CN111683871A - 舷外电机自动分离离合器系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种舷外电机自动分离离合器系统和方法，提供改进的用舷外船用电机在前进档与倒档之间换档的手段，提供在螺旋桨例如在杂草或泥浆中未自由旋转的情况下换档的能力，且提供在所有情况下都具有对齿轮的更小损坏的改进的换档。舷外电机自动分离离合器可内置在舷外电机中，或可作为改装在稍后安装。舷外电机自动分离离合器提供受传感器开关控制的电动离合器，传感器开关由舷外电机的换档系统的机械连杆激活和停用。

Description

舷外电机自动分离离合器系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年12月7日提交的标题为“舷外电机自动分离离合器系统和方法(Outboard-Motor Automatic Disengaging Clutch System and Method)”的美国申请第15/834,797号的优先权，所述申请的全部公开内容由此以引用的方式并入且由此要求所述申请的优先权。

背景技术

本发明提供一种舷外电机自动分离离合器系统和方法。

在具有前进档-空档-倒档变速箱的舷外，操作员必须在电机处于怠速时换档。变速箱不是同步啮合的，而是取决于其将前进还是倒退来接合或分离适当的驱动链轮的稍微笨重的装置。不存在从“走(go)”到“停(whoa.)”的平滑转变，而是处于档位或不处于档位。

经由顶部“小齿轮”将来自发动机的曲轴的动力驱动到变速箱齿轮。接着这一小齿轮将旋转动力传送到在其下方且与其啮合的两个齿轮。这些齿轮在相反方向上旋转。小齿轮和齿轮一直在发动机运行时旋转。通常放置在舷外的左侧上或遥控器上的拉杆操作位于齿轮之间的离合器。离合器在花键上，因此其可来回滑动，同时仍保持旋转动力。离合器在所需方向上移动到一个档位或另一档位。当离合器与齿轮中的一个啮合时，所述离合器因其匹配形状而使螺旋桨旋转，这驱动船只。为了换档到另一档位，离合器移动到相反档位。当离合器处于齿轮之间的中间位置时，变速箱处于空档。

离合器是成形为与每一齿轮轮齿内侧上的相同形状“齿”啮合的金属装置。离合器在金属花键上来回滑动，通过借助于围绕离合器中心的凹槽使离合器在两个齿轮之间来回滑动的“U”形金属指状物或叉齿移动。在空档中，离合器不接触任一档位，因为所述离合器在两个档位之间。因此，如果在电机快速运行的情况下进行换档，那么从空档到驱动的转变可能是块状和嘈杂的，且粗糙的换档甚至可损坏齿轮。所有齿轮和离合器都浸入变速箱油中以减小摩擦。

电机几乎都使用简单爪形离合器型机构以用于使螺旋桨连接到发动机。这一机构是占用极少空间、可相对于其大小传输大量扭矩且相对便宜和制造简单的旧技术。这些属性使其适合于船舶应用，其中齿轮箱体必须保持尽可能小以减少水下阻力。离合器爪花键连接到螺旋桨轴且允许前后充分移动，以接合在前进档和倒档的侧面上机械加工的齿。两个齿轮在传动轴上自由旋转，且每当发动机处于运行中时旋转。爪形离合器通过中空传动轴内部的横销和换档杆移动以接合所需齿轮。因为齿轮在换档发生时一直旋转，所以爪形离合器经受一些磨损力。

最大爪形离合器使用寿命来自遵循一些简单规则。首先，以最低可能速度换档，发动机处于怠速且船静止。低发动机怠速是系统的关键。第二，始终快速换档。缓慢换档允许爪形齿在驱动齿轮齿上“咔嗒”，且相反，用户将希望齿每次换档仅接触一次，以获得最小磨损。第三，不在发动机关闭时换档(除非某人转动传动轴)。如果爪形离合器和齿轮齿相遇，那么换档连杆可能弯曲，且接着最终发生齿轮跳跃障碍，这是因为弯曲的连杆将导致爪形离合器的不当接合。最后，定期检查换档系统调整以确保爪形离合器移动到完全接合。

减少爪形离合器行程的磨损的缆线或连杆可能导致齿轮在负载下跳跃，这快速破坏爪形离合器齿的侧面，且另外将“锤击”型力施加于变速器的其余部分(因为这一点，通常将齿轮跳跃描述为大约感觉在严重发动机失火与用非常大的锤对船的背面的不可见巨大击打之间)。大部分大电机爪形离合器具有机械加工成爪形齿的一些“锁定角”。当发动机扭矩力试图分开爪时，这一角有助于保持爪的接合。磨损减小锁定角和与齿轮接触的爪形齿的面积。当齿充分磨损使得爪不能再抵抗其上的扭矩力时，爪将远离齿轮滑动且将发生齿轮跳跃。齿轮跳跃可能对整个驱动系统具有非常破坏性的影响，所以必须立刻解决齿轮跳跃。如果齿轮跳跃很早就被发现且仅由不良调整/磨损连结所导致，那么可容易地解决所述齿轮跳跃。但如果其已发生一段时间，那么需要更换齿轮和爪以处理所述问题。齿轮和爪形离合器是表面硬化的，因此必须抵抗抓住手动研磨机且重修爪形齿表面的冲动。如果重修其表面，那么将仅是相对临时的解决办法，因为暴露的更软表面将简单地比原件快得多地磨损。爪形离合器齿上的锁定角还增大换档所需的力，尤其在使用大螺距螺旋桨的快船上。因此，大部分大舷外具有在其换档以将负载从齿轮卸掉几分之一秒时瞬时中断点火的“换档中断器”装置。换档中断器装置通常是发动机上的换档连杆中的弹簧负载开关，如果换档缆线或连结上的负载超过预设定最小值，那么所述弹簧负载开关将使点火电路接地。

常规舷外电机在下部单元中具有前进档-空档-倒档变速器，且从空档位置换入和换出前进档和倒档。前进档-空档-倒档变速器部件在下部单元中。下部单元通过中间部分外壳连接到发动机。发动机的曲轴通过输入轴连接到下部单元输入齿轮。当发动机正在运行输入齿轮时，下部单元中的前进档输出齿轮和倒档输出齿轮通过输入轴经由来自发动机的动力围绕输出轴旋转。

在发动机处于运行中的同时，输入轴和齿轮、前进档以及倒档一直旋转。然而，尽管其处于旋转中，但其未必将旋转动力供应到输出轴。前进档和倒档具有带有轴承的内部孔，所述轴承允许前进档和倒档在输出轴保持静止的同时围绕输出轴旋转。输出轴在输入齿轮与输出齿轮的方位之间具有机械加工的花键。这一花键区域装配有配合的离合器爪。在离合器爪的两个端面上是机械加工的齿。在输入齿轮和输出齿轮两者的内面上，存在可与离合器爪配合且通过离合器爪来接合的机械加工的齿。离合器爪移动以通过换档机构与倒档或前进档接合。

不同制造商具有换档机构的不同设计，但都使离合器爪沿着花键连接的输出轴移动以与选定齿轮接合。

当发动机启动时，离合器爪形齿未与任一齿轮接合。在发动机处于运行中之后，船舶的操作员通过换档机构经由使离合器爪移动到选定运动来选择螺旋桨的前进档旋转或倒档旋转。此时，前进档和倒档以大约400转/分钟到500转/分钟的发动机功率旋转。离合器爪、输出轴以及螺旋桨静止。离合器爪必须与齿轮配合且瞬间旋转输出轴和螺旋桨。在这一瞬间，螺旋桨轴和螺旋桨必须从静止变成与选定齿轮旋转的RPM相同的RPM。归因于惯性和水对螺旋桨的倾斜叶片的阻力，齿轮和离合器爪的接合齿有时彼此偏离，直到接合发生和完成为止。虽然齿轮和离合器精确地建置和硬化，但是其在这一换档过程期间确实引起一些磨损。另外，如果未彻底换档，那么可能发生损坏。

大部分其它非船舶前进档-空档-倒档变速箱在转换行进方向时利用分离接合离合器。驱动组件与变速箱输入轴断开连接。这一断开连接的区域装配有尽管发动机处于运行中但也停止输入轴在变速箱操作(event)上的旋转的分离接合离合器。停止的输入轴和齿轮允许变速箱在所有变速箱组件都不移动的同时从前进档换到空档换到倒档，此时输入齿轮也没有接合到发动机或输出轴，因此在离合器爪移出和移入下一选定齿轮时自由移动到正确地点中。

舷外电机能够消除分离接合离合器，因为驱动组件在水中旋转。因此，不存在螺旋桨与水之间的积极接合。而是存在船舶界称为“打滑(slippage)”的情况。启动时的初始负载比地面行进车辆上的驱动组件上的负载小得多。不具有分离接合离合器的静止的汽车无法在发动机运行时置于前进档或倒档。车轮、地面以及传动系统上的负载不会准许变速箱在输入轴和齿轮旋转的同时接合到前进档或倒档中。因为螺旋桨旋转开始时螺旋桨与水之间的负载因打滑而小得多，所以静止的船上的舷外电机可换到前进档或倒档中。

在舷外的情况下，如果发动机的怠速不够慢，比特定舷外电机的正常怠速快，那么将难以转变到前进档或倒档中。前进档和倒档比其应该的转动更快，且离合器爪的线性运动不够快，使得离合器爪形齿不能正确地接合到前进档或倒档中。配合齿彼此偏离，导致过早磨损或损坏。如果船静置在浅水或有大量植被的水中，那么也可能出现这一问题。归因于螺旋桨旋转开始时输出轴和齿轮上的打滑很少或没有打滑，螺旋桨叶片可能与水体的泥泞或坚硬底部接触，或与施加较重负载的草或杂草接触。螺旋桨上的这一负载将在从空档转变到前进档或倒档中时在离合器爪和齿轮接合系统上产生极大负载。

即使在舷外电机正确地怠速且螺旋桨叶片在较深开放水中时，螺旋桨旋转处的负载也没有彻底地消除。螺旋桨的重量(尤其如果是不锈钢且不是铝)、水对螺旋桨旋转的阻力以及在螺旋桨开始旋转时由螺旋桨推动的水的负载仍导致稍微粗糙和笨重的换档。这在舷外电机界已一直被接受，但其不是理想的且存在改进空间。

最后，当在强烈抵抗螺旋桨旋转的泥浆或杂草的条件下操作时，舷外电机的当前变速器系统是非常不符合要求的。当陷于那些情况中时，所需的动作过程是在倒档中且以大量动力运行螺旋桨。但是，由于螺旋桨完全没有自由旋转，所以换到倒档中可能完全不可能，且即使完成了换档，也将是粗糙和笨重的且损坏变速箱。

因此，存在对将自动进行且可改装到现有(existing)舷外电机中以及内置在现有舷外电机中的分离离合器系统的需要。

发明内容

本发明提供一种舷外电机自动分离离合器系统和方法，提供改进的用舷外船用电机在前进档与倒档之间换档的手段，提供在螺旋桨例如在杂草或泥浆中未自由旋转的情况下换档的能力，且提供在所有情况下都具有对齿轮的更小损坏的改进的换档。舷外电机自动分离离合器可内置在舷外电机中，或可作为改装在稍后安装。舷外电机自动分离离合器提供受传感器开关控制的电动离合器，传感器开关由舷外电机的换档系统的机械连杆激活和停用。

附图说明

现将参考附图，其中相似部件以相似标号标示，且其中：

图1是在使用时本发明的舷外电机自动分离离合器的示意性视图。

图2是在前进档中使用时本发明的舷外电机自动分离离合器的示意性视图。

图3是在空档中使用时本发明的舷外电机自动分离离合器的示意性视图。

图4是在倒档中使用时本发明的舷外电机自动分离离合器的示意性视图。

具体实施方式

参考图1且总体上参考所有图，示出本发明的舷外电机自动分离离合器10。

舷外电机21安装在船上，具有封闭在水下的下部组合件23中的变速箱22。驱动轴24将发动机的动力传输到变速箱22。离合器爪换档杆25上下移动，以便将离合器爪推动或拉动到前进档、空档或倒档中。换档控制26由船舶的操作员操纵，这引起固定长度连接杆的总体水平移动，这继而推动或拉动还附接离合器爪换档杆25的传递枢轴27，结果是将来自换档控制26的总体水平移动转换成离合器爪换档杆25的总体竖直移动。示出枢转移动。

舷外电机自动分离离合器10提供中断驱动轴24的电动分离接合离合器1。这一电动分离接合离合器1不同于舷外电机的离合器爪。当电动分离接合离合器1接合时，通过驱动轴24传输来自发动机的动力，且当电动分离接合离合器1分离时，不传输动力。

电动分离接合离合器1的接合或分离状态受所设置的控制开关2控制。控制开关2是呈其最简单形式的瞬时接触式开关，例如弹簧负载按钮或滚轮开关，或是呈更精密形式的光学、磁性(霍尔(Hall)效应)或接近传感器。控制开关2相对于传递枢轴27安装，使得在换档控制26处于前进档位置或倒档位置时通过传递枢轴27的一个臂或另一臂来按压或以其它方式触发控制开关。当换档控制26处于空档位置时，未按压控制开关，因为传递枢轴27的臂都不是极为接近的。

由电池3或另一来源提供通过控制开关2操作分离接合离合器1的电能。这一电池可以是已在船上且附接到舷外电机的电池，或仅出于操作分离接合离合器1的目的而安设的电池。

分离接合离合器1可以是在其未通电时的通常接合离合器，所述通常接合离合器在由控制开关2通电时拉开或以其它方式分离，或可以是在由控制开关2通电时接合的通常分离离合器。取决于分离接合离合器1的性质，控制开关2可以是常闭或常开的。分离接合离合器1应在传递枢轴27处于对应于换档控制26处于前进档位置或倒档位置的位置时接合，且应在传递枢轴27处于对应于空档位置的位置时分离。因为换档控制26和传递枢轴27在前进档与倒档之间改变时必须经过空档位置，所以分离接合离合器1将始终在换档期间分离至少一时刻。分离接合离合器1的分离使得不存在从驱动轴24到变速箱22的力，且因此允许下部单元变速箱离合器爪换档以与前进档接合或与倒档接合，同时前进档和倒档的旋转静止且自由定位到选定位置中，这允许平滑换档且减少碾磨和堵塞。通过提供更平滑的换档，舷外电机自动分离离合器允许在变速箱22中使用更积极的离合器爪形齿和配合齿轮接合齿。在没有舷外电机自动分离离合器的情况下，无法使用更积极的设计，因为这种积极设计在齿的接触表面上具有锁定角，这使得在处于来自驱动轴24的扭矩下时换档困难。

舷外电机自动分离离合器允许浅水舷外的有效快速换向能力。这种快速换向能力对浅水操作来说是重要的，以便在停靠或接近另一船舶时和在清洁水条件下操纵时使船减速或停止。

舷外电机自动分离离合器10提供与离合器爪的空档位置隔开的“空档”。这在例如相同方向上的一系列脉冲或点动浪涌的情况(其中离合器爪不移动到空档位置中)下可以是有益的，且因此避免变速箱22中的齿的大量分离和重新接合以及其磨损。

当前可用于浅水舷外电机上的现有快速螺旋桨换向系在浅水、阻塞水或清洁水中表现不佳，因为螺旋桨轴以与在水之上的驱动齿轮或驱动带滑轮成一角度地进入水。在处于倒档时的推力指向水和大气的表面处。大气不为螺旋桨实现推靠以便向后拉动船提供实质性物质。使问题更加严重的是，通过螺旋桨移动到水表面的水与船尾接触，抵消螺旋桨的拉力。当使用本发明时，在非计划速度下，下部单元/变速器在水下。在动力修整的情况下，下部单元/变速器可降低更多。螺旋桨轴接近于平行于水表面且螺旋桨推力不指向表面处。而是指向水体处。水体为换向螺旋桨推靠且有效地向后拉动船提供实质性物质。

为了使得能够通过消除在螺旋桨前方行进经过水的下部单元的竖直前缘来在充满碎屑的水中使用常规型舷外电机下部单元。当行进时，如果这一竖直边缘与例如植被的碎屑接触，那么这一碎屑因水的力而附着到边缘。这一植被阻碍或中断运行。类似地，如果遭遇坚硬物体，例如岩石、圆木或树桩，那么下部单元和电机受到硬撞击。已添加尾鳍4，其从螺旋桨下方成一角度地向上延伸且在下部单元前方继续延伸出水面之上。这一尾鳍4偏转和引导下部单元和螺旋桨下方的碎屑。如果遭遇坚硬物体，那么相较于与常规舷外尾鳍突然撞击，长角度尾鳍4提供抬升效果。

参考图2，当换档控制26放置在前进档位置中时，传递枢轴27由一个臂向前拉动，且另一臂向上拉动离合器爪换档杆25，从而激活控制开关2，继而使得电动分离接合离合器1变得接合，且用于将动力通过驱动轴24传输到变速箱22。

参考图3，当换档控制26放置在空档位置中时，无论这种放置是暂时且伴随前进档与倒档之间的换档，还是有意放置在空档中，传递枢轴27都在两个臂都不激活控制开关2的情况下移动到中间位置中，继而使得电动分离接合离合器1变得分离。

参考图4，当换档控制26放置在倒档位置中时，传递枢轴27由一个臂向后推动，且另一臂向下推动离合器爪换档杆25，从而激活控制开关2，继而使得电动分离接合离合器1变得接合，且用于将动力通过驱动轴24传输到变速箱22。

可在不脱离本发明的精神的情况下在本发明的系统和方法中作出许多其它改变和修改。因此我希望仅通过所附权利要求的范围来限制我对本发明的权利。

Claims (20)

1.一种舷外电机自动分离离合器系统，用于与具有发动机、驱动轴、变速箱、离合器爪换档杆以及连接到传递枢轴的换档控制的舷外电机一起使用，所述舷外电机自动分离离合器包括：

(i)分离接合离合器，配置成使用电力来分离和接合从所述驱动轴到所述变速箱所传递的动力；

(ii)控制开关，配置成感测所述传递枢轴的位置以及基于所述传递枢轴的所述位置来提供或抑制来自所述分离接合离合器的电力；以及

(iii)电池，配置成通过所述控制开关将电力提供到所述分离接合离合器；

其中，在使用时，所述控制开关在感测连接到所述传递枢轴的所述换档控制的位置后在所述换档控制的所述位置和传递枢轴对应于前进档或倒档时引起所述分离接合离合器的接合，且在所述换档控制的所述位置和传递枢轴对应于空档位置时引起所述分离接合离合器的分离；且

其中，在使用时，所述分离接合离合器在所述空档位置中的所述分离通过所述驱动轴去除所述变速箱上的力，由此允许所述离合器爪换档杆在所述变速箱上的更平滑动作。

2.根据权利要求1所述的舷外电机自动分离离合器系统，进一步配置以用于与重型变速箱一起使用。

3.根据权利要求1所述的舷外电机自动分离离合器系统，进一步配置以用于浅水中。

4.根据权利要求1所述的舷外电机自动分离离合器系统，进一步配置以用于充满阻塞的水中。

5.根据权利要求1所述的舷外电机自动分离离合器系统，其中所述电动分离接合离合器进一步为所述舷外电机提供所述空档位置。

6.根据权利要求1所述的舷外电机自动分离离合器系统，进一步包括用于现有舷外电机的改装套件。

7.根据权利要求1所述的舷外电机自动分离离合器系统，其中所述电动分离接合离合器和所述控制开关在制造时内置在所述舷外电机中。

8.根据权利要求1所述的舷外电机自动分离离合器系统，其中所述控制开关进一步包括瞬时按钮式开关。

9.根据权利要求1所述的舷外电机自动分离离合器系统，其中所述控制开关进一步包括瞬时滚轮式开关。

10.根据权利要求1所述的舷外电机自动分离离合器系统，其中所述控制开关进一步包括电子传感器。

11.一种舷外电机自动分离离合器方法，用于与具有发动机、驱动轴、变速箱、离合器爪换档杆以及连接到传递枢轴的换档控制的舷外电机一起使用，所述舷外电机自动分离离合器方法包括：

(i)设置舷外电机自动分离离合器系统，其包括：

(a)分离接合离合器，配置成使用电力来分离和接合所述驱动轴到所述变速箱的动力的传递；

(b)控制开关，配置成感测所述传递枢轴的位置以及基于所述传递枢轴的所述位置来提供或抑制来自所述分离接合离合器的电力；以及

(c)电池，配置成通过所述控制开关将电力提供到所述分离接合离合器；以及

(ii)使用所述舷外电机自动分离离合器系统；

其中，在使用时，所述控制开关在感测连接到所述传递枢轴的所述换档控制的位置后在所述换档控制的所述位置和传递枢轴对应于前进档或倒档时引起所述分离接合离合器的接合，且在所述换档控制的所述位置和传递枢轴对应于空档位置时引起所述分离接合离合器的分离；且

其中，在使用时，所述分离接合离合器在所述空档位置中的所述分离通过所述驱动轴去除所述变速箱上的力，由此允许所述离合器爪换档杆在所述变速箱上的更平滑动作。

12.根据权利要求11所述的舷外电机自动分离离合器方法，其中所述舷外电机自动分离离合器进一步配置以用于与重型变速箱一起使用。

13.根据权利要求11所述的舷外电机自动分离离合器方法，其中所述舷外电机自动分离离合器进一步配置以用于浅水中。

14.根据权利要求11所述的舷外电机自动分离离合器方法，其中所述舷外电机自动分离离合器进一步配置以用于充满阻塞的水中。

15.根据权利要求11所述的舷外电机自动分离离合器方法，其中所述电动分离接合离合器进一步为所述舷外电机提供所述空档位置。

16.根据权利要求11所述的舷外电机自动分离离合器方法，进一步包括设置用于现有舷外电机的改装套件。

17.根据权利要求11所述的舷外电机自动分离离合器方法，其中所述电动分离接合离合器和所述控制开关在制造时内置在所述舷外电机中。

18.根据权利要求11所述的舷外电机自动分离离合器方法，其中所述控制开关进一步包括瞬时按钮式开关。

19.根据权利要求11所述的舷外电机自动分离离合器方法，其中所述控制开关进一步包括瞬时滚轮式开关。

20.根据权利要求11所述的舷外电机自动分离离合器方法，其中所述控制开关进一步包括电子传感器。

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