CN113251085A - 电动态联接和控制组件和其中使用的可切换的线性致动器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电动态联接和控制组件以及可切换的线性致动器装置。所述组件具有每一个均被支撑为围绕共同的旋转轴线旋转的第一联接构件和第二联接构件以及用于将联接构件选择性地机械联接在一起的至少一个锁定构件。所述装置包括：定子结构，其包括至少一个电磁源；以及转换器结构，其被配置为联接至第二联接构件以与其一起旋转。所述转换器结构包括至少一个柱塞，该柱塞在轴向方向上可弹性变形以为该装置提供顺应性。每个柱塞具有自由端部部分，该自由端部部分被配置为在通道内移动以接合并致动第二联接构件的槽内的锁定构件。

Description

电动态联接和控制组件和其中使用的可切换的线性致动器 装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年2月12日提交的美国临时申请序列第62/975,239号的权益，并要求2020年11月27日提交的美国申请序列第17/105,735号的优先权，其公开内容通过引用整体结合于此。

技术领域

本发明的至少一个实施方式总体上涉及电动态联接和控制组件以及其中使用的可切换的线性致动器装置。

背景技术

典型的单向离合器(OWC)包括内环、外环和这两个环之间的锁定装置。单向离合器被设计为在一个方向上锁定，而允许在另一个方向上自由旋转。车辆自动变速器常用的两种单向离合器包括：

滚子式，其包括位于单向离合器的内座圈和外座圈之间的弹簧加载的滚子(在一些应用上滚子式也在没有弹簧的情况下使用)；以及

斜撑式，其包括位于单向离合器的内座圈和外座圈之间的不对称形状的楔形物。

单向离合器通常用于变速器，以防止在某些变速期间驱动扭矩(即，动力流)的中断，而允许在滑行期间发动机制动。

可控或可选的单向离合器(即，OWC)与传统的单向离合器设计不同。可选的OWC加入与滑板组合的第二组锁定构件。该额外的一组锁定构件加上滑板为OWC增添了多个功能。根据设计的需要，可控的OWC能够在一个或两个方向上在旋转轴或固定轴之间产生机械连接。此外，根据设计，OWC能够在一个或两个方向上超越运行。可控的OWC包含外部控制的选择或控制机构。该选择机构可以在对应于不同操作模式的两个或更多个位置之间移动。

美国专利第5,927,455号公开了一种双向超越棘爪式离合器，美国专利第6,244,965号公开了一种平面超越联接器，并且美国专利第6,290,044号公开了一种用于自动变速器的可选的单向离合器组件。

美国专利第7,258,214号和第7,344,010号公开了超越联接组件，并且美国专利第7,484,605号公开了一种超越径向联接组件或离合器。

适当设计的可控的OWC在“断开”状态下可具有接近零的寄生损耗。它也可以通过机电启动，并且没有液压泵和阀的复杂性或寄生损耗。

其他相关的美国专利出版物包括：2016/0377126；2015/0014116；2011/0140451；2011/0215575；2011/0233026；2011/0177900；2010/0044141；2010/0071497；2010/0119389；2010/0252384；2009/0133981；2009/0127059；2009/0084653；2009/0194381；20009/0142207；2009/0255773；2009/0098968；2010/0230226；2010/0200358；2009/0211863；2009/0159391；2009/0098970；2008/0223681；2008/0110715；2008/0169166；2008/0169165；2008/0185253；2007/0278061；2007/0056825；2006/0252589；2006/0278487；2006/0138777；2006/0185957；2004/0110594；以及下面的美国专利号：9,874,252；9,732,809；8,888,637；7,942,781；7,806,795；7,695,387；7,690,455；7,491,151；7,484,605；7,464,801；7,349,010；7,275,628；7,256,510；7,223,198；7,198,587；7,093,512；6,953,409；6,846,257；6,814,201；6,503,167；6,328,670；6,692,405；6,193,038；4,050,560；4,340,133；5,597,057；5,918,715；5,638,929；5,342,258；5,362,293；5,678,668；5,070,978；5,052,534；5,387,854；5,231,265；5,394,321；5,206,573；5,453,598；5,642,009；6,075,302；6,065,576；6,982,502；7,153,228；5,846,257；5,924,510；和5,918,715。

线性马达是其定子和转子被“展开”的电动马达，使得其沿着其长度产生线性力而不是产生扭矩(旋转)。最常见的操作模式是洛伦兹型致动器，其中所施加的力与电流和磁场成线性比例。美国公开申请2003/0102196公开了一种双向线性马达。

线性步进马达用于需要快速加速和以低质量负载高速移动的定位应用。机械简单性和精确的开放式外观操作是线性步进马达系统的附加特征。

线性步进马达以与旋转步进马达相同的电磁原理进行操作。固定零件或压板是在所需的行进长度上延伸的被动齿形的钢条。永磁体、带齿的电磁体和轴承被结合到移动元件或施力器(forcer)中。施力器沿着压板双向移动，从而响应于励磁绕组中的电流状态而确保离散位置。通常，马达是两相的，但是可以采用更多的相。

线性步进马达在现有技术中是众所周知的，并且根据磁理论的既定原理进行操作。线性步进马达的定子或压板部件包括细长的矩形钢条，该矩形钢条具有多个平行的齿，该多个平行的齿在待行进的距离上延伸并以用于马达的所谓的施力器部件的轨道的方式起作用。

在马达的操作期间，压板是完全被动的，并且所有磁体和电磁体都被结合到施力器或电枢部件中。施力器沿着压板双向移动，从而响应于其励磁绕组中的电流状态而呈现离散位置。

转让给与本申请相同的受让人并且与本申请有关的美国专利文献包括8,813,929；8,888,637；9,109,636；9,121,454、9,186,977；9,303,699；9,435,387；2012/0149518；2013/0256078；2013/0277164；2014/0100071；2015/0014116；9,255,614；2015/0001023；9,371,868；2016/0047439；2018/0328419；2018/0010651；2018/0038425；2018/0106304；2018/0156332；2018/0231105；2019/0170198；9,482,294；9,541,141；9,562,574；9,638,266；8,286,722；8,720,659；和9,188,170。所有上述共同转让的专利文献的公开内容都通过引用整体结合于此。

转让给本申请的受让人的上述一些相关专利文献公开了一种2位线性马达eCMD(电可控的机械二极管)。该装置是动态单向离合器，因为两个座圈(即，凹口板和槽板)旋转。线性马达或致动器移动，该移动又通过定子产生的磁场使与支柱联接的柱塞移动。致动器具有永磁铁的环，该环将离合器闭锁为两种状态：接通(ON)和关断(OFF)。仅在从一种状态过渡到另一种状态期间消耗功率。一旦处于期望状态，磁体就会闭锁并切断电源。

美国专利文献2015/0000442；2016/0047439；和美国专利第9,441,708号公开了3位线性马达的磁闭锁的双向CMD。

可以通过检查由磁源产生或“激励”的磁场来确定由本地或远距离的磁源(即，电流和/或永磁体(PM)材料)引起的机械力。磁场是矢量场，其指示空间中任何一点处的本地或远距离的磁源的影响能力的大小和方向。在任何所考虑的区域内的某个点处的磁场的强度或大小取决于激励磁源的强度、数量和相对位置以及激励源的位置与指定的所考虑的区域之间的各种介质的磁性。磁性是指确定要“磁化”单位体积的材料(即，要建立一定的磁场强度水平)的“容易程度”或所需的激励水平的“高低”的材料特性。通常，与包含空气或塑料材料的区域相比，包含铁材料的区域更容易“磁化”。

磁场可以被表示为或描述为三维力线，它们是在整个空间区域中和材料结构内横过的闭合曲线。当在磁性结构内发生磁力“作用”(产生可测量的机械力水平)时，会看到这些力线联接或连结结构内的磁源。如果磁力线环绕结构中的全部或部分电流路径，则这些磁力线联接/连结到电流源。如果力线大体沿着永久磁化的方向或反方向横过PM材料，则这些力线联接/连结到PM源。彼此不交叉的单独的力线或场线在沿着线范围的每个点处都显示出张应力水平，非常像被拉伸成闭合场线曲线的形状的被拉伸的“橡胶带”中的张力一样。这是在磁性机械结构中跨越气隙产生力的主要方法。

人们通常可以通过检查结构内的磁场线图来确定磁性机器各部分中的净力产生的方向。在跨越将机器元件分开的气隙的任一方向上的场线越多(橡胶带拉伸得越多)，在该给定方向上的机器元件之间的“拉”力就越大。

电动态离合器

各种变速器都需要动态离合器，或者具有两个可旋转的座圈的离合器。湿式摩擦离合器组、爪形离合器(dog clutch)和同步器通常用在动态离合器组件中。

现有技术中的动态可控的离合器(DCC)在图1至图5中总体上以12表示。DCC 12是电致动的。DCC 12具有座圈或槽板13(图4和图5)以及座圈或凹口板16。槽板13包含两组径向锁定元件26，一组用于CW，另一组用于CCW接合。在接合期间，至少一组锁定元件26同时与槽板13的槽接合面和凹口板16的凹口接合面接触，这样允许离合器12传递扭矩。

与静态的CMD-e离合器不同，DCC的动态功能不允许使用螺线管来使锁定元件26接合和脱开。总体上以14表示的线性马达在两个座圈13和16都在旋转的同时控制锁定元件26。线性马达14包括总体上以22表示的定子和总体上以20表示的转换器。定子22是固定的，并且通过安装件47固定到变速箱(未被示出)。定子22包括铜线线圈44和46和钢板48、50和52。板48、50和52提供或限定了用于线圈的壳体。两个线圈44和46以相对于彼此相反的极性串联缠绕(反串联)。

在图1至图5的DCC 12中，转换器20被组装到槽板13并与槽板13一起旋转。转换器20包括分割式永磁体21的环、钢板23和25以及操作锁定元件26的刚性柱塞30。柱塞30延伸穿过穿过转换器20的滑架51形成的孔，并被弹簧34偏压。柱塞30在其端部带有螺纹，并通过内螺纹螺母35固定在其孔内。每个柱塞30的圆锥形端部延伸穿过环53的孔眼。

图2至图5详细说明了线性马达14是如何控制DCC的锁定元件26的。转换器20内的柱塞30直接接触锁定元件26，并根据致动方向使其上倾或下倾。当转换器20从“断开”移动到“接通”时，每个柱塞30接触其锁定元件26的下面部或表面，因此其可以接合到凹口板16中。离合器12能够在锁定元件16接合之后传递扭矩。在接合状态期间，在每个锁定元件26下方的复位弹簧28被压缩。当命令“断开”时，转换器20朝向“断开”(即，最右边)位置移动，并且柱塞30失去与锁定元件26的接触。被压缩的复位弹簧28产生使锁定元件26向下倾斜或脱开的力。一旦发生扭矩反向，锁定元件26可以脱开并且离合器12可以空转。

图4和图5分别示出了线性马达14处于“断开”位置和“接通”位置。为了将状态从“断开”改变为“接通”，电流使最靠近转换器20的线圈46通电。通电的线圈46产生磁场，该磁场排斥由永磁体21产生的稳态场，而远处的线圈44产生吸引磁场。

由定子线圈44和46引起的排斥力和吸引力的组合使转换器20移动。一旦转换器20经过中央定子钢板50，永磁体21就试图使定子22的最左边钢板48完全对准。但是，机械止动件53(图4和图5)阻止了完全对准，这产生偏压力，该偏压力将转换器20保持在“接通”位置。转换器20被磁闭锁在“接通”位置。

类似于双稳态螺线管，只要装置不主动改变位置，磁闭锁就允许消除电力。在50到150ms之后，随着实现状态的改变，电流被“断开”，并且不再需要电流。磁闭锁力在稳态条件期间消除了能量消耗。

为了使DCC 12脱开，对最靠近转换器20的线圈44(先前是远处的线圈46)施加电流，并且线性马达14从“接通”止动件53移动到作为“断开”止动件42以上述类似方式起作用的环。“断开”机械止动件42防止永磁体21和定子22的最右边钢板52完全对准，从而保持磁闭锁在“断开”位置。

DCC可以代替简单齿轮箱(例如AMT和DCT)中的同步器，并且通过消除基于拨叉的复杂的致动系统来改善整体封装。拨叉致动系统被消除，并且上述线性马达致动系统完全封装在变速箱内。

如上所述的DCC的问题在于，这种致动系统相对复杂并且具有相对大量的组成零件。

具有液压致动系统的DCC的问题在于DCC在热油环境中运行，其中油可能会受到污染。此外，液压致动系统通常具有较差的反应时间和有限的加速度，并且在致动系统的使用期限需要相对大量的能量来进行操作。此外，许多这样的系统仅在一个方向上移动并需要一个或多个弹簧来提供返回行程。

就本申请而言，术语“联接器”应被解释为包括离合器或制动器，其中一个板可驱动地连接至变速器的扭矩传递元件，而另一个板可驱动地连接至另一扭矩传递元件，或者相对于变速器壳体锚固并保持固定。术语“联接器”、“离合器”和“制动器”可以互换使用。

锁闩通常与单向离合器一起使用，以使用水力学、气动力学、机械学或电能将离合器保持在“接通”位置或“断开”位置。这样的锁闩通常包含在离合器的致动系统内。这给动态控制的离合器带来了问题，因为这样的致动系统通常不喜欢旋转，并因此往往在离合器外部。

发明内容

本发明的至少一个实施方式的目的是提供电动态联接和控制组件以及其中使用的可切换的线性致动器装置，其中致动器装置具有高线性速度、高线性加速度并且相对简单、紧凑，并且与现有技术的致动器装置相比减少了零件数量。

在实现本发明的至少一个实施方式的上述目的和其他目的时，提供了一种用于控制联接组件的操作模式的可切换的线性致动器装置。该组件具有每一个均被支撑为围绕共同的旋转轴线旋转的第一联接构件和第二联接构件以及用于将所述联接构件选择性地机械联接在一起的锁定构件。第一联接构件和第二联接构件分别包括彼此近距离隔开地面对面的第一联接面和第二联接面。第二联接构件具有与第二面隔开的第三面。第二面具有槽，第一面具有一组锁定构造，并且第三面具有与槽连通的通道。所述装置具有多个磁源，该多个磁源产生对应的磁场以产生净平移力。所述装置包括：定子结构，其包括至少一个电磁源；以及转换器结构，其被配置为联接至第二联接构件以与其一起旋转。转换器结构包括柱塞，该柱塞在轴向方向上可弹性变形以为该装置提供顺应性。柱塞具有自由端部部分，该自由端部部分被配置为在通道内移动以接合槽内的锁定构件，从而致动锁定构件以进行选择性的、小位移的锁定构件移动。所述结构中的一个还包括永磁源。转换器结构被支撑为在第一轴向稳定端部位置和第二轴向稳定端部位置与这些端部位置之间的轴向不稳定平衡位置之间沿着轴线相对于定子结构平移移动，该第一轴向稳定端部位置和第二轴向稳定端部位置分别对应于联接组件的第一操作模式和第二操作模式。在受到净平移力时，转换器结构在不同的端部位置之间沿着轴线平移。净平移力包括由至少一个电磁源的通电引起的第一平移力和基于转换器结构沿着轴线相对于定子结构的线性位置的磁闭锁力。

柱塞可提供顺应性，使得在小位移的锁定构件移动之后，锁定构件完全接合一个锁定构造。

柱塞可包括顺应性的偏压机构。

偏压机构可包括螺旋弹簧。

至少一个电磁源可包括至少一个电磁感应线圈。

转换器结构可包括永磁体源。

锁定构件可以是支柱。

第一联接构件可以是凹口板，并且第二联接构件可以是槽板。

转换器结构可具有对应于锁定构件的联接位置和分离位置的一对稳定的、无动力的磁闭锁状态。

此外，在实现本发明的至少一个实施方式的上述目的和其他目的时，提供了一种用于控制联接组件的操作模式的可切换的线性致动器装置。该组件具有每一个均被支撑为围绕共同的旋转轴线旋转的第一联接构件和第二联接构件以及用于将所述联接构件机械联接在一起以围绕轴线旋转的多个锁定构件。第一联接构件和第二联接构件分别包括彼此近距离隔开地面对面的第一联接面和第二联接面。第二联接构件具有与第二面隔开的第三面。第二面具有多个槽，第一面具有一组锁定构造，并且第三面具有与其相应的槽连通的多个通道。所述装置具有多个磁源，该多个磁源产生对应的磁场以产生净平移力。所述装置包括：定子结构，其包括至少一个电磁源；以及转换器结构，其被配置为联接至第二联接构件以与其一起旋转。转换器结构包括多个柱塞。每个柱塞在轴向方向上可弹性变形以为该装置提供顺应性。每个柱塞具有自由端部部分，该自由端部部分被配置为在一个通道内移动以与接合其槽内的一个锁定构件，从而致动其锁定构件以进行选择性的、小位移的锁定构件移动。所述结构中的一个还包括永磁源。转换器结构被支撑为在第一轴向稳定端部位置和第二轴向稳定端部位置与这些端部位置之间的轴向不稳定平衡位置之间沿着轴线相对于定子结构平移移动，该第一轴向稳定端部位置和第二轴向稳定端部位置分别对应于联接组件的第一操作模式和第二操作模式。在受到净平移力时，转换器结构在不同的端部位置之间沿着轴线平移。净平移力包括由至少一个电磁源的通电引起的第一平移力和基于转换器结构沿着轴线相对于定子结构的线性位置的磁闭锁力。

柱塞可提供顺应性，使得在小位移的锁定构件移动之后，锁定构件完全接合锁定构造。

每个柱塞可包括顺应性的偏压机构，使得在小位移的锁定构件移动之后，锁定构件完全接合锁定构造。

每个偏压机构可包括螺旋弹簧。

至少一个电磁源可包括至少一个电磁感应线圈。

转换器结构可包括永磁体源。

每个锁定构件可以是支柱。

第一联接构件可以是凹口板，并且第二联接构件可以是槽板。

转换器结构可具有对应于锁定构件的联接位置和分离位置的一对稳定的、无动力的磁闭锁状态。

更进一步地，在实现本发明的至少一个实施方式的上述和其他目的时，提供了一种电动态联接和控制组件。该组件包括：每一个均被支撑为围绕共同的旋转轴线旋转的第一联接构件和第二联接构件以及用于将所述联接构件选择性地机械联接在一起的多个锁定构件。第一联接构件和第二联接构件分别包括彼此近距离隔开地面对面的第一联接面和第二联接面。第二联接构件具有与第二面隔开的第三面。第二面具有多个槽，第一面具有多个锁定构造，并且第三面具有与其相应的槽连通的多个通道。所述组件还包括：定子结构，其包括至少一个电磁源；以及转换器结构，其联接至第二联接构件以与其一起旋转。转换器结构包括多个柱塞。每个柱塞在轴向方向上可弹性变形以为该组件提供顺应性。每个柱塞具有自由端部部分，该自由端部部分被配置为在一个通道内移动以接合其槽内的一个锁定构件，从而致动其锁定构件以进行选择性的、小位移的锁定构件移动。所述结构中的一个还包括永磁源。转换器结构被支撑为在第一轴向稳定端部位置和第二轴向稳定端部位置与这些端部位置之间的轴向不稳定平衡位置之间沿着轴线相对于定子结构平移移动，该第一轴向稳定端部位置和第二轴向稳定端部位置分别对应于组件的第一操作模式和第二操作模式。在受到净平移力时，转换器结构在不同的端部位置之间沿着轴线平移。净平移力包括由至少一个电磁源的通电引起的第一平移力和基于转换器结构沿着轴线相对于定子结构的线性位置的磁闭锁力。

柱塞可提供顺应性，使得在小位移的锁定构件移动之后，锁定构件完全接合锁定构造。

每个柱塞可包括顺应性的偏压机构。

每个偏压机构可包括螺旋弹簧。

至少一个电磁源可包括至少一个电磁感应线圈。

转换器结构可包括永磁体源。

每个锁定构件可以是支柱。

第一联接构件可以是凹口板，并且第二联接构件可以是槽板。

转换器结构可具有对应于锁定构件的联接位置和分离位置的一对稳定的、无动力的磁闭锁状态。

附图说明

图1是现有技术的包括动态可控的离合器(DCC)的电动态联接和控制组件的分解立体图；

图2是图1中的现有技术的离合器为飞轮、0/0、DCC模式的部分剖开的剖视立体图；

图3是现有技术的视图，其类似于图2，但离合器处于1/1、DCC锁定模式；

图4是图1的现有技术的离合器的局部剖开的侧视剖视图，其线性马达的转换器磁闭锁在其“断开”位置；

图5是现有技术的视图，其类似于图4的视图，其中转换器被磁闭锁在其“接通”位置；

图6是根据本发明的至少一个实施方式构造的包括DCC的电动态联接和控制组件的分解立体图；

图7是图6的组件的端视图；

图8是沿着图7的线8-8截取的剖视图；

图9是沿着图8的线9-9截取的剖视图；

图10是沿着图7的线10-10截取的剖视图；

图11是沿着图7的线11-11截取的剖视图；

图12是图6的组件的部分剖开的侧视剖视图，其中DCC处于空转模式；以及

图13是类似于图12的视图，但其中DCC处于其锁定模式。

具体实施方式

根据需要，本文公开了本发明的详细实施方式；然而，应当理解，所公开的实施方式仅仅是可以以各种替代形式来实现的本发明的示例。这些附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅仅被解释为教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

现在参照图6至图13，示出了根据本发明的至少一个实施方式构造的联接和控制组件的第一实施方式，其总体上以110表示。组件110包括总体上以112表示的联接子组件和总体上以114表示的控制子组件。联接子组件112包括花键轴113和膨胀塞115。

联接子组件112包括总体上以122表示的一个或多个跷跷板形的锁定构件或支柱。锁定构件122可控地在联接子组件112的第一离合器或联接构件124和第二离合器或联接构件126之间传递扭矩(即，图8和图10至图13)。

第一离合器构件124可以是凹口板，并且具有大体平坦的、环形的联接第一面133，该第一面133与第二联接构件126的第二面130对置并且被定向为沿着组件110的旋转轴线128在轴向上面朝相反的方向。第一面133具有多个锁定构造135，该多个锁定构造在从形成在第二联接构件126中的槽132突出或枢转时由锁定构件122接合，以防止第一构件124和第二构件126围绕组件110的轴线128在至少一个方向上相对于彼此的相对旋转。

第二联接构件126可以是槽板，该槽板具有能够围绕组件110的旋转轴线128在顺时针方向或逆时针方向上旋转的内部花键127，并且包括大体平坦的环形联接面130，该环形联接面具有多个槽132，其中每个槽的尺寸和形状被设置为接收并名义上保持锁定构件122，该锁定构件可以是跷跷板支柱。槽132围绕组件110的轴线128成角度地间隔开。

每个锁定构件122包括与构件接合的第一端表面、与构件接合的第二端表面以及在所述端表面之间的细长主体部分。每个锁定构件122还可包括突出的外枢轴，该外枢轴从其主体部分侧向延伸，以使锁定构件122能够围绕与枢轴相交的锁定构件122的枢轴轴线枢转运动。在枢转运动期间，锁定构件122的端表面可在构件124和126之间的接合位置和脱开位置之间移动，由此在锁定构件122的接合位置可以在联接构件124和126之间发生单向扭矩传递。

诸如滚柱轴承之类的轴承(未被示出)可以邻近每个槽132的外壁支撑每个枢轴。于2019年7月22日提交的美国序列第16/518,371号、标题为“高速超越联接和控制组件、联接组件和以大幅减少的摩擦枢转移动的锁定构件”的对应的专利申请中详细示出了优选的锁定构件或支柱122及其轴承，该专利申请通过引用以其整体结合于此。

组件110还包括总体上以147表示的带孔眼的保持器元件或盖板，该保持器元件或盖板被支撑在第一离合器构件124与第二离合器构件126之间。保持器元件147具有完全延伸穿过其的多个隔开的开口148，以允许锁定构件或支柱122在其中延伸穿过并分别将第一离合器构件124和第二离合器构件126锁定在一起。在这样的移动过程中，每个锁定构件122的主体部分的上表面抵靠保持板147的下表面枢转。

通过围绕盖板147的外周在周向上隔开并装配在形成在槽板124的轴向内表面151中的对应的孔眼内的肩部，防止了盖板147相对于槽板124旋转。

在形成在凹口板124的环形内表面151中的凹槽153内设置有卡环152，以将凹口板124和槽板126保持在一起。

锁定构件122可以是诸如金属注射成型的锁定构件或零件之类的注射成型的锁定构件。以类似的方式，槽板124以及凹口板126可以是金属注射成型的。

第二联接构件124还具有与其第一面130相反的面154，该面154具有围绕组件110的旋转轴线128隔开的多个通道155。每个通道155与其槽132连通。通道155将致动力传递给其相应的槽132内的其相应的锁定构件122。第二面130和相反的面154是大体环形的，并且相对于组件110的旋转轴线128大体径向地延伸。

诸如弹簧致动器158之类的致动器被接收在通道155内以提供致动力，以致动在其相应的槽132内的锁定构件122，使得锁定构件122在它们的接合位置和脱开位置之间移动。其他类型的可弹性变形的柱塞或致动器可以用于提供致动力。通道155的壁是刚性的，使得弹簧致动器158在槽板124的高旋转速度下被径向支撑。

组件110的总体上以157表示的转换器结构或支撑构件经由结构157的环形支撑板159可操作地连接至弹簧致动器158，以一致地使弹簧致动器158线性移动。弹簧致动器158由形成在板159上的弹簧支撑件支撑在板159上。支撑构件157在接收到净平移磁力时移动，以使弹簧致动器158在其通道155内线性移动。

如上述共同未决申请中所述，诸如复位弹簧之类的偏压构件(未被示出)偏压锁定构件122以阻止锁定构件122朝向其接合位置的枢转运动。弹簧致动器158抵抗偏压构件的偏压而使它们的锁定构件122枢转。每个槽132具有用于接收其相应的偏压弹簧的内凹部199(图11)，其中每个槽132是弹簧槽。

组件110还包括卡环170，该卡环设置在形成于壳体161的轴向内表面中的凹槽中，以在轴承178的一个表面处保持轴承178。另一个卡环179在轴承178的相对表面处将轴承178保持靠在槽板124上。环形密封件181密封轴承178。

组件110包括永磁体锁闩机构，以在不使用任何能量的情况下将组件110保持在其“接通”位置和“断开”位置。组件110的磁性锁闩机构允许使用较低的能量，这意味着车辆效率更好，部件损坏/磨损更少，以及NVH(即，噪声、振动和声振粗糙度(harshness))更好。

控制子组件114包括通常以174表示的定子，该定子具有两个电磁感应线圈176以在两个线圈176中的一个或两个通电时产生磁通量。

转移器结构157被配置为与联接子组件或设备的第二联接构件(即，槽板126)联接以与其一起旋转。转换器结构157被衬套或轴承178支撑为当联接至联接构件126时围绕旋转轴线128相对于壳体161旋转。

如前所述，转换器结构157还包括至少一个(优选六个)双向可动弹簧158。每个弹簧158具有自由端部部分，该自由端部部分适于在其通道155内移动并接合联接设备112的一个支柱122以进行选择性的小位移的支柱移动。

如前所述，转换器结构157还包括板159，其可操作地连接至转换器结构157的其余部分，以在转换器结构157的第一位置和第二位置之间沿着旋转轴线128进行选择性的双向换档移动，第一位置对应于联接子组件或设备112的第一模式，第二位置对应于联接设备112的第二模式。当设置两个弹簧158时，弹簧158彼此间隔180°。第一模式和第二模式可以是联接设备112的锁定模式和解锁(即，空转)模式。

当一个线圈176被通电以使弹簧致动器158沿着旋转轴线128移动时，对弹簧致动器158施加第一磁控制力。通过使定子174中的电流方向反转，弹簧致动器158沿着旋转轴线128在相反方向上移动。

转换器结构157可以包括适于与联接设备112的槽板126联接的毂或滑架180。槽板126被衬套178支撑为围绕旋转轴线128相对于壳体161旋转。毂180还在板159沿着旋转轴线128的换档移动期间可滑动地支撑板159。

转换器结构157还优选包括夹在毂180的内表面和槽板126的外表面之间的一组间隔的引导销(未被示出)，该销沿着旋转轴线128延伸。内表面和外表面可在其中形成有V形的凹槽或凹口，以保持引导销。在板159和弹簧致动器158沿着旋转轴线128的换档移动期间，毂180在引导销上滑动。

定子174还包括总体上以182表示的铁磁壳体，该铁磁壳体具有间隔开的指状件184以及容纳在相邻的指状件184之间的电磁感应线圈176。

转换器结构157还包括连接至毂180的环形外部子组件186。子组件186包括夹在一对铁磁背衬环190之间的磁性的环形的环区段188。在线圈通电时，磁控制力将指状件184及其对应的背衬环190用磁力偏压到对准。磁力将弹簧致动器158闭锁在其“接通”和“断开”位置。定子174作用在环188和190上以移动弹簧致动器158。

尽管上面描述了示例性实施方式，但并不意味着这些实施方式描述了本发明的所有可能形式。而是，说明书中使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。另外，各种实施方式的特征可以组合以形成本发明的其他实施方式。

Claims (27)

1.一种用于控制联接组件的操作模式的可切换的线性致动器装置，所述联接组件具有每一个均被支撑为围绕共同的旋转轴线旋转的第一联接构件和第二联接构件以及用于将所述联接构件选择性地机械联接在一起的锁定构件，所述第一联接构件和所述第二联接构件分别包括彼此近距离隔开地面对面的第一联接面和第二联接面，所述第二联接构件具有与所述第二面隔开的第三面，所述第二面具有槽，所述第一面具有一组锁定构造，并且所述第三面具有与所述槽连通的通道，所述装置具有多个磁源，所述多个磁源产生对应的磁场以产生净平移力，所述装置包括：

定子结构，其包括至少一个电磁源；以及

转换器结构，其被配置为联接至所述第二联接构件以与其一起旋转，所述转换器结构包括柱塞，所述柱塞在轴向方向上可弹性变形以为所述装置提供顺应性，其中所述柱塞具有自由端部部分，所述自由端部部分被配置为在所述通道内移动以接合所述槽内的所述锁定构件，从而致动所述锁定构件以进行选择性的、小位移的锁定构件移动，所述结构中的一个还包括永磁源，所述转换器结构被支撑为在第一轴向稳定端部位置和第二轴向稳定端部位置与所述端部位置之间的轴向不稳定平衡位置之间沿着所述轴线相对于所述定子结构平移移动，所述第一轴向稳定端部位置和所述第二轴向稳定端部位置分别对应于所述联接组件的第一操作模式和第二操作模式，在受到所述净平移力时，所述转换器结构在不同的所述端部位置之间沿着所述轴线平移，所述净平移力包括由所述至少一个电磁源的通电引起的第一平移力和基于所述转换器结构沿着所述轴线相对于所述定子结构的线性位置的磁闭锁力。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述柱塞提供顺应性，使得在所述小位移的锁定构件移动之后，所述锁定构件完全接合一个所述锁定构造。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述柱塞包括顺应性的偏压机构。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述偏压机构包括螺旋弹簧。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个电磁源包括至少一个电磁感应线圈。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述转换器结构包括所述永磁体源。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述锁定构件是支柱。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一联接构件是凹口板，并且所述第二联接构件是槽板。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述转换器结构具有对应于所述锁定构件的联接位置和分离位置的一对稳定的、无动力的磁闭锁状态。

10.一种用于控制联接组件的操作模式的可切换的线性致动器装置，所述联接组件具有每一个均被支撑为围绕共同的旋转轴线旋转的第一联接构件和第二联接构件以及用于将所述联接构件机械联接在一起以围绕所述轴线旋转的多个锁定构件，所述第一联接构件和所述第二联接构件分别包括彼此近距离隔开地面对面的第一联接面和第二联接面，所述第二联接构件具有与所述第二面隔开的第三面，所述第二面具有多个槽，所述第一面具有一组锁定构造，并且所述第三面具有与其相应的槽连通的多个通道，所述装置具有多个磁源，所述多个磁源产生对应的磁场以产生净平移力，所述装置包括：

定子结构，其包括至少一个电磁源；以及

转换器结构，其被配置为联接至所述第二联接构件以与其一起旋转，所述转换器结构包括多个柱塞，每个所述柱塞在轴向方向上可弹性变形以为所述装置提供顺应性，其中每个柱塞具有自由端部部分，所述自由端部部分被配置为在一个所述通道内移动以接合其槽内的一个所述锁定构件，从而致动其锁定构件以进行选择性的、小位移的锁定构件移动，所述结构中的一个还包括永磁源，所述转换器结构被支撑为在第一轴向稳定端部位置和第二轴向稳定端部位置与所述端部位置之间的轴向不稳定平衡位置之间沿着所述轴线相对于所述定子结构平移移动，所述第一轴向稳定端部位置和所述第二轴向稳定端部位置分别对应于所述联接组件的第一操作模式和第二操作模式，在受到所述净平移力时，所述转换器结构在不同的所述端部位置之间沿着所述轴线平移，所述净平移力包括由所述至少一个电磁源的通电引起的第一平移力和基于所述转换器结构沿着所述轴线相对于所述定子结构的线性位置的磁闭锁力。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述柱塞提供顺应性，使得在所述小位移的锁定构件移动之后，所述锁定构件完全接合所述锁定构造。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，每个柱塞包括顺应性的偏压机构，使得在所述小位移的锁定构件移动之后，所述锁定构件完全接合所述锁定构造。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，每个偏压机构包括螺旋弹簧。

14.根据权利要求10所述的装置，其中，所述至少一个电磁源包括至少一个电磁感应线圈。

15.根据权利要求10所述的装置，其中，所述转换器结构包括所述永磁体源。

16.根据权利要求10所述的装置，其中，每个所述锁定构件是支柱。

17.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一联接构件是凹口板，并且所述第二联接构件是槽板。

18.根据权利要求10所述的装置，其中，所述转换器结构具有对应于所述锁定构件的联接位置和分离位置的一对稳定的、无动力的磁闭锁状态。

19.一种电动态联接和控制组件，其包括：

每一个均被支撑为围绕共同的旋转轴线旋转的第一联接构件和第二联接构件以及用于将所述联接构件选择性地机械联接在一起的多个锁定构件，其中所述第一联接构件和所述第二联接构件分别包括彼此近距离隔开地面对面的第一联接面和第二联接面，所述第二联接构件具有与所述第二面隔开的第三面，所述第二面具有多个槽，所述第一面具有多个锁定构造，并且所述第三面具有与其相应的槽连通的多个通道；

定子结构，其包括至少一个电磁源；以及

转换器结构，其联接至所述第二联接构件以与其一起旋转，所述转换器结构包括多个柱塞，每个所述柱塞在轴向方向上可弹性变形以为所述组件提供顺应性，每个柱塞具有自由端部部分，所述自由端部部分被配置为在一个所述通道内移动以接合其槽内的一个所述锁定构件，从而致动其锁定构件以进行选择性的、小位移的锁定构件移动，所述结构中的一个还包括永磁源，所述转换器结构被支撑为在第一轴向稳定端部位置和第二轴向稳定端部位置与所述端部位置之间的轴向不稳定平衡位置之间沿着所述轴线相对于所述定子结构平移移动，所述第一轴向稳定端部位置和所述第二轴向稳定端部位置分别对应于所述组件的第一操作模式和第二操作模式，在受到所述净平移力时，所述转换器结构在不同的所述端部位置之间沿着所述轴线平移，所述净平移力包括由所述至少一个电磁源的通电引起的第一平移力和基于所述转换器结构沿着所述轴线相对于所述定子结构的线性位置的磁闭锁力。

20.根据权利要求19所述的组件，其中，所述柱塞提供顺应性，使得在所述小位移的锁定构件移动之后，所述锁定构件完全接合所述锁定构造。

21.根据权利要求20所述的组件，其中，每个所述柱塞包括顺应性的偏压机构。

22.根据权利要求21所述的组件，其中，每个偏压机构包括螺旋弹簧。

23.根据权利要求19所述的组件，其中，所述至少一个电磁源包括至少一个电磁感应线圈。

24.根据权利要求20所述的组件，其中，所述转换器结构包括所述永磁体源。

25.根据权利要求19所述的组件，其中，每个所述锁定构件是支柱。

26.根据权利要求19所述的组件，其中，所述第一联接构件是凹口板，并且所述第二联接构件是槽板。

27.根据权利要求19所述的组件，其中，所述转换器结构具有对应于所述锁定构件的联接位置和分离位置的一对稳定的、无动力的磁闭锁状态。

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