CN102278399B - 制动或离合装置 - Google Patents

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Abstract

一种电子制动或离合装置，包括：壳体(12)；具有轴线并且布置于所述壳体处的衔铁(48)，所述衔铁和所述壳体之间限定有径向气隙；线圈(56)，所述线圈配置为当通电时在所述壳体(12)和衔铁处产生磁场，磁场的磁通路线自所述线圈(56)延伸至所述衔铁(48)内，自所述衔铁(48)延伸至所述壳体(12)内，然后自所述壳体(12)返回到所述线圈(56)，其中自所述衔铁(48)至所述壳体(12)内的磁通路线的方向基本沿径向方向。

Description

制动或离合装置
本申请是申请人“丹纳赫传动公司”于2007年4月30日提交的、申请号为200780015644.6、名称为“制动或离合装置”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请是2006年5月1日提交的序列号为No.11/415,263的美国申请的部分继续申请，在此通过引用方式将其全部纳入本申请中。
背景技术
用于制动或离合的装置在工业中是常见的。经常需要选择性地控制装置的可旋转部件的转矩或速度，或者选择性地接合可旋转部件。这种装置用于工业中多种不同的应用中，包括自动系统或流水线中的致动器等。
当前，制动和离合的功能由包括基于磁流变液的装置和基于弹簧的装置在内的装置控制。尽管市场上可获得的装置一般按照市场上所销售的情况进行操作并且在一些应用中是有效的，但是这些装置是昂贵的、缺乏可调性或者具有这两种缺点。
因为总是需要更好的经济性和可调性，所以改进总是受到欢迎。
发明内容
一种电子制动或离合装置，包括：壳体；具有轴线并且布置于壳体处的衔铁，衔铁和壳体之间限定有径向气隙；以及线圈，所述线圈配置为当通电时在壳体和衔铁处产生磁场，磁场的磁通路线自线圈延伸至衔铁内，自衔铁延伸至壳体内，然后自壳体返回到线圈，其中自衔铁至所述壳体内的磁通路线的方向基本沿径向方向。
一种制动或离合装置，包括：以转动方式安装于壳体或轴中的一个上的多个第一盘；以及至少一个第二盘，所述至少一个第二盘与所述多个第一盘互相接合并且以转动方式安装于所述壳体或所述轴中的另一个上，所述多个第一盘中的至少一个和所述至少一个第二盘具有接触表面，用于与所述多个第一盘和至少一个所述第二盘中的另一个接触，所述表面包括动力摩擦系数与静力摩擦系数基本相同的低摩擦轴承材料。
一种磁致动装置，包括：壳体；以及衔铁，所述衔铁布置于所述壳体处并且能够相对于所述壳体沿轴向运动，所述装置具有与其磨损无关的、在其大部分轴向运动中持续的、基本一致的磁致动力。
附图说明
对于本领域的普通技术人员来说，本发明的上述以及其它优点将通过下列根据附图的对优选实施方式的详细描述很容易地变得显而易见，其中：
图1是选择性接合装置的横截面图；
图1a是示出用于图1的剖面线的装置的平面图；
图2是装置的轴的立体图；
图3是装置的衔铁的立体图；
图4是装置的壳体的立体图；
图5是装置的止推垫圈的平面图；
图6是装置的摩擦盘的平面图；以及
图7是图1中画线区域7-7的放大图。
图8是具有用黑色粗线示出的磁通路线的图7的视图。
具体实施方式
在论述附图之前，非常需要指出，尽管本文的附图和说明针对其中壳体向外与衔铁相邻的装置，但是本文公开的思想可用于向内与衔铁相邻的壳体。衔铁还能以位于侧面的方式与壳体相邻。参照图1，大体以横截面方式示出了选择性接合装置10。非常需要指出，所示的剖面线不是直径方向的线而是如图1a所示的线。所述装置包括线圈壳体12和盖14。支撑于线圈壳体12和盖14内的转动轴16由轴承18、20和22支撑。定位环24可位于与轴承22相邻的槽26内而定位环28位于与轴承18相邻的槽30内，以相对于壳体12和盖14将轴16保持在其所需位置。进一步设置有密封件32，以维持壳体12和盖14内部的环境。
多个摩擦盘34(术语“盘”并不限于圆形，相反可以使用任何需要的周边形状)与多个止推垫圈36以交替的方式布置。在所示的实施方式中，示出了两个摩擦盘和三个止推垫圈。但是应当理解，摩擦盘和止推垫圈的数目并不限于所示的数目，在特定的应用中可以使用更多或更少的摩擦盘和止推垫圈，甚至包括零个摩擦盘和止推垫圈。如果需要零个，那么在一个实施方式中，面对衔铁的壳体表面和与所述同一壳体表面相对的衔铁表面将被硬化或以其它方式进行处理从而增加耐磨性。回到所示实施方式，摩擦盘34在一个实施方式中通过使用与轴16上的六边形驱动异形件40(见图2)互补的六边形开口38(见图6)由轴16驱动(或通过轴16驱动)。应当理解，尽管在所示实施方式中采用六边形驱动形状，但是具有用于应用的足够的驱动能力的任何几何形状都能够代替六边形形状。如果需要的话，还包括花键连接。功能性由在其轴上被驱动的盘提供，这在下文中将变得更加显而易见。另一方面，多个止推垫圈36设置为开口42不接触驱动异形件40，所述开口42足够大以致无论所使用的几何异形件如何都不接合垫圈。止推垫圈36包括接合突起44，所述接合突起44在一个实施方式中的数目是四个，并且在每个止推垫圈36周围均匀间隔开。突起44用于接合衔铁48中的至少一个凹槽46(见图3，示出四个)。与凹槽46接合的突起防止垫圈和衔铁之间的相对转动。
衔铁48包括轴承开口50，轴承18接收于所述轴承开口50中，用以支撑衔铁48，应当理解，尽管所述轴承在所示实施方式中是任选的并且存在的，但是能够在可替换实施方式中去掉所述轴承，而不会影响本文所公开的装置的操作。衔铁48能够沿轴承18在轴向移位，使得当需要减小或停止轴16与壳体12和盖14之间的相对转动时，所述衔铁48可以被致动而抵靠止推垫圈和摩擦盘。在一个实施方式中，衔铁不必具有关于壳体12的相对转动能力。因此，如图3所示，衔铁48设置有接合突起52。尽管示出了四个突起52，但是能够使用更多或更少的突起52。在所示实施方式中，使用四个突起52和四个凹槽46来保持衔铁48的环形厚度。
参照图5和图6，示出了与其它结构分离的盘34和垫圈36。所示的垫圈突起44用于与凹槽46接合，从而与衔铁48非转动地接合。为了实现自垫圈36至壳体12的非转动接合，突起52与槽54接合(如图4所示)。通过这种设置，垫圈36相对于壳体12基本可转动地固定，有助于本装置目的的实现。应当理解，这只是一种用于垫圈和衔铁之间的防转动设置的可能布置方式，根据需要，其它功能上的等同的布置方式是可以进行代替的。
由于垫圈36固定而摩擦盘34夹在垫圈36之间(并且配置为与轴16一起转动)，所以摩擦盘必须滑过垫圈36。由于这种设置，如果压缩载荷施加于垫圈/盘，则有效总摩擦增加，并且在各种应用中的离合过程中，垫圈之间发生相对运动。所述实施方式中的压缩载荷的推动力是壳体12和衔铁48之间产生的电磁引力。这里应当指出，在此所公开的衔铁和壳体的具体关系使得装置的磁通路线很特别，从而在不考虑装置的磨损并且无需任何调整的情况下，使得壳体和衔铁之间的气隙在装置的整个使用寿命中保持恒定不变。这一点将在下文中详细描述。
如图1所示，线圈56产生电磁力。线圈56置于布置在壳体12内的绕线管58上。为清楚起见，图1中示出了一个与线圈56电连接的引线60(两个中的一个，另一个在本视图中不可见)。当电流施加到线圈56时，线圈56变为磁激活的。利用线圈56的磁性来吸引衔铁48朝向线圈56运动，从而在衔铁48的内表面62和壳体表面64之间压缩止推垫圈36和摩擦盘34。如上文所述，垫圈36和盘34的压缩产生的巨大摩擦，以便用于阻碍轴16和壳体12之间的相对转动。由于本文公开的装置在丧失选择性制动或离合动力之前，摩擦产生元件能够承受大约一英寸的千分之四十到大约一英寸千分之五十的磨损，而现有技术仅能够承受一英寸的千分之十的磨损，因此相比现有技术的装置来说本文公开的装置具有显著延长的寿命。通过使得装置的磁通路线自线圈56流向衔铁48，然后以基本沿(装置的)径向而非轴向经过壳体和衔铁之间气隙的方向流向壳体，本发明实现了这一预期结果。这与离合装置和制动装置在过去的做法是相反的。径向磁通路线的产生是由于增加相对于壳体的一部分沿径向同心地定位的衔铁48部分——例如设置成自衔铁48的平坦部分68延伸进将绕线管58和线圈56布置于其中的环形间隔70内的材料环66——而引起的。由于环66延伸到间隔70内的量很小，同时壳体12和衔铁48之间具有径向气隙72，所以物理上使得磁通路线基本沿径向流动并在较长范围内保持一致。更具体地，装置表现出与其磨损无关的、在其大部分轴向运动中持续的、基本一致的磁致动力。需要补充说明的是，由于盘和垫圈在装置的正常使用中磨损，所以现有技术中的磁致动力会减小。在本发明中，这些零件的磨损不会以任何可察觉的程度影响磁致动力。正是这一点在本设置中提供了更大的磨损公差的好处。由于壳体12和衔铁48之间的气隙72沿径向取向，因此该气隙是产生所述好处的原因。气隙不位于装置的磨损路径(由于盘和垫圈的摩擦磨损沿轴向方向，因此磨损路径沿轴向)上。因此气隙72的尺寸不会改变，而是保持一致，与摩擦盘34的磨损无关。对磁力线穿过其中的气隙72的尺寸改变进行防止有助于在装置的寿命中产生稳定的力(例如，装置中有大约.020英寸到.070英寸之间的轴向磨损)。参照图7，图1中一部分的放大图说明了气隙72。经过气隙的磁通路线由黑色粗线74示于图8中。
关于离合或制动系统中的盘和垫圈可至少部分由转矩传递材料构成的附加教导为本文公开的装置提供更多的好处，其中所述转矩传递材料具有基本相同的动力摩擦系数和静力摩擦系数，或者在比1∶1大或小±5％的范围内。但是，应当理解，尽管本发明的好处随着动力摩擦系数和静力摩擦系数的差值的增大而减少，但是差值高达20％时仍表现出很大的好处。在一个实施方式中，所述材料是具有PTFE(聚四氟乙烯)或其它低摩擦添加物的尼龙轴承材料，并且表现为静力摩擦系数与动力摩擦系数的比值大约为1.05。还需要指出，尽管前述公开内容在很大程度上涉及电磁装置，但是具有所说明的静力摩擦系数和动力摩擦系数比值范围的转矩传递材料的使用并不限于电致动或磁致动装置而可以多种致动装置等。所说明的特性以及说明本身所暗示的特性意味着本发明的系统中具有非常少的“粘滑”动作。正如敏锐的读者可推断的，这样的特性还表示有用摩擦的产出较低。尽管对于离合/制动装置来说这种情况可能被认为是有问题的，但是避免“粘滑”的好处更重要。在考虑到系统中的整体摩擦的损失能够通过增大装置的轴线和摩擦表面之间的距离、增大摩擦面积或增加系统中摩擦界面(盘和垫片)的数目而容易地得到补偿时更是如此。还预期在一些应用中使用多于一个的这些补偿布置。
上文详细描述的装置不仅提供了使用中更大的磨损公差，还使得提供给特定系统的制动力或离合接合的大小具有选择性。产生这种好处的原因是装置最终通过输入线圈56的电流的大小控制。施加到线圈上的电流越大，所产生的磁场就越大。磁场越大，衔铁上的吸引力越大，因此摩擦盘的压缩就越大。从而使得止推垫圈和摩擦盘之间产生的摩擦的大小能够作为所施加电流的函数变化。
应当指出，上述实施方式是使用所公开的径向气隙和磁通路线的一种可能的实施方式。但是还应当理解这种思想的基本特征，即也能够使用径向气隙和磁通路线而不使用摩擦盘和止推垫圈来实现制动或离合。在这种实施方式中，当线圈未通电时，衔铁可相对于壳体转动，而当线圈通电时，衔铁受到吸引而与壳体摩擦接触。这会加快壳体和衔铁的磨损，但是通过对材料的合适选择，装置会令人满意地工作。
应当理解，本文公开的制动或离合装置并不限于工业应用。相反，该装置可用于多种不同的设备，例如人体触摸接口装置，所述人体触摸接口装置响应于控制算法并在例如触觉反馈有助于增强游戏体验的电视游戏之类的装置中使用。而且，本文公开的转矩传递装置可用于通过使用有线装置来进行驾驶，用以向飞机、船舶或汽车的驾驶员提供触觉反馈。此外，本文公开的装置可用于张紧系统，所述张紧系统中的传感器系统配置为检测例如连接板中的张力并且向控制器提供感测信息，随后控制器致动所述系统中提供的离合或制动装置，用以调节连接板中的张力。此外，本文公开的装置还可用于各种转矩成比例变化的装置等中。简而言之，本文公开的装置可应用于任何对于转矩传递的控制有用的系统中。
尽管已经示出并且描述了优选实施方式，但是能够在不偏离本发明的精神和范围的情况下对其进行各种改型和代替。因而，应当理解，本发明是通过示例而非限制的方式进行描述的。

Claims (10)

1.一种制动/离合装置，所述制动/离合装置提供没有粘滑动作的触觉操作感觉，所述装置包括：
具有纵向轴线的壳体；
大体环形的衔铁，所述衔铁安装为相对于所述壳体大体沿所述壳体的纵向轴线的方向运动；
轴，所述轴安装在所述壳体中以用于相对于所述壳体和所述衔铁运动；
第一组盘，所述第一组盘相对于所述壳体以转动方式安装、但关于所述壳体自由地纵向运动；
第二组盘，所述第二组盘相对于所述轴以转动方式安装、但关于所述轴自由地纵向运动，其中所述第二组盘中的盘交替地位于所述第一组盘的盘之间；以及
电磁线圈，所述电磁线圈连接至所述壳体并且配置为选择性地产生磁场以使所述衔铁相对于所述壳体纵向地运动从而保持所述第一组盘和第二组盘保持摩擦滑动接合，所施加的将所述盘保持在一起的力的大小是由所述线圈产生的磁场强度的函数；
由所述线圈产生的所述磁场的磁通路线自所述线圈延伸至所述衔铁，自所述衔铁延伸至所述壳体，然后自所述壳体返回到所述线圈，其中所述磁场的所述磁通路线与所述第一组盘和第二组盘问隔开并且不延伸经过所述第一组盘和第二组盘，
所述第一盘和所述第二盘中至少一者具有接触表面，所述接触表面由轴承材料构成，所述轴承材料具有较低摩擦系数并且具有动力摩擦系数与静力摩擦系数，所述动摩擦系数与所述静摩擦系数具有基本相同的大小；并且
所述制动/离合装置配置为当多组盘保持摩擦滑动接合并且所述轴在所述壳体内远离第一静止环形位置而朝着与所述第一静止环形位置间隔开的第二静止环形位置转动时、所述制动/离合装置提供没有粘滑动作的触觉操作感觉。
2.如权利要求1所述的制动/离合装置，其中，所述动力摩擦系数的大小与所述静力摩擦系数的大小彼此相差在20％的范围之内。
3.如权利要求1所述的制动/离合装置，其中，所述动力摩擦系数的大小与所述静力摩擦系数的大小彼此相差在5％的范围之内。
4.如权利要求1所述的制动/离合装置，其中，所述接触表面由具有聚四氟乙烯添加物的尼龙构成。
5.如权利要求1所述的制动/离合装置，所述第一组盘中的每个盘包括在其外边缘处能够与所述衔铁接合的至少一部分以将在所述每个盘的与所述第二组盘中的相邻盘接合的表面处被施加的力传递给所述衔铁。
6.如权利要求1所述的制动/离合装置，所述第二组盘中的每个盘包括在其内边缘处能够与所述轴接合的至少一部分以将在所述第二组盘中的每个盘的与所述第一组盘中的相邻盘接合的表面处被施加的力传递给所述轴。
7.如权利要求1所述的制动/离合装置，其中，所述接触表面由各个所述盘的接合表面提供。
8.如权利要求1所述的制动/离合装置，其中，所述第一组盘和所述第二组盘中至少其中一者的盘由非铁材料构成。
9.如权利要求8所述的制动/离合装置，其中，所述第一组盘和所述第二组盘中至少其中一者的盘由合成材料构成。
10.如权利要求9所述的制动/离合装置，其中，所述第一组盘和所述第二组盘中至少其中一者的盘由具有聚四氟乙烯添加物的尼龙构成。
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