CN112673199B - 传动装置 - Google Patents

Abstract

一种传动装置(8)，其包括通过轴承装设以相对于彼此旋转的第一部件(9)和第二部件(10)，以及用于将第一部件和第二部件相对于彼此旋转锁定在预定相互旋转位置的锁定机构(12)。传动装置(8)包括磁场传感器(60)，其被布置成用于在第一部件(9)和第二部件(10)相对于彼此旋转时测量第一部件(9)和第二部件(10)的相对旋转位置。

Description

传动装置

技术领域

本发明涉及一种传动装置，传动装置包括通过轴承装设以相对于彼此旋转的第一部件和第二部件，以及用于将第一部件和第二部件相对于彼此旋转锁定在预定相互旋转位置的锁定机构。

背景技术

在某些技术领域，具有螺旋桨的轴在某些操作条件下可能必须被锁定以防止旋转。它例如可以是由马达驱动的螺旋桨，也可以是由风力驱动以发电的螺旋桨。

例如，对于空陆两用飞机，诸如可转换成能够在道路上行驶的汽车的飞机，在道路行驶期间，当马达驱动车轮时，必须将螺旋桨从传动系断开。当断开螺旋桨以在道路上行驶时，螺旋桨必须保持静止来防止螺旋桨被风转动。此外，出于其它原因，诸如为了减小空气阻力和实现平衡，螺旋桨的角位置将被预先设置，并且在汽车模式中螺旋桨将被保持在该特定位置。对于每对相邻的两个桨叶之间的角距离为120°的三叶式螺旋桨，一个桨叶通常被垂直地保持在上部位置。

在汽车模式中用于锁定螺旋桨的已知锁定设备的缺点在于，在传动装置中添加了部件，这使得设计更加复杂、更占用空间且成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有锁的传动装置，该锁可用于锁定诸如螺旋桨的部件，同时能够减少或消除已知锁定装置的至少一些问题。

该目的是通过一种传动装置来实现的，该传动装置包括通过轴承装设以相对于彼此旋转的第一部件和第二部件，以及用于将第一部件和第二部件相对于彼此旋转锁定在预定相互旋转位置的锁定机构，其中传动装置包括磁场传感器，所述磁场传感器用于在第一部件和第二部件相对于彼此旋转时测量第一部件和第二部件的相对旋转位置。

本发明是基于以下理解，即，通过这种传动装置，可以以可靠的方式使用少量额外的部件来执行部件的锁定。这是因为对相对旋转位置的了解可使得匹配第一部件和第二部件的接合成为可能，从而能够达到被锁定的预定相互旋转位置。此外，锁定机构的机械设计可以是简单的。第一部件可以是传动轴，第二个部件可以是传动轴通过轴承装设在其中的壳体。

锁定机构可包括能够在轴向上移动以接合第一部件和第二部件的锁单元。锁单元可布置在第一部件上。为了接合第一部件和第二部件，移动锁单元从而使得锁单元还将接合第二部件。

锁单元优选为套筒。套筒可设有用于与第一部件和第二部件接合的内花键。

例如，传动装置可具有能够通过锁定机构选取的至少两种模式：第一静止模式，在第一静止模式中第一部件和第二部件相对于彼此被锁定在预定相互旋转位置；以及，第二驱动模式，在第二驱动模式中第一部件被连接到驱动马达，驱动马达用于相对于第二部件旋转第一部件。由此，由于在待通过锁单元的移位触发静止模式时可自动执行驱动模式的断开，并且反之亦然，因此锁以提供一种安全锁的合理方式被集成在传动装置中。

应当强调的是，“预定相互旋转位置”的表述是指为了使得第一部件和第二部件相对于各自的角位置而被相对于彼此旋转锁定而选取的特定位置，这与例如由有限数量的可能相互旋转的位置的任意随机位置不同。

通过锁定机构能够改变第一部件和第二部件相对于彼此锁定的预定相互旋转位置的数量。对于某些应用，只有一个这种预定相互旋转位置。在其它应用中，可以有几个预定相互旋转位置，并且预定相互旋转位置的数量通常在1至5个的范围内。例如，对于三叶式螺旋桨，考虑到两个相邻螺旋桨叶片之间的角距离为120°所提供的相同的对称性，可以将螺旋桨锁定在三个等效的位置，因而可使用三个预定相互旋转位置。

根据一种实施方式，该锁单元设有用于与磁场传感器产生的磁场相互作用的至少一个凹槽，其中该至少一个凹槽被布置成用于指示第一部件和第二部件中的一个的旋转位置。例如，锁单元可布置在第一部件上并且旋转锁定到第一部件，以与第一部件一起旋转。第二部件的旋转位置可以是固定的和已知的。由此，可确定第一部件的旋转位置，当第一部件的旋转位置与第二部件的旋转位置匹配时，可移动锁单元从而使得实现第一部件和第二部件的预定相互旋转位置。

根据另一种实施方式，该至少一个凹槽布置在锁单元的外表面上，其中凹槽的深度沿锁单元的周向而变化。由此，可接收来自磁场传感器的信号，该信号在锁单元相对于磁场传感器旋转期间随凹槽深度而变化。例如，通过分析基于磁场扰动的导数的信号，可确定锁单元的旋转位置。

根据另一种实施方式，锁单元具有用于与磁场传感器相互作用的至少一个磁化部分，该至少一个磁化部分被布置成用于指示第一部件和第二部件中的一个的旋转位置。例如，锁单元可布置在第一部件上并且被旋转锁定到第一部件，以与第一部件一起旋转。第二部件的旋转位置可以是固定的和已知的。由此，可确定第一部件的旋转位置，当第一部件的旋转位置与第二部件的旋转位置匹配时，可移动锁单元从而使得实现第一部件和第二部件的预定相互旋转位置。

根据另一种实施方式，该至少一个磁化部分被布置成使得磁化部分的磁场沿锁单元的周向变化。由此，可接收来自磁场传感器的信号，该信号在锁单元旋转期间随锁单元的旋转位置而变化。例如，通过分析基于磁场的大小的信号，可确定锁单元的旋转位置。

除了测量第一部件和第二部件的相对旋转位置之外，磁场传感器还可被布置成用于测量锁单元的轴向位置和/或第一部件和第二部件的相对旋转速度。由此，可进一步使得锁单元的移动的开始时间和锁单元所需的移动速度适应于当前条件。

本发明的另一个目的在于提供一种可用于锁定部件的方法。该目的通过用于在传动装置中将第一部件和第二部件相对于彼此锁定的方法实现，其中传动装置的第一部件和第二部件通过轴承装设以相对于彼此旋转，传动装置包括用于将第一部件和第二部件相对于彼此旋转锁定在预定相互旋转位置的锁定机构，该方法包括步骤：在第一部件和第二部件相对于彼此旋转时，利用磁场传感器测量第一部件和第二部件的相对旋转位置，基于利用磁场传感器测量的相对旋转位置启用锁定机构，以将第一部件和第二部件相对于彼此旋转锁定在预定相互旋转位置。

根据本发明的另一个方面，进一步的目的在于提供一种空陆两用飞机，其包括具有锁的传动装置，该锁可用于锁定飞机的螺旋桨。

该方法和该空陆两用飞机的优点与上文参考传动装置的不同实施方式已经讨论的优点基本相同。本发明的其他优点和有利特征在以下描述和从属权利要求中公开。

附图说明

参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。

在附图中：

图1a是一种空陆两用飞机的透视图，

图1b是图1a所示的空陆两用飞机的后视图，

图2是空档模式下的传动装置的部分剖切侧视图，

图3是传动装置的端视图，其中示出处于锁定状态的螺旋桨，

图4a是图2中的传动装置的锁定机构的正视图，

图4b是图4a中的锁定机构的侧视图，

图5a和5b示出了磁场和锁定机构的套筒之间的相互作用，

图6a和6b示出了磁场和锁定机构的套筒变型例之间的相互作用，

图7a和7b是锁定机构的其他套筒变型例的示意性侧视图，以及

图8示出了方法的示例性实施例的流程图。

具体实施方式

图1a和1b示出了一种空陆两用飞机1。图1a以透视视角示出了飞机1，图1b以后视视角示出了飞机1。飞机1可转换成能够在道路上行驶并与陆基交通系统互动的汽车。图中示出了在道路上行驶期间被用作汽车时的飞机1。在汽车模式下，由于马达用于驱动车轮3，螺旋桨2从传动系断开。当断开螺旋桨2以在道路上行驶时，螺旋桨2最好保持静止以防止螺旋桨被风转动。例如，为了减少空气阻力并实现平衡，在汽车模式下螺旋桨2将保持在特定位置。对于图1a和1b所示的三叶式螺旋桨2，其中每对螺旋桨叶片5a、5b；5b、5c；5c、5a之间的角距离4为120°，一个螺旋桨叶片5a通常被垂直保持在上部位置。因此，至少只要飞机1停留在基本平坦的地面7上，靠上的螺旋桨叶片5a指向垂直方向6，其他每个螺旋桨叶片5b、5c都倾斜地指向下。

螺旋桨2布置在空陆两用飞机1的传动装置的传动轴上。下文将参考其余附图描述传动装置。

图2示出了传动装置8的部分剖切面视图。尽管本文参考车辆应用来描述传动装置，但是这种传动装置也可用于其他应用中。

传动装置8包括利用轴承11而通过轴承方式装设以相对于彼此旋转的第一部件9和第二部件10。在图2所示的示例性实施例中，第一部件是螺旋桨2布置于其上的传动轴9，第二部件是传动装置8的壳体10。壳体10构成飞机1上的固定点。传动装置8还包括用于将第一部件9和第二部件10相对于彼此旋转锁定在预定相互旋转位置的锁定机构12。

锁定机构12包括锁单元13。锁单元13可以是用于将第一部件和第二部件相对于彼此旋转锁定的任何合适的装置。锁单元13能够沿轴向16移动以接合第一部件9和第二部件10。锁单元13可布置在第一部件9上。在图2所示的示例性实施例中，锁单元是布置在第一部件9上的套筒13。传动装置8适当地包括布置在第一部件上的轮毂15，轮毂15上布置有套筒13。轮毂15相对于第一部件9固定。套筒13旋转锁定到轮毂15，从而相对于第一部件9旋转锁定，但是相对于轮毂15能够沿轴向16移动。轮毂15可具有外花键而套筒13可具有内花键，二者形成花键接头。

此外，锁定机构包括旋转锁定到第二部件10的爪环14。爪环14适当地设有与套筒13的内花键相对应的外花键。因此，套筒13相对于第一部件9旋转锁定，爪环14相对于第二部件10旋转锁定，套筒13和爪环14相对于彼此能够轴向地移动以接合套筒13和爪环14，从而使得第一部件9和第二部件10相对于彼此旋转锁定。

套筒13和爪环14应当仅在与第一部件9和第二部件10的预定相互旋转位置相对应的相互旋转位置中接合。在图2(和图1a和1b)所示的示例性实施例中，第一部件9和第二部件10的预定相互旋转位置对应于布置在传动轴9上的螺旋桨2的预定旋转位置。因此，如图1a和1b所示，螺旋桨2以如上所述的方式相对于飞机1锁定。

作为示例，当使用具有三个螺旋桨叶片的螺旋桨时，第一部件9和第二部件10的预定相互旋转位置的数量可以是1个或3个。在第一种情况下，当螺旋桨锁定时，总是同一个螺旋桨叶片5a指向垂直方向6。然而，在另一种情况下，由于对称性，螺旋桨2可被锁定，从而使得螺旋桨叶片5a、5b、5c中的任何一个指向垂直方向6，因为螺旋桨2有三个等效的锁定位置。

利用齿轮致动器的换档拨叉50，套筒13能够被沿轴向16移动。图4a中示意性示出齿轮致动器。

传动装置8优选地具有至少两种通过套筒13的移动选取的模式。在图2所示的示例性实施例中，传动装置8具有第一静止模式，在第一静止模式中第一部件9和第二部件10如上文所述地相对于彼此被锁定在预定相互旋转位置。在这种静止模式下，套筒被轴向移动(图2中向右)，从而使得套筒13和爪环14接合。传动装置8还具有第二驱动模式，其中第一部件连接到驱动马达(未示出)，驱动马达用于相对于第二部件10旋转第一部件9。在这种驱动模式下，套筒13被轴向移动(图2中向左)，从而使得套筒13和另一爪环17接合。最后，传动装置8还具有空档模式，其中第一部件9和第二部件10相对于彼此未被旋转锁定，并且第一部件9从驱动马达断开。如图2所示，在此空档模式下，套筒13被布置在轮毂15上的、与任何爪环14、17不接合的中心位置上。

图3以端视视角示出了传动装置8，其中传动装置处于与图1b相对应的锁定模式。传动轴9和螺旋桨2相对于壳体10被锁定在预定相互旋转位置。三叶式螺旋桨2的一个叶片5a定位在垂直方向6上。

图4a以正视视角示出了套筒13、爪环14、17和具有换档拨叉50的齿轮致动器51。此外，传动装置8包括磁场传感器60，磁场传感器60被布置成在第一部件9和第二部件10相对于彼此旋转时测量第一部件9和第二部件10的相对旋转位置。换句话说，传动装置8包括磁场传感器60，磁场传感器60用于在第一部件和第二部件中的至少一个绕轴线61旋转时测量第一部件和第二部件的相对角位置。当第一部件9和第二部件10脱离时，可以在套筒13移动前进行测量，可选地在利用同步器(未示出)同步之后进行测量。

在图2所示的示例性实施例中，第一部件是旋转的传动轴9，第二部件是传动装置8的壳体10。壳体10的旋转位置是固定的(不旋转)并且是已知的。这意味着测量套筒13的旋转位置足以确定第一部件和第二部件的相对旋转位置。然而，尽管本文未进一步描述，但在另一应用中，传动装置可包括一个或多个传感器。例如，第一传感器用于测量第一部件的角位置，第二传感器用于测量第二部件的角位置。

磁传感器60被适当布置在固定点上，优选地通过任何适当的附接装置附接到传动装置壳体上。

如图4b的侧视图所示，套筒13可具有用于与磁场传感器60产生的磁场相互作用的至少一个凹槽63。凹槽63可被布置成用于指示第一部件和第二部件中的一个的旋转位置。这里，凹槽63被布置成用于测量套筒13的旋转位置，从而测量第一部件9的旋转位置。通过对凹槽相对于第一部件的位置的了解，可通过磁场传感器60测量第一部件和第二部件的相对位置。

如图4b中进一步所示，有三个这种凹槽63，该凹槽63指示用于接合爪环14的套筒13的可能的旋转位置，从而使得第一部件9和第二部件10可相对于彼此被锁定在预定相互旋转位置。两个相邻凹槽63之间的角度64为120°。这三个凹槽位置对应于前文所描述并如图所示的三个等效螺旋桨位置。

每个凹槽63被布置在套筒13的外表面65上，凹槽63的深度66沿套筒13的圆周方向67变化。因此，从套筒13的中心68到其外周的径向距离沿套筒13的圆周方向变化。这意味着来自磁场传感器60的信号将沿套筒的圆周变化，即当套筒绕轴线61旋转时，磁场传感器60的信号将变化。

图5a和5b示出了当套筒旋转时，由磁场传感器60产生的磁场和套筒13的相互作用。图5a示意性示出了套筒13的一部分。套筒13具有外周65和凹槽63，当套筒旋转时，凹槽63穿过磁场传感器60。图5a还示意性示出了磁场传感器60。当套筒旋转(且传感器固定)时，传感器60和套筒13之间的距离将因凹槽63而变化。磁场传感器60提供的信号转而取决于套筒13和磁场传感器60之间的距离，并因此还取决于套筒的旋转位置。

图5b示出了来自磁场传感器60的信号70。信号70由套筒13引起的磁场扰动的变化来表示。换句话说，信号是基于磁场扰动的导数。由于当套筒13旋转(在示例中为逆时针方向)时，套筒13和磁场传感器60之间的距离在第一部分期间(图5a左侧)是恒定的，因此信号在第一部分期间是恒定的。此后，该距离沿着凹槽63的第一斜坡71增大，直到磁场传感器60面向凹槽63的平坦底部72。因此，沿着第一斜坡71，信号指示负导数，而沿着平坦底部72，信号是恒定的。此后，该距离沿着凹槽63的第二斜坡73减小，直到磁场传感器60和凹槽63通过彼此。因此，沿着第二斜坡73，信号指示正导数。在凹槽63之后，由于套筒13和磁场传感器60之间的距离没有变化，信号再次保持恒定。由磁场传感器60产生的该信号随后可用于确定套筒13的当前旋转位置。

图6a和6b示出了当套筒旋转时，由磁场传感器60产生的磁场和变型例的套筒13’的相互作用。在图6a中，套筒13’具有不含有平坦底部部分的凹槽63’。取而代之的是，弧形底部74在套筒13’的凹槽63’的第一斜坡71’和第二斜坡73’之间形成平滑的过渡段。相应地，由图6b可见，信号70’与图5b中的信号稍有不同。从第一个斜坡71’开始，直到磁场传感器60面对凹槽的底部点75(也可以是凹槽的中心点)，信号指示负导数。其中，在磁场传感器60面对凹槽的底部点75的位置处，套筒13’和磁场传感器60之间的距离最大。从底部点75到第二个斜坡73’的末端，信号指示正导数。在凹槽63’之前和之后，与参考图5a和5b所述的方式相同，信号是恒定的。由于导数在底部点75处改变了正负符号，因此可获得套筒13的非常精确的旋转位置

图7a和7b示出了进一步的变型例的套筒13”，套筒13”设有至少一个用于与磁场传感器相互作用的磁化部分80。套筒被以侧视视角示意性示出。该至少一个磁化部分80代替了凹槽而被布置成用于指示套筒的旋转位置并由此指示第一部件的旋转位置。通过了解磁化部分80相对于第一部件9的位置，可通过磁场传感器60测量第一部件9和第二部件10的相对位置。

套筒可具有一个或多个这种磁化部分80，每个磁化部分提供磁场。磁化部分80可被布置成使得磁化部分的磁场沿着锁单元13”的圆周方向67”变化。每个这种磁化部分80可依次被划分为具有不同磁极的两个或更多部段81。部段81的极性可以彼此不同，使得磁场沿套筒13”的圆周方向67”变化。例如，如图7a所示，可如箭头82所示交替地布置部段81的极性。如图7b所示，也可使用磁场沿磁化部分80逐渐变化的套筒13”的磁化。例如，可通过以合适的Halbach阵列布置的磁体来实现这种磁化。

套筒13”可被制成为一个单件，或者套筒可包括具有花键的第一环和第二磁化环，第二磁化环被夹持在第一环的外表面上，使得第一环和第二环套筒相对于彼此被旋转锁定。

如图4a中示意性示出的，为了执行本文所述的方法，提供了一种用于控制齿轮致动器51的控制单元90。控制单元90被配置成能够连续地从磁场传感器60接收输入数据91。控制单元90还被配置成能够基于接收到的输入数据91提供输出数据92以控制齿轮致动器51。控制单元90可电连接到齿轮致动器51，以在控制单元90和齿轮致动器51的驱动单元93之间传送信号。

控制单元90可包括一个或多个微处理器和/或一个或多个存储器设备或用于执行计算机程序以执行该方法的任何其它组件。因此，控制单元优选地设有用于执行本文所述的方法的任何实施例的所有步骤的计算机程序。此外，控制单元可以是控制器的一部分，该控制器还可用于齿轮致动器的其他功能或传动装置的任何其他功能，或者作为可连接到控制器的单独单元提供。

本发明还涉及在传动装置中用于将第一部件和第二部件相对于彼此锁定的方法。如上所述，传动装置8的第一部件9和第二部件10通过轴承装设以相对于彼此旋转，并且传动装置包括用于将第一部件和第二部件相对于彼此旋转锁定在预定相互旋转位置的锁定机构12。关于进一步的设备特征，参考上文对传动装置8的描述。

该方法包括步骤：在第一部件和第二部件相互旋转时，利用磁场传感器60测量第一部件9和第二部件10的相对旋转位置，以及，基于由磁场传感器60测量的相对旋转位置启用锁定机构12，以将第一部件9和第二部件10相对彼此旋转锁定在预定相互旋转位置。

图8示出了该方法的一个示例性实施例的流程图。在第一步骤S1中，来自磁场传感器60的信号被传送到控制单元90。另参见图4a。控制单元90连续读取信号，该信号源自由磁场传感器60在套筒13上执行的测量。在第二步骤S2中，基于从磁场传感器60接收的信号检测套筒的轴向位置。在第三步骤S3中，基于从磁场传感器60接收的信号检测套筒的转速。在第四步骤S4中，将检测到的转速与目标速度区间进行比较。

如果测量的速度在目标速度区间内(图7中的“是”)，则在第五步骤S5中连续检测套筒的旋转位置，以找到可执行套筒和爪环的接合的套筒的旋转位置。如果转速超出目标转速区间(图7中的“否”)，则继续读取传感器信号，直到速度达到该区间内的值。优选地，该区间将包括从0到上阈值的速度，当速度超过该区间则套筒不可能接合。

在第六步骤S6中，当速度在目标速度区间内并且已经检测到适合接合的套筒13的旋转位置时，套筒13被齿轮致动器51移动以接合套筒13和爪环14。如上所述，选择套筒13和爪环14的相对旋转位置，从而使得将第一部件9和第二部件10相对于彼此被锁定在预定相互旋转位置。

应当理解，本发明不限于该和附图中所示的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。

Claims (7)

1.一种传动装置（8），其包括通过轴承装设以相对于彼此旋转的第一部件（9）和第二部件（10），以及用于将所述第一部件和所述第二部件相对于彼此旋转锁定在预定相互旋转位置的锁定机构（12），所述传动装置（8）包括磁场传感器（60），所述磁场传感器（60）被布置成用于在所述第一部件（9）和所述第二部件（10）相对于彼此旋转时测量所述第一部件（9）和所述第二部件（10）的相对旋转位置，其特征在于，所述第一部件是传动轴（9），并且所述第二部件是所述传动装置（8）的壳体（10），所述锁定机构（12）包括能够沿轴向（16）移动以接合第一部件（9）和第二部件（10）的锁单元（13），所述锁单元（13）具有用于与由所述磁场传感器（60）产生的磁场相互作用的至少一个凹槽（63），该至少一个凹槽（63）被布置成用于指示所述第一部件（9）和所述第二部件（10）中的一个的旋转位置，所述至少一个凹槽（63）布置在所述锁单元（13）的外表面（65）上，所述凹槽的深度（66）沿所述锁单元（13）的周向（67）而变化。

2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述锁单元（13）布置在所述第一部件（9）上。

3.根据权利要求1或2所述的传动装置，其特征在于，所述锁单元是套筒（13）。

4.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述第一部件（9）和所述第二部件（10）的所述预定相互旋转位置对应于布置在所述传动轴上的螺旋桨（2）的预定旋转位置。

5.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述传动装置（8）具有能够通过所述锁定机构（12）选取的至少两种模式：

第一静止模式，在第一静止模式中，所述第一部件（9）和所述第二部件（10）相对于彼此被锁定在预定相互旋转位置；

第二驱动模式，在第二驱动模式中，所述第一部件（9）被连接到驱动马达，所述驱动马达用于相对于所述第二部件（10）旋转所述第一部件（9）。

6.一种空陆两用飞机（1），其中，所述空陆两用飞机（1）包括根据权利要求1至5中任一项所述的传动装置（8）。

7.根据权利要求6所述的空陆两用飞机，其特征在于，所述第一部件是传动轴（9），所述第一部件和所述第二部件的所述预定相互旋转位置对应于布置在所述传动轴（9）上的螺旋桨（2）的预定旋转位置。

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