电机(33)具有固定在外壳上的定子(32)和与所述操纵机构(22)联接且同轴布置的转子(36)，
其特征在于，
所述转子(36’)通过转动/移动转换器(40)与所述操纵机构(22)联接，使得所述操纵机构(22)在相对于所述转子(36)旋转的同时沿着轴向移动。
2.根据权利要求1所述的促动器装置，其特征在于，所述转动/移动转换器(40)在所述转子(36)内圆周上具有转换器部分。
3.根据权利要求1所述的促动器装置，其特征在于，所述转子(36)轴向安装在固定于外壳上的部分(32，34)上。
4.根据权利要求3所述的促动器装置，其特征在于，所述转子(36)或固定在外壳上的部分(32，34)具有与另一部分上的径向凹槽接合的径向凸起(38)。
5.根据权利要求4所述的促动器装置，其特征在于，所述凸起(38)为环形肋板(38)，所述环形肋板(38)在圆周方向上与所述凹槽均匀接合。
6.根据权利要求1所述的促动器装置，其特征在于，所述转子(36”’)轴向支承在与所述旋转轴(14)连接的导套(20”’)上。
7.一种根据权利要求1至6中任一项所述的促动器装置，其特征在于，所述促动器装置(10；50)具有一包括定子(32)和转子(36)的电机(33)，所述定子(32)和所述转子(36)与旋转轴(14)同轴布置，其中所述转子(36)与操纵机构(22)联接，所述定子(32’)在周向上开缺口，以便为相邻部件(60)提供径向结构空间。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的促动器装置，其特征在于，所述定子(32”)的外圆周与相邻的部件(34)匹配，使得所述定子(32”) 的外圆周不是圆形的。
9.根据权利要求8所述的促动器装置，其特征在于，所述定子(32”)在外圆周上与外壳(34)匹配。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的促动器装置，其特征在于，所述转动/移动转换器(40)在转角和轴向行程之间建立非线性特性曲线。
11.一种用于多级变速箱的换档离合器装置(12)，所述换档离合器装置(12)包括导套(20)、啮合套(22)和离合器体(24，26)，所述导套(20)固定在旋转轴(14)上且具有导套齿，所述啮合套(22)具有啮合套齿，所述啮合套齿与所述导套齿啮合，使得所述啮合套(22)相对于旋转轴(14)不可旋转但能轴向移动地受支承，所述离合器体(24，26)固定在游滑轮(16，18)上，所述游滑轮(16，18)能旋转地安装在所述旋转轴(14)上，所述离合器体(24，26)具有离合器体齿，啮合套齿能够推入所述离合器体齿中，使得所述游滑轮(16，18)与所述旋转轴(14)不可旋转地连接,
其特征在于，所述啮合套(22)能够通过根据权利要求1至10中任一项所述的促动器装置(10；50)沿轴向移动。 
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