CN101427042A - 具有线性电机的电磁换档装置 - Google Patents

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Abstract

用于变速器(1)的电磁换档装置，具有电子控制单元(22)和设置在传动轴(2)上可围绕轴线(3)转动的齿轮(6，7)。为了形成变速级，齿轮(6，7)通过控制爪钩(4)沿着轴线(3)的轴向移动而与传动轴(2)抗扭地连接。控制爪钩(4)沿着轴线(3)的轴向移动通过线性电机(12)实施。

Description

具有线性电机的电磁换档装置
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分详细定义的用于汽车变速器的换档装置。
背景技术
现有技术中说描述的换档机构中，借助滑动套筒进行换档。这种滑动套筒与换档装置连接，换档装置例如可以具有带有滑块的换档拨叉和换档杆。滑动套筒抗扭地与传动轴连接并且可以通过换档装置沿轴向在传动轴上移动。在传动轴上设有转动支承的齿轮，齿轮与固定设置在副轴上的齿轮啮合。当滑动套筒通过换档装置沿轴向向着在传动轴上转动支承的齿轮移动的时候，便会通过连接齿形成传动轴和副轴之间的扭矩传递连接。其中换档装置的操作可以手动或自动地通过促动器实施。对于自动变速器而言，换档例如通过可气动或液动控制的伺服缸或通过电子促动器实施。这种换档装置的缺点在于，机械组件会发生磨损，以及在换档过程中必要的质量较大。
现有技术中还有一种换档机构，其离合器与制动器通过来自传动轴的压力介质的供应操作。在DE 30 13 382 A1中公开了一种装置，其中不仅离合器、而且制动器都通过压力介质操作。就此而言，压力介质通过传动轴导向环形气缸室。不用加载压力且设为膜片式离合器的离合器打开，并且制动器的制动片形成传力连接。该输出位置通过相应的弹簧力实现。通过在气缸室中压力的形成使得离合器压板移动，从而一方面使得膜片式离合器被联接，另一方面使得制动器被解除。离合器压板的移动过程中离合器和制动器必然不能同时作用。
在DE 100 07 847 A1中公开了一种电磁激励的用于变速器的换档装置。齿轮可转动地支承在传动轴上并且具有内齿。控制爪钩在传动轴上抗扭却又轴向可移地沿着传动轴的轴线设置。该换档装置具有电磁装置，通过其使得控制爪钩沿轴向移动。电磁装置直接设置在控制爪钩上并直接对控制爪钩产生作用而无需辅助以及换档拨叉的中间切换。通过控制装置可以在电磁装置上产生磁场。通过该磁场使得控制爪钩沿轴向在传动轴上移动，从而在传动轴与副轴之间形成扭矩传递连接。由于磁场在其作用方向上是可逆的，所以控制爪钩可以在轴向上朝两个移动方向沿着轴线移动。
该现有技术所述换档装置的缺点在于，在低温下必须使用较大的换档力，因为在控制爪钩处的油在低温下非常黏稠。除此以外，已知的换档装置在换档元件的组件设置、位置利用以及操控性方面是有改良的需求的。
发明内容
因此，本发明的目的在于，排除现有技术中的缺点。
该发明目的通过一种具有独立权利要求特征部分所述特征的属于电磁类别的换档装置得以解决。
按照本发明，换档机构的两个组件之间的扭矩传递连接、尤其是传动轴与在传动轴上转动支承的齿轮的连接，通过一种电磁换档装置建立。为了形成变速级，在传动轴上抗扭设置的控制爪钩可以在轴向上沿着传动轴的转轴移动。在传动轴上抗扭设置的齿轮具有内齿，而控制爪钩具有外齿。当齿轮的内齿与控制爪钩的外齿彼此啮合的时候，便会建立起扭矩传递连接。待连接的传动元件之间的转速匹配通过电机同步而进行，亦可能在与传动系制动器的连接下进行。控制爪钩的轴向移动按照本发明通过线性电机实现。线性电机主要由初级部分和次级部分组成并遵循和三相交流电机相同的功能原理，其中初始环形设置的电子励磁线圈设置在一个平面内。初级部分与次级部分的配置遵循组件(几何长度)的比例。较长的组件视为初级部分，较短的组件视为次级部分。为了控制线性电机，初级部分和次级部分都例如通过控制单元得到控制。对于一种线性电机而言，初级部分不仅充当位置固定的构件(相当于三相交流电机中的定子)而且也充当移动的构件(相当于三相交流电机中的转子)。这一点也相应地适用于次级部分。线性电机的初级部分按照本发明不仅可以设置在控制爪钩中而且也可以设置在作为空心轴构成的传动轴中。相应地，线性电机的次级部分也可以设置在控制爪钩中或设置在传动轴中。通过借助控制单元对线性电机加以控制可以形成纵向移动的磁场，通过该磁场使得控制爪钩在轴向上沿着传动轴的轴线移动。由于磁场在其作用方向上是可逆的，所以控制爪钩可以在两个移动方向上移动。用于线性电机的电能通过发电机单元产生。通过发电机单元可以将传动轴的机械能(动能)转化为电能。就此而言利用了传动轴(例如主轴或副轴)和变速器外壳之间的转速差。发电机单元由通过装置与传动机构外壳固定连接的磁体(例如电磁体)和位于磁体磁场中并与传动轴抗扭连接的线圈组成。当传动轴转动时，线圈在磁场中移动。就此而言会根据发电机原理产生传递到能量单元上的电压。其中，如果能量单元与线圈同等快慢地转动，那么可以通过相应的电线将感应电压传递到能量单元上。否则的话能量传递可以遥感地、例如感应地或者通过滑动接触实现。能量单元用于给线性电机的控制单元供应能量并含有存储单元。在存储单元中会将由发电机单元产生的电能存储起来，例如通过超级电容，以便保证汽车静止状态下(也就是当传动轴与变速器外壳之间没有转速差的时候)的换档过程。线性电机的能量单元与控制单元之间的连接可以在能量单元与控制单元同样快慢地转动时通过相应的电线实现，或者可以通过滑动接触或遥感地实现。用于线性电机的控制信号可以从另外的电子控制单元(ECU)传递到线性电机的控制单元上。该信号传递可以遥感地通过转动的传动轴实施，例如电感地或者电容性地实施。对于电感式信号传递而言可能利用发电机单元的磁场。也可以设想通过滑动接触实现ECU和线性电机控制单元之间的信号传递。ECU可以同时用来为线性电机的控制单元供应能量，于是便可以放弃用于供应能量的发电机单元了。线性电机的控制单元可以设置在传动轴之内或设置在传动轴上。
在换档过程中在换档机构中检测控制爪钩的位置。控制爪钩的实际位置的识别按照本发明通过直接在控制爪钩处的线性电机实施，例如通过感应系数的变化实施。为了在低温下减小换档力可以这样控制线性电机，使得其起热源的作用。就此而言，变速器油至少局部在换档装置的区域内被加热到例如工作温度，其中控制爪钩的冷态运转特征得到改善。除此之外，线性电机还具有较高的动力，从而可以实现控制爪钩的快速操作并因此实现快速换档。使用线性电机以用来操作控制爪钩适用于所有换档机构，例如爪齿变速器或同步变速器。另外还可以设想不同的线性电机实施例，例如同步电机、异步电机、直流电机、横向运动电机。
通过所述换档装置操作控制爪钩，无需齿轮之间的操作元件，从而齿轮可以彼此更加靠近地设置并因此改善了已知换档装置中有关于换档元件组件设置、空间利用和操控性方面的缺点。
附图说明
下面借助附图对可具有多个实施例的本发明的基本原理作详细阐述。其中：
图1示出按照第一实施例的具有线性电机的电磁换档装置，和
图2示出按照第二实施例的具有线性电机的电磁换档装置。
具体实施方式
图1示出了变速器1的截面。第一齿轮6和第二齿轮7通过轴承10和11轴向固定且可转动地保持在传动轴2上。齿轮6和7分别具有内齿8和9。控制爪钩4在传动轴2上抗扭而又轴向可移地沿着传动轴2的轴线3设置。线性电机12的初级部分14设置在控制爪钩4中，线性电机12的次级部分13设置在作为空心轴构成的传动轴2中。线性电机12具有位于传动轴2中的控制单元15。控制单元15也可以设置在传动轴2的外面或设置在传动轴2上(这里未予示出)。在变速器外壳21上设有发电机单元20。发电机单元20由固定设置的磁体19和与传动轴2抗扭连接的线圈18组成。为了给线性电机12的控制单元15供应能量而起用了设在传动轴2中的能量单元16，能量单元16具有存储单元17。能量单元16也可以设置在传动轴2之外或设置在传动轴2上(这里未予示出)。
为了使得齿轮6与传动轴2抗扭连接并因此形成变速器1的变速级，而让控制爪钩4在轴向上沿着轴线3在图示平面中向左移动。这通过恰当地控制线性电机12实现。控制单元15通过电子控制单元(ECU)22获得确定的控制信号，通过该控制信号使得线性电机12产生纵向移动的磁场，从而控制爪钩4沿轴向向着齿轮6移动。控制爪钩4的外齿5在控制爪钩4和齿轮6的同步转速下与齿轮6的内齿8啮合。由此一来，齿轮6便抗扭地与传动轴2连接。为了解除该抗扭连接，这样控制线性电机12，使得控制爪钩4在图示平面中向右移动并因此使得控制爪钩4的齿5从齿轮6的齿8中解除。
如果控制爪钩4处于这两个齿轮6和7之间的中间位置，那么这可以通过相应地控制线性电机12实现。
齿轮7与传动轴2的连接通过以相应的相反方式从中间位置切换出来而实现。就此而言这样控制线性电机12，使得形成沿着纵向向传动轴移动的磁场，该磁场使得控制爪钩4沿着轴向向着齿轮7移动。
图2示出根据第二实施例的具有线性电机12的电磁换档装置。该实施例与图1所示实施例之间的区别在于，线性电机12的初级部分14位于传动轴2中，而线性电机12的次级部分13设置在控制爪钩4中。其它附图描述与对图1的描述是一致的。
附图标记
1  变速器
2  传动轴
3  轴线
4  控制爪钩
5  外齿
6  齿轮
7  齿轮
8  内齿
9  内齿
10 轴承
11 轴承
12 线性电机
13 次级部分
14 初级部分
15 控制单元
16 能量单元
17 存储单元
18 线圈
19 磁体
20 发电机单元
21 变速器外壳
22 电子控制单元(ECU)

Claims (17)

1.用于变速器(1)的电磁换档装置，具有电子控制单元(22)和设置在传动轴(2)上能够围绕轴线(3)转动的齿轮(6，7)，为了形成变速级，齿轮(6，7)能够通过控制爪钩(4)沿着轴线(3)的轴向移动与传动轴(2)抗扭地连接，其特征在于，控制爪钩(4)沿着轴线(3)的轴向移动通过线性电机(12)实施，该线性电机具有初级部分(14)、次级部分(13)和控制单元(15)。
2.按权利要求1所述的电磁换档装置，其特征在于，线性电机(12)的初级部分(14)设置在控制爪钩(4)中并且线性电机(12)的次级部分(13)设置在传动轴(2)中。
3.按权利要求1或2所述的电磁换档装置，其特征在于，线性电机(12)的初级部分(14)设置在传动轴(2)中并且线性电机(12)的次级部分(13)设置在控制爪钩(4)中。
4.按权利要求1至3之一所述的电磁换档装置，其特征在于，线性电机(12)同时用作控制爪钩(4)的位置传感器。
5.按前述权利要求之一所述的电磁换档装置，其特征在于，线性电机(12)的控制单元(15)的电能通过发电机单元(20)产生，该发电机单元具有磁体(19)和线圈(18)并且将传动轴(2)的机械能转化为电能。
6.按权利要求5所述的电磁换档装置，其特征在于，电能被传递到具有存储单元(17)的能量单元(16)上。
7.按前述权利要求之一所述的电磁换档装置，其特征在于，用于线性电机(12)的控制信号遥感地、例如电感性地或电容性地从电子控制单元(22)传递至线性电机(12)的控制单元(15)。
8.按权利要求1至6之一所述的电磁换档装置，其特征在于，用于线性电机(12)的控制信号通过滑动接触从电子控制单元(22)传递至线性电机(12)的控制单元(15)。
9.按前述权利要求之一所述的电磁换档装置，其特征在于，控制单元(15)和能量单元(16)被设置在传动轴(2)之内。
10.按前述权利要求之一所述的电磁换档装置，其特征在于，线性电机(12)用作热源，以至少局部加热换档装置。
11.用于控制变速器(1)的电磁换档装置的方法，该电磁换档装置具有电子控制单元(22)，其特征在于，线性电机(12)的控制单元(15)的电能通过发电机单元(20)产生，该发电机单元将传动轴(2)的机械能转化成电能。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，电能被传递给具有存储单元(17)的能量单元(16)。
13.按权利要求11或12所述的方法，其特征在于，电能遥感地从能量单元(16)传递至线性电机(12)的控制单元(15)。
14.按权利要求11至13的方法，其特征在于，用于线性电机(12)的控制信号遥感地从电子控制单元(22)传递至线性电机(12)的控制单元(15)。
15.线性电机(12)的用于切换变速器(1)中的变速级的用途。
16.按权利要求15所述的用途，其特征在于，线性电机(12)同时用作控制爪钩(4)的位置传感器。
17.按权利要求15或16所述的用途，其特征在于，线性电机(12)用作热源以至少局部加热换档装置。
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