CN1329703A - 摩擦啮合器件及摩擦啮合控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种摩擦啮合器件和摩擦啮合控制方法,其中注意到当电场施加到摩擦表面时改变摩擦啮合器件的摩擦表面的摩擦系数的现象,这种现象用来控制传动力。在一个推力的作用下,为了摩擦啮合把摩擦啮合件带入彼此直接接触。当电场施加在摩擦啮合件之间时,摩擦表面的摩擦系数变化,这意味着能改变传动力。摩擦啮合器件的一个例子是离合器器件(10)。一个由绝缘材料制成的摩擦件(20)附着到一个输入盘(16)上,并且啮合一个输出盘(22)。润滑诸摩擦表面。一个控制器件(30)控制一个电压施加器件(28),并且把一个电压施加到一根电极(26)上以提供希望的传动力。
Description
本发明涉及一种能够最好经摩擦啮合控制传动力的摩擦啮合设备，并且涉及其一种摩擦啮合控制方法。
利用摩擦力用于传动的摩擦啮合设备是已知的，并且用在各个种类的设备中。拿车辆作为例子，安装在自动变速箱内的离合器是摩擦啮合设备的一个例子。安装到车轮上的摩擦制动器也能看作一种摩擦啮合设备。
按常规，摩擦啮合设备的传动力的希望控制需要一种用来改变压紧摩擦表面的推力(压紧力)的机械液压控制机构。
然而，如果摩擦啮合设备的这样一种传动力能由除机械控制之外的任何装置控制，则包括设备简化的各种优点是可能的。
作为参考文献，日本专利申请公开No.Hei 8-135688公开了一种利用电粘性液体的技术。当把不同的电压施加到该液体上时，电粘性液体的粘度变化，从而通过电压控制能改变传动力。然而，由于传动仅通过粘度的变化而变化，所以只能产生较小的传动力。况且，由于单元填充有液体，所以产生较大的搅动阻力。
作为另一个参考文献，日本专利申请公开No.Hei No.10-26150公开了一种电气控制运动传动设备，其中主动体和从动体彼此相对着布置，并且在他们之间有一个空隙，及其中一根导电纤维放置在该空隙中。施加在诸体之间的空隙上的电压由于静电吸引使纤维竖起，在相应诸体的相对表面之间产生剪应力。传动力能借助于剪力得到，并且通过控制施加的电压控制。
类似的技术也公开在日本专利申请公开No.Hei No.9-53663和HeiNo.10-96435。
然而，上述技术仅能在有限范围内产生较小传动力，因为他们基本上从纤维的静电吸引得到传动力，并且通过施加电压仅能得到较小的静电吸引力。在主动与从动体之间的空隙有电粘性流体填充的布置同样仅产生较小的传动力。
如上所述，常规传动力控制主要使用机械液压控制机构实现。尽管通过电压施加用来控制液体粘度或静电吸引的技术是可得到的，但因为中断了机械摩擦啮合，所以只能得到较小的传动力。
相对于这种背景，本发明的目的在于，提供一种能够提供希望传动力的最佳摩擦啮合设备。
为了实现以上目的，本发明利用摩擦啮合设备的摩擦表面的摩擦系数随对其产生的电场而变化的事实，并且利用这种现象控制传动力。
本发明的摩擦啮合设备包括：多个摩擦啮合件，用于相互摩擦啮合；一个推力产生器件，用来产生一个把多个摩擦啮合件带入摩擦啮合的推力；及一个电场施加器件，用来把电场施加到在多个摩擦啮合件之间的空隙，以改变摩擦表面的摩擦系数。
在本发明的一种摩擦啮合设备中，多个摩擦器件通过推力的作用处于直接摩擦啮合中。电场施加器件把电场施加到在多个摩擦啮合件之间的空隙。电场的施加引起在摩擦啮合件之间的摩擦表面的摩擦系数变化。传动力跟随推力和摩擦表面的摩擦系数。因此，通过施加电场有可能控制摩擦啮合设备的传动力。
最好，提供一种用来控制由电场施加器件施加的电场强度的控制器件。摩擦表面的摩擦系数按照电场强度增大或减小，作为其结果传动力变化。
而且最好，多个摩擦啮合件的摩擦表面由一种润滑剂润滑，并且润滑剂可能最好包含一种极化添加剂。假定极化添加剂在电场的影响下吸收在摩擦表面中，并且摩擦表面的摩擦系数由于添加剂的吸收而变化。
进一步希望，摩擦啮合件的至少一个提供有一个绝缘摩擦件，从而输入侧和输出侧经摩擦件处于相互接触。这使得有可能容易地施加希望电场。便利地减小功率消耗。
例如，摩擦啮合设备可以是离合器或制动器器件。
摩擦啮合设备可以包括一个用来增大或减小推力的推力控制器件。
根据本发明的摩擦啮合控制方法，在多个摩擦啮合件之间的传动力通过把电场施加到处于相互摩擦接触的多个摩擦啮合件之间的空隙而控制。
图1是方块图，表示本发明一种摩擦啮合设备的结构；
图2表示包括本发明的一种单盘离合器器件；
图3表示在施加电压与摩擦表面的摩擦系数之间的关系；
图4表示在施加电压与摩擦表面的摩擦系数之间的关系；及
图5表示包括本发明的一种多盘离合器器件。
在下面，参照附图将描述本发明的一个最佳实施例。
图1是方块图，在概念上表明本发明一种摩擦啮合设备的结构。摩擦啮合件1a、1b这样配置，从而相互摩擦啮合是可能的。一个推力产生器件3产生一个用来把摩擦啮合件1a、1b带入相互摩擦啮合的推力。一个润滑机构5润滑摩擦啮合件1a、1b的摩擦表面。一个电场施加器件7把电场施加到在摩擦啮合件1a、1b之间的空隙。施加的电场使摩擦表面的摩擦系数改变，由此改变传动力。
一个控制器件9控制推力产生器件3和电场施加器件7。特别是，控制器件9控制推力产生器件3以便产生一个推力，并且也控制由电场施加器件7产生的电场的强度。更具体地说，最好，控制器件9控制要施加到摩擦啮合件1a、1b上的电压。因为摩擦系数根据施加的电场强度变化，所以能得到希望数值的传动力。
参照图2，把本发明应用于一种单盘离合器器件10。在这种器件中，一根输入轴12和一根输出轴14沿相同的轴对准。这些轴12、14经一个绝缘件支撑，并且经一个绝缘件连接到其他轴上。
输入盘16包括一块附着到输入轴12上的芯板18、和一个附着到芯板18上的摩擦件20。摩擦件20由诸如纸材料之类的绝缘件制成。同时，输出轴14带有一个附着到其上的输出盘(一个配对盘)22。盘16、22对应于本发明的摩擦啮合件。摩擦件20和输出盘22的用作摩擦表面的相对表面布置成带有一个插入空隙。
两个盘16、22通过由一个推力产生器件(未表示)施加的推力Fc彼此压紧而带入相互摩擦接触。一个推力产生器件可以是例如用在车辆自动变速箱等中的已知液压机构。液压机构可以具有或不具有一种用于推力希望调节的功能。
盘16、22的摩擦表面由一个润滑机构(未表示)润滑。例如，可以绕盘16、22提供一个壳体，使润滑油填充在壳体内，从而盘16、22浸泡在润滑油中。
应该注意，整块摩擦板不必浸泡在润滑油中。另一方面，一种其中足够润滑摩擦表面的最小结构也是希望的，并且能抑制搅动阻力。
最好，润滑油包含极化材料。最好，有机添加剂(耐磨剂、清洁分散剂等)、导电颗粒(碳颗粒等)、及诱导聚合物颗粒(聚苯胺、聚α氨基酸等)的至少一种分散在介质油中。介质油可以是烃类油，如植物油、动物油和矿物油、硅油、其他合成流体、液态晶体、溶剂等。
再参照图2，输入轴12提供有一根接地的第一电极24，而输出轴14提供有一根连接到一个电压施加器件28上的第二电极26。
电压施加器件28是本发明电场施加器件的一个实施例。电压施加器件28包括一个电源和一个电压转换部分，并且在控制器件30的控制下在电极24、26之间产生希望电压Vc。由于电极彼此由摩擦件20绝缘，一个与施加的电压Vc相对应的电场施加到摩擦表面。由推力Fc压紧的摩擦表面在边界润滑状态下，并且当把一个电场施加到该表面上时，其摩擦系数μc具有一个与施加电场强度相当的值。根据摩擦系数μc确定在输入与输出轴之间的传动力。
这里，摩擦系数μc随电场的施加的变化是最可能的，因为在吸收在摩擦界面中的润滑油中的添加剂或分散颗粒的性质可以在强电场下变化，并且作为吸收在摩擦边界中的添加剂或分散颗粒的量变化的结果，在摩擦表面之间的边界摩擦力因而增大或减小。
参照图3和4，摩擦系数随电场施加的增大或减小取决于使用的润滑油或添加剂。在这些图的曲线中，横坐标指示滑动速度，而纵坐标指示摩擦系数。这些曲线表示使整个盘浸泡在润滑油中的摩擦系数。
具体地参照图3，使用的润滑油是包含分散在其中的碳颗粒的硅油。与其中没有施加电场的情况相比，当施加电场时摩擦系数减小。这可以解释为碳颗粒吸收在摩擦表面中的结果。
现在参照图4，使用中的润滑油是包含分散在其中的聚合物或有机添加剂的矿物油。如表示的那样，摩擦系数在电场下增大。这可以解释为聚合物或有机添加剂吸收在摩擦表面中的结果。
如以上描述的那样，最好，在实施本发明时使用包含添加剂的润滑油。由于实际用在各种设备中的润滑油常常包含添加剂，所以添加剂这些性质的积极利用是希望的。然而，由于当使用没有添加剂的润滑油时摩擦系数也变化，所以即使没有添加剂也能实施本发明。
通过利用上述性质，控制器件30控制在输入与输出轴之间的传动力。控制器件30根据来自任何传感器32的输入信号，确定将导致希望传动力的电压Vc。在其中把本发明应用于车辆自动变速箱的示范情形下，传感器32确定车辆速度、油门打开、换档杆操作、油温等。按以上确定的电压Vc施加到电极26上，并且结果产生一个与施加电压Vc相对应的电场。结果，能得到希望的摩擦系数和传动力。
其次参照图5，把本发明应用于一个多盘离合器件40。离合器件40具有与用在典型自动变速箱内的离合器器件相同的结构。而图2的离合器件10带有一对摩擦啮合件，图5的离合器器件40带有多块交替布置的离合器板或多个多摩擦件对。在下面，不重复一样的描述。
一根输入轴42和一根输出轴44在相同的轴线上对准。一个输入盘基座46和一个输出盘基座48分别附着到输入轴42和输出轴44上，同时绝缘。附着有与铁输出盘基座48的一个花键部分48a平行的多块芯板50。摩擦件52附着在芯板50的两侧。同时，附着有与输入盘基座46的花键部分46a平行的多个配对件54。配对件54和芯板50交替地布置。
输入盘基座46提供有一个轴向可运动活塞56。对于连接的离合器，通过活塞56的一根返回弹簧58的作用把活塞56定位在一个基准位置。对于连接的离合器，另一方面，通过供给到位于后侧的油腔的油的压力的作用，把活塞56压向输出轴44。结果，把摩擦件52压在配对件54上，由此啮合离合器。
输入盘基座46带有一根接地的电极60，而输出盘基座48带有一根连接到一个电压施加器件64上的电极62。如早先描述的那样，控制器件66根据来自任何传感器68的输入信号控制电压施加器件64，从而把电压Vc施加到电极62上。对于这种布置，能得到与电压Vc相当的传动力。
应该注意，尽管本发明应用于在以上实施例的例子中的离合器器件，但本发明也适用于其他类型的摩擦啮合设备。例如，本发明适用于制动器并且适用于运动限制设备，如差动和转矩传输耦合。当把本发明应用于制动器时，最好在输出侧的摩擦件可以固定。
况且，本发明的用途不限于车辆。例如，也可以把本发明应用于带有用于工业机械的各种单元的设备。
尽管通过在以上例子中的啮合把盘的平表面带入相互接触，但本发明适用于其他类型的啮合设备。例如，本发明能类似地应用于带有两个共轴定位圆柱表面(外和内圆柱表面)的啮合设置。
尽管由于液压压力得到用于摩擦啮合的推力，但其他类型的推力产生器件也包括在本发明的范围内。特别是，一根弹簧可以用于推力产生。
本发明的推力产生器件可以具有能够最终产生一个压紧摩擦表面的力的任何结构。就是说，作为诸如延伸、伸展、收缩、和任何其他操作之类的任何其他操作的结果产生推力的任何结构，也包括在本发明的推力产生器件中。
如以上描述的那样，根据本发明，提供有一种新颖的摩擦啮合单元，该单元通过把希望电场施加到在盘之间的一个空隙上，当盘摩擦表面润滑和相互啮合时，能够合乎需要地增大或减小盘摩擦表面的摩擦系数。
本发明能产生如下优点：
(1)能合乎需要地改变在通过在摩擦件侧的盘与其配盘之间的摩擦啮合的力传递中的传动力，而不用机械地改变摩擦力。只要得到恒定机械力，则能用电气方法自由地调节传动力。
(2)由于在本发明中直接控制在摩擦表面之间的摩擦系数，所以没有如借助于液压控制出现的前冲(hunching)。
另外，由于直接控制摩擦系数，所以实现传动力控制的快速响应，并且能立即改变传动力。通过利用这种特征，能抑制由液压前冲等造成的传动力的波动。就是说，通过检测传动力的波动、和增大或减小摩擦系数能抑制波动，以便补偿波动。
(3.1)传递恒定力的简单液压机构是足够可用的。这允许液压阀的消除，简化液压回路。
(3.2)本发明的结构最好也能与液压控制机构共存。就是说，能把推力控制器件提供给摩擦啮合设备。这能够实现传动力在非常宽范围上的精细控制。最好，设置多级传动力范围。通过借助于液压压力的液压力控制切换传动力范围。在该范围内的传动力调节可通过电场的施加和控制实现。
(4)绝缘摩擦件可以提供给摩擦啮合件的至少一个。一个摩擦表面提供给摩擦件。由于电场经摩擦件施加，所以消耗非常小的功率。就是说，仅使用非常小的功率就能控制传动力。
(5)润滑油可以是诸如通用ATT等之类的齿轮油、机油各种其他流体。这允许本发明以低成本实现。
(6)通过电场的施加能得到较大的摩擦系数。这由于机械摩擦力能够实现传动力的增大，并因而，减小摩擦啮合设备的尺寸。例如，能减小在图5中的多离合器器件的盘数量，并且能减小其轴向长度。这能够实现一种重量轻和结构紧凑的单元。
(7)通过电场的施加能得到较大的摩擦系数。由于依据摩擦系数和推力的乘积确定传动力，所以能减小推力而不是增大摩擦系数。这能够减小在啮合开始时的冲击。
施加电压的较精细控制能够抑制从在啮合元件之间的突然啮合产生的冲击。
在能引起啮合冲击的从开始至啮合完成的过程期间(在实际中，只有非常短的时段)，摩擦系数可能波动。为了解决该问题，控制电场从而补偿在啮合操作中引起的摩擦系数波动。例如，最好，使用适当的传感器确定传动力，并且控制施加电压(反馈控制等)，从而能抑制传动力波动。这能够实现传动力的平稳增大，允许啮合冲击的抑制。
(8)通过依据目的改变摩擦材料和流体的组合，通过电场的施加，能实现图3中所示的摩擦系数减小、和图4中所示的摩擦系数增大。就是说，能容易地控制传动力以产生希望的传动力。
如上所述，根据本发明，通过电场的施加改变摩擦表面的摩擦系数，由此控制传动力。这能够实现摩擦啮合设备的简化和波动抑制。
如上所述，本发明的摩擦啮合设备，例如，可应用于离合器器件、制动器器件、及其他类型的啮合器件和传动器件。
Claims (11)
1.一种摩擦啮合设备，包括：
多个摩擦啮合件，用于相互摩擦啮合；
一个推力产生器件，用来产生一个把多个摩擦啮合件带入摩擦啮合的推力；及
一个电场施加器件，用来把电场施加到在多个摩擦啮合件之间的空隙，以改变摩擦表面的摩擦系数。
2.根据权利要求1所述的摩擦啮合设备，进一步包括：
一个控制由电场施加器件施加的电场强度的控制器件。
3.根据权利要求1所述的摩擦啮合设备，其中多个摩擦啮合件的摩擦表面由一种润滑剂润滑。
4.根据权利要求3所述的摩擦啮合设备，其中润滑剂包含一种极化添加剂。
5.根据权利要求4所述的摩擦啮合设备，其中添加剂具有这样一种性质，当由电场施加器件施加电场时，使在多个摩擦啮合器件之间的摩擦系数增大。
6.根据权利要求4所述的摩擦啮合设备，其中添加剂具有这样一种性质，当由电场施加器件施加电场时，使在多个摩擦啮合器件之间的摩擦系数减小。
7.根据权利要求1所述的摩擦啮合设备，其中多个摩擦啮合器件的至少一个包括由一种绝缘材料制成的摩擦件。
8.根据权利要求1所述的摩擦啮合设备，进一步包括：
一个用来控制由推力产生器件产生的推力的推力控制器件。
9.根据权利要求1所述的摩擦啮合设备，其中摩擦啮合器件是一种离合器器件。
10.根据权利要求1所述的摩擦啮合设备，其中摩擦啮合器件是一种制动器器件。
11.一种摩擦啮合控制方法，用来通过把电场施加到处于相互摩擦接触的多个摩擦啮合件之间的空隙控制在多个摩擦啮合件之间的传动力。
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