CN108138866B - 旋转轴杆设备 - Google Patents

Abstract

一种旋转轴杆设备，包括固定式盘组(21)及驱动装置，驱动装置整合于旋转轴杆设备的一个或多个旋转轴杆(8)的至少其中一个，各驱动装置本身具有控制与电力供给单元(11、25)，以容许信号传输至此单元，即使是低强度，且就此而言，其包括：一个或多个环形天线(24)，其连接于相应所述控制与电力供给单元(11、25)且配置成至少部分围绕一个或多个所述旋转轴杆(8)，及其整合于相应控制与电力供给单元(11、25)的旋转轴杆(8)，如此所述旋转轴杆(8)作为接收自所述一个或多个环形天线(24)并且供相应控制与电力供给单元(11、25)接收的信号用的波导器，以便驱动相关联的所述驱动装置；及射频传输装置(26)，其整合于盘组(21)且相关联于一个或多个所述旋转轴杆(8)，以便传送信号到所述一个或多个环形天线(24)。

Description

旋转轴杆设备

技术领域

本发明的主题是旋转轴杆设备，其包括驱动装置，驱动装置整合于一个或多个旋转轴杆，并以信号被驱动且被馈送有能量。

背景技术

虽是提供作为非限制性示例，该示例可通过使用在车辆、特别是摩托车上的变速器的同步器构成，其中，同步化并非使用被动式系统、例如离心式同步器来控制，被动式系统本身以特定旋转状态自动启动，或者并非由外部机械式驱动。

整合于旋转轴杆的致动方式的最明显问题在于提供启动信号至控制致动的单元，此单元无法连接到线路。

然而，该信号可用许多方式传递，例如使用滑动接触件或利用旋转轴杆设备的强化物上的电磁铁，其中，磁场变化可由设在旋转轴杆上的传感器检测，但是这些系统有结构上的复杂性，从而有碍其简易设计。

发明内容

本发明所基于的技术问题在于提供一种旋转轴杆设备，其允许排除参考现有技术提及的缺点。

此项问题是由上述且在根据本发明的设备解决。

根据本发明的旋转轴杆设备的主要优点在于：使用旋转轴杆，旋转轴杆支承驱动装置，实质上作为波导器，且在理想位置安置天线，以便接收信号而不受旋转状态影响。

附图说明

在下文中，将根据本发明的优选实施例示例描述本发明，其优选实施例示例通过参考附图以示例的方式提供而不具有限制性目的，附图中：

图1示出了根据本发明的旋转轴杆设备、特别是同步器的轴测视图；

图2示出了图1的同步器的纵向剖视图；

图3示出了根据图2的剖切平面A－A的图1中的同步器的第一局部剖视图；

图4示出了根据图2的剖切平面B－B的图1中的同步器的第二完整剖视图；

图5示出了根据本发明的设备的操作方案；以及

图6示出了该设备的可适用细节的轴测视图。

具体实施方式

通过参考图1至4，在下文中，将通过旋转轴杆设备举例说明整体以20标示的同步器设备，旋转轴杆设备具有致动装置，致动装置带有集成板，及和其旋转轴杆形成为一体的控制驱动单元，而无直接的电力供给及接线系统将信号传送至控制驱动单元。

本文所述的同步器是致动型，亦即是以下类型：当其接收到外部的驱动控制时则执行其同步化功能，而不管其运行状况，特别是关于其旋转状态，以允许该同步器所插入的传动装置的控制逻辑，和/或允许驱动器决定传动比何时关于速度变化而同步。于是，这种同步器不同于当发生有关其操作参数的特定状况时会自动致动同步化的同步器。

下文所述内容不仅可以应用于此同步器示例，也可以应用于任意被致动的同步器，以及包括驱动装置的任意旋转轴杆设备，其被相应旋转轴杆拖动且需要由控制逻辑和/或操作人员通过发送控制信号驱动，且在接收到状态信号或其他信号时驱动。

本示例的同步器20包括旋转主轴杆8，支承元件2组装于旋转主轴杆8上，滚轮式输送机7介置于其间，且同步器的钟形构件1迭置于其上。依此方式，支承元件2回转地安装于主轴杆8上。

支承元件2具有板片形状，其从主轴杆8沿径向延伸且被容纳在钟形构件1内，钟形构件1具有与主轴杆8同轴的摩擦内圆柱形表面。

参考图3，第一齿条6设于支承元件2上，由此被拖动旋转。齿轮5啮合于齿条5上，进而啮合于第二齿条19，第二齿条形成于滑块3的内面上。滑块3具有圆形轮廓，在正常情况下，该圆形轮廓与支承元件2的外缘齐平而不突出；因此滑块3外切于且容置于支承元件2的外缘以内，在正常情况下，不致与钟形构件1发生干涉。

滑块3具有细长形状且其具有外表面，外表面可在其面朝向钟形构件1的内圆柱形表面18时作为摩擦表面。

该外表面包括成对的衬垫16，衬垫16在滑块端部处由适当材料制成的涂层实施。所意于的是，形成于衬垫16上的两摩擦表面适于与钟形构件1的内圆柱形表面18实施滑动摩擦，这可以减缓钟形构件1相对于支承元件2的旋转。

在正常情况下，形成于各衬垫16上的摩擦表面并未接触钟形构件1的内圆柱形表面18，因为整个滑块3包括在支承元件2内侧。

滑块3借助于成对的关节臂4被约束至支承元件2：关节臂4铰接于第一齿条6的端部及滑块3的端部，以便与其形成关节式四边形，其臂4为连杆。各臂4具有远开的布置，而且呈现比穿过其靠近旋转轴线的接头的半径更大的倾斜度。根据欲提供给摩擦系统的灵敏度，此倾斜度可以包括在0°至20°之间。

应该指出的是，事实上，通过使其中一臂沿顺时针方向及逆时针方向移动特定角度，滑块3呈现的位置完全不再依循支承元件2的外圆柱形轮廓，而是通过与钟形构件1的内圆柱形表面18发生干涉，滑块3的一端部从该位置突出。

于是，臂4的旋转决定滑块3关于其停止位置的滑移，此是由作用于滑块上的离心力决定。

这项移位代表从平衡位置偏移，且其可由用于使滑块3滑移的下文将描述的装置所造成。要指出的是，由于臂4的作用，滑块3受迫而依循一预定轨迹，这导致其与钟形构件1的内圆柱形摩擦表面在臂4的两个旋转方向上发生干涉。

在本示例中，移位可由齿轮5的旋转造成，通过啮合于第二齿条19上，齿轮5能够使滑块3相对于与支承元件2形成为一体的第一齿条6侧向移动。

将以之后将描述的方式被致动旋转的齿轮5和第一齿条6构成用于使滑块3侧向滑移的所述装置。

通过使用独立于轴杆的旋转速度的致动装置，同步器20于是允许运动从主轴杆8传动至钟形构件1。换句话说，所述致动不取决于某特定的预定旋转状态发生，而是可在任意时刻被控制。

具体系统为使得在任意时刻选择各挡位成为可能的变速器的一体部分，以确保能够独立于啮合的齿轮且独立于发动机状态利用排气制动效应作为附加特性。

于是，在使用该同步器的变速器中，挡位是由驾驶员或是由伺服系统通过考虑许多操作参数且不仅是基于旋转状态来选择。

在系统的平衡配置中，滑块3和第一齿条6以相同角速度旋转，甚至置于其间的齿轮亦以相同速度旋转且相对于臂4而保持在中心位置。

然而，若旋转被控制，则可依行星齿轮布置运行。

由于齿轮5的轨迹并非沿着圆弧发展，滑块3在其内面上的齿形轮廓及齿条6的齿形轮廓应该有适当发展，以及有间隙，从而容许滑块滑移而不会造成齿轮5卡死。

同步器20包括盘组21，盘组21联接至钟形构件1，以便产生基本上封闭的空间。在盘组21上、即在其内圆柱形表面上设有多个永久型磁铁9，它们相关于驱动车轴径向定位。

盘组21还包括步进式轴流式电动马达12，马达12同轴地组装于主轴杆8且随其旋转：马达12包括彼此相对的定子13和转子14。在转子14上设有沟槽轮廓15，其将确保齿轮5相对于主轴杆8旋转。

在本方案中，必须精确了解各元件的旋转速度及相关正确定位。通过使用由所述多个磁铁9产生的磁感应来检测速度并由此检测旋转角，多个磁铁9与盘组21形成为一体，盘组21还包括电绕组10。

由于绕组10中的磁感应效应，交流电流将产生于绕组10内部。

最后，本设备包括印刷电路板11，印刷电路板11中设有某些组件，其中有：交流/直流转换器，其适当地整流及调制由绕组10产生且馈送步进马达12所需的电流；以及控制与电力供给单元，其为远程控制启动的系统，且能够从盘组21外部接收信号并将信号转换成控制(指令)，以响应于信号而旋转电动马达12的转子14。

就此而言，电动马达12在该示例中构成用于致动旋转轴杆设备的装置，其亦包括如上所述设于电路板11中的整合式控制与电力供给单元。

通过直接在组装于步进马达中的印刷电路板上执行的电力供给及控制，这类方案允许消除任何滑动接触，且在布局及可靠性上显著地简化。然而，来自驾驶员及来自随动控制单元两者的启动信号必须传递至步进马达。

在此方面，在电路板11上所设的电子器件中应有接收器，该接收器可接收且正确解读信号，从而合适且实时地控制步进马达12。

通过参考图5来描述传送信号所借助的架构。

此架构包括上述电力供给绕组10，其通过利用与轴杆8为一体的系统的旋转所产生的磁场的变化，产生用于印刷电路板的电力供给的交流电压。要指出的则是，控制单元的操作所需的能量来自设备的旋转组件，而非来自外部。

就此而言，电路板11上设有交流/直流变流器22，以将绕组10产生的交流电压转换成调整过的直流电压，用作印刷电路板11的电力供给。

此外，控制单元包括驱动器23和环形天线，驱动器23用于驱动马达12的定子13，环形天线24适于接收电磁类型的信号，其须从系统接收控制，用于管理外部的传输。

天线24例如可以在微波场、或在射频场中的一个中工作。

在控制单元中，微控制器25从环形天线24接收到来自外部控制单元的控制，在此示例中，外部控制单元是用于管理传输的主机26，且其管理步进马达12的驱动器23，以便控制转子14的受控旋转。

在此方案中，用于管理传输的主机26借助合适的天线、适合的是环形天线通过电磁信号发送用于致动同步器的请求，天线布置成与旋转轴杆8的轴向同轴。

环形天线24(在特定应用中可以超过一个)布置成围绕旋转轴杆8且其布置在支承件27上，在该情形中，支承件亦是与旋转轴杆一起旋转并与旋转轴杆形成为一体的印刷电路板11(图6)。

在本示例中，控制单元(即微控制器25)通过来自发电机10的馈电，接收来自环形天线26的控制信号或任意其他类型信号，并且通过驱动器23控制马达12的转子14的特定旋转。

所意于的是，控制单元还能够将有关于转子14的轴杆8的状态和/或位置传达至主机26。一般地，总是通过使用旋转轴杆8作为波导器，所执行的通信为双向型。

为了执行这一点，优选地，接收环形天线24连接于控制与电力供给单元，而发射环形天线为环形、圆形且布置成分别与各旋转轴杆以及其轴向同轴。

然而，所意于的是，既然轴杆作为波导器，则接收环形天线24至少部分围绕轴杆就已足够，而不需要与其同轴且呈圆形。

同样地，发射天线可以不是环形，或其至少部分围绕轴杆的轴向突出段就已足够，而不需要与其同轴且呈圆形。

电路板11的电力供给是通过绕组10的旋转而达成，绕组10与由组装在盘组21上的一个或多个磁铁9产生的磁场联通。然而，其他电力供给系统也是可行的，例如使用电池。

因此，本文内所述的通信系统大致上由下列构成：

·主控制单元，主控制单元通过天线朝向接收天线发射电磁信号，天线较佳为环形、圆形并相对于旋转轴杆居中，亦即对称且同轴——传输天线可以相对于旋转轴杆固定；

·旋转轴杆，在此示例中，旋转轴杆为曲轴，具有波导功能，将主中央单元所产生的电磁场向接收天线传送——应该指出的是，波导功能并不因轴杆旋转而失效；

·环形接收天线，较佳为圆形，但是相关于参考旋转轴杆居中且与其同轴——此天线与旋转轴杆形成为一体且由此被拖动旋转；以及

·一个或多个随动系统，与旋转轴杆形成为一体且其被轴杆拖动旋转：在此示例中，随动系统由设于印刷电路板11上的控制与电力供给单元构成。

通过利用电磁无线信号的传输，可以成功和与旋转轴杆形成为一体的电子系统通信。曲轴执行从与盘组形成为一体的定子主电子系统到旋转式电子系统的波导功能，反之亦然。

然而，所意于的是，固定式传输天线可以是常规的天线，而不必为环形的，因为其不需要旋转。

与曲轴同轴的天线被电磁场穿过，从而借此系统获得高信噪比。

通过简单的电磁感应，此新类型的传输系统甚至可以在接收环形天线上产生微弱但是足以电力供给随动(slave)芯片的电流，即使是在没有从馈线发出的电压的情况下。在此情况中，环形天线可如同射频识别(RFID)标签的情形那样用被动方式操作。

然而，通信可以是双工的且控制单元可以发送状态信号，甚至是从子机到主机的预设致动控制。

此外，通过使用单一旋转轴杆作为波导器，或者，在更复杂的系统中、例如在复杂的操作机器中使用若干旋转轴杆于以下目的，主机可能与一个或多个子机通信，子机如上所述连接于单一天线或各自具有接收天线。于是，若干天线可连接于各控制单元或连接于单一控制单元，用于管理若干致动系统。

所意于的是，在同步器领域中，上述通信系统可以施加于任意类型的旋转轴杆设备。非排他性的列表中可包括：任意类型的操作机器、具有活塞或旋转件的内燃机、涡轮机、泵、风扇、离心式与轴向式航空发电机、螺旋桨系统、加工刀具、变速器、同步器、摩擦离合器、等等，亦即，在任意时刻旋转轴杆将需要响应于信号而被致动的机构拖动旋转，以及在任意时刻状态信号必须覆盖反向路线。

此外，所意于的是，包括旋转式马达的该致动装置亦可用于线性马达。

针对上述旋转轴杆设备，在满足其他及偶发需求的目的上，本领域技术人员可以导入许多调整及变化，然而，诸此皆应由所附权利要求所界定的本发明保护范围所涵盖。

Claims (14)

1.一种旋转轴杆设备，包括固定式盘组(21)及驱动装置，所述驱动装置整合于所述旋转轴杆设备的一个或多个旋转轴杆(8)中的至少一个，各所述驱动装置本身具有整合式控制与电力供给单元(11、25)，其特征在于其包括：

·一个或多个环形天线(24)，所述环形天线连接于相应所述控制与电力供给单元(11、25)且布置成至少部分地围绕所述旋转轴杆(8)中的一个或多个，且整合于相应所述控制与电力供给单元(11、25)的所述旋转轴杆(8)，使得所述旋转轴杆(8)作为波导器，用于接收来自所述一个或多个环形天线(24)并且供相应所述控制与电力供给单元(11、25)接收以驱动相关联的所述驱动装置的信号；以及

·无线传输装置(26)，所述无线传输装置整合于所述盘组(21)且关联于一个或多个所述旋转轴杆(8)，以由此将信号发送到所述一个或多个环形天线(24)。

2.根据权利要求1所述的旋转轴杆设备，其特征在于，所述环形天线(24)整体围绕各所述旋转轴杆(8)。

3.根据权利要求1所述的旋转轴杆设备，其特征在于，所述环形天线(24)是圆形。

4.根据权利要求2所述的旋转轴杆设备，其特征在于，所述环形天线(24)布置成和相应所述旋转轴杆(8)同轴。

5.根据权利要求1所述的旋转轴杆设备，其特征在于，与所述盘组(21)形成为一体的所述无线传输装置(26)包括环形发射天线，所述环形发射天线至少部分地围绕相应所述旋转轴杆(8)的轴向。

6.根据权利要求5所述的旋转轴杆设备，其特征在于，所述环形发射天线整体围绕相应所述旋转轴杆(8)的所述轴向。

7.根据权利要求5所述的旋转轴杆设备，其特征在于，所述环形发射天线是圆形。

8.根据权利要求6所述的旋转轴杆设备，其特征在于，所述环形发射天线布置成与相应所述旋转轴杆(8)同轴。

9.根据权利要求1所述的旋转轴杆设备，其特征在于，连接于相应所述控制与电力供给单元(11、25)的所述环形天线(24)是被动型。

10.根据权利要求1所述的旋转轴杆设备，其特征在于，多个永久型磁铁(9)设置于所述盘组(21)上且相对于驱动车轴径向定位，所述设备包括电绕组(10)，所述电绕组与相应所述旋转轴杆(8)形成为一体且连接于所述控制与电力供给单元(11、25)，用于其电力供给。

11.根据权利要求10所述的旋转轴杆设备，其特征在于，包括与相应所述旋转轴杆(8)形成为一体的电动马达(12)，所述电动马达具有定子(13)及转子(14)，所述定子及所述转子是所述驱动装置的一部分。

12.根据权利要求11所述的旋转轴杆设备，其特征在于，所述电动马达(12)由所述绕组(10)供电。

13.根据权利要求12所述的旋转轴杆设备，其特征在于，所述控制与电力供给单元(11、25)包括交流/直流变流器。

14.根据之前权利要求中任一项所述的旋转轴杆设备，其特征在于，所述设备是被致动的同步器(20)。