CN1853053A - 联接装置及包括该联接装置的传动系统 - Google Patents

Abstract

用于将可旋转体联接在一起的联接装置，包括第一及第二可旋转体(1、3或1、5)；多个联接件(19、21、28、30)，用于选择性地把第一及第二可旋转体联接在一起，以在可旋转体之间传递驱动力；以及电磁致动器装置(26)，用于控制联接件的接合。本发明还涉及一种包括联接装置的传动系统。该传动系统包括第一及第二传动轴(1、7)；装配在轴上的第一及第二齿轮组(15、17)，用于在轴之间传递驱动力，每个齿轮组包括：装配在第一轴(1)上的第一齿轮(3、5)，相对第一轴旋转，第一齿轮具有多个传动构造(19、21)；以及装配在第二轴(7)上的第二齿轮(9、11)，随第二轴旋转；选择器装置(13)，用于选择性地在第一轴和第一或第二齿轮组之间传递驱动力，包括多个接合件(28、30)，用于接合传动构造(19、21)；以及电磁致动器装置(26)，用于控制接合件与传动构造的接合。

Description

联接装置及包括该联接装置的传动系统

技术领域

本发明涉及用于联接可旋转体的电磁操作联接装置，以及包括这样的联接装置的传动系统。

背景技术

在具有第一及第二可旋转体，且第一及第二可旋转体可以选择性地断开或者连接在一起以在其之间传递驱动力的机械中，联接装置的致动通常用机械开关装置，例如使用一系列的互连杠杆及轴或者使用液压系统来实现。例如，常规的手动卡爪传动系统通常应用在汽车运动(motor sport)中，可以使用变速杆来选择新的齿轮。变速杆连接到轴上，而轴又连接于拨叉。该拨叉将卡爪环移入和脱离与装配在轴上的齿轮的接合从而在齿轮传动比之间选择。换句话说，该系统可以包括液压回路，用于驱动拨叉，或者电动机械系统，其用电动马达移动拨叉，以响应通过操作电气开关而作出的齿轮选择。

机械的致动器装置采用PCT/GB2004/001976描述的瞬时传动系统中。在该系统中，变速杆连接到轴上并且两个拨叉装配在该轴上。设置拨叉以致动一对盘簧，从而操作两个接合棒组选择性地与两个齿轮接合。

发明内容

本发明的目的是提供一种将可旋转体联接在一起的联接装置，其包括一种可替换现有装置的致动器装置，以及提供一种包括该联接装置的传动系统，而且尤其是一种可以进行电气控制的联接系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种联接装置，包括第一及第二可旋转体；多个联接件，用于选择性地将第一及第二可旋转体联接在一起，从而在可旋转体之间传递驱动力；以及电磁致动器装置，用于控制联接件的接合。

有利的是，本发明可以与PCT/GB2004/001976、PCT/GB2004/002946、PCT/GB2004/003021、PCT/GB2004/002955、PCT/GB2004/003794所描述的传动系统结合使用，上述专利的内容结合于此供参考，或者，本发明也可以用在常规的卡爪传动系统中。另外，本发明可以在任意适当的机械中将第一及第二可旋转体联接在一起。例如，本发明可以用在矿山设备、船用设备、石油及天然气行业、航空航天应用、制造设备、泵以及任何具有传动系统的车辆上。

联接装置可以充分地集成在全自动或半自动电子控制系统中。例如，全自动系统可以设置为，当某些预定情况发生时，不需要操作员的参与就进行齿轮变速。半自动系统可以使用电子控制系统来启动致动器，以响应操作员通过开关或机械输入装置选择新齿轮。

有利的是，电磁致动器装置包括至少一个磁场发生器，用于产生可控制的磁场；以及至少一个磁性元件。优选地，电磁致动器装置包括多个磁场发生器，用于产生多个可控制的磁场，并且电磁致动器装置包括多个磁性元件。例如，该或每个磁场发生器可以包括至少一个实质上导电材料制成的线圈，其电连接于激励该或每个线圈的电路。该或每个磁性元件可以包括至少一个永磁体，使用该装置，使得由磁性元件产生的该或每个磁场与该或每个可控制磁场相互作用，以控制联接件的接合。该或每个磁性元件可以可选择地设置为具有可变磁场。

优选地，电磁致动器装置包括电气控制电路，设置有至少一个电容以激励该或每个磁场发生器。

有利的是，电磁致动器装置可以设置为将联接件中的至少一个轴向移动到与至少一个其余的联接件的接合。

联接件可以包括至少一个传动构造，与每个可旋转体相连。例如，联接件可以包括多个传动构造，其中至少一个传动构造与每个可旋转体相关联。至少一个可旋转体可以通过电磁致动器装置轴向地向其余可旋转体移动，从而传动构造可以选择性地互相接合，由此将可旋转体联接在一起，从而在其间传递传动。优选地，联接件包括多个接合件，其中电磁致动器装置设置用来控制接合件的移动，从而选择性地接合至少一个传动构造(传动构造与每个可旋转体相关联)，以将可旋转体联接在一起。

联接件可以包括至少一个传动构造，该传动构造与可旋转体中的一个相关联，还包括至少一个接合件，其与其余可旋转体联接，其中电磁致动器装置设置用来控制该或每个接合件的移动，从而选择性地接合该或每个传动构造，以将可旋转体联接在一起。优选地，可旋转体中的一个是轴，并且该或每个接合件装配在该轴上并随之旋转。

联接件可以包括第一及第二接合件组，其彼此独立地可移动地进入和脱开与至少一个可旋转体的接合。电磁致动器装置可以包括第一及第二磁场发生器，其中每个磁场发生器设置为控制一个接合件组的移动。

有利的是，连接装置可以包括用于将该或每个接合件保持在至少一个预定位置的装置。优选地，用于将该或每个接合件保持在至少一个预定位置的装置包括至少一个机械装置，比如制动器。有利的是，用于将该或每个接合件保持在至少一个预定位置的装置可以设置成将该或每个接合件保持在至少一个中间位置，与第一可旋转体接合，或者与第二可旋转体接合。

根据本发明的另一方面，提供了一种传动系统，其包括第一及第二传动轴；第一及第二齿轮组，装配在轴上，用于在轴之间传递驱动力；每个齿轮组包括装配在第一轴上的第一齿轮，相对于第一轴旋转，该第一齿轮具有多个传动构造；以及装配在第二轴上的第二齿轮，随第二轴旋转；选择装置，用于选择性地在第一轴与第一或者第二齿轮组之间传递驱动力，第一或者第二齿轮组包括多个接合件，用于接合传动构造；以及电磁致动器装置，用于控制接合件与传动构造的接合。

有利的是，电磁致动器装置包括至少一个磁场发生器，用于产生可控制的磁场；以及至少一个磁性元件。优选地，电磁致动器装置包括多个磁场发生器，用于产生多个可控制的磁场，并且该电磁致动器装置包括多个磁性元件。例如，该或每个磁场发生器可以包括至少一个导电材料制成的线圈，其电连接于激励该或每个线圈的电路。该或每个磁性元件可以包括至少一个永磁体，设置为使得在使用中，由磁性元件发出的该或每个磁场与该或每个可控制的磁场相互作用，以控制接合件和传动构造的接合。

有利的是，电磁致动器装置可以包括电气控制电路，具有至少一个电容，设置用来激励该或每个磁场发生器。

有利的是，电磁致动器装置可以设置成将至少一个联接件轴向移动，使之与至少一个其余的联接件接合。

有利的是，传动系统可以包括用于将该或每个接合件保持在至少一个预定位置的装置。优选地，用于将该或每个接合件保持在至少一个预定位置的装置包括至少一个机械装置，比如制动器。优选地，用于将该或每个接合件保持在至少一个预定位置的装置设置为将该或每个接合件保持在至少一个中间位置(空档位置，neutralposition)，与至少一个第一齿轮接合。

优选地，选择器装置包括第一及第二接合件组，其彼此独立地可移动地进入和脱开与第一齿轮的接合，所述选择器装置设置成当传递驱动力时，第一及第二接合件组中的一个组与已接合齿轮进行驱动接合，并且其它接合件组处于空载状态。电磁致动器装置可以设置成将空载接合件组移动，使之与未接合齿轮驱动接合，以实现齿轮变换。选择器装置可以设置成使得当传递制动力时，第一接合件组与已接合齿轮进行驱动接合，而且第二接合件组处于空载状态，并且当传递驱动力时，第二接合件组与已接合齿轮进行传动接合，而且第二接合件组然后处于空载状态。

电磁致动器装置可以设置成基本独立地控制第一及第二接合件组的运动。例如，每个接合件组包括至少一个磁性元件，并且电磁致动器装置包括第一及第二磁场发生器，每个磁场发生器设置用来控制接合件组中的一个的运动。

优选地，电磁致动器装置设置成将被加载的接合件组向未接合齿轮偏压，而不脱开该加载接合件组与已接合齿轮的接合。

优选地，第一及第二接合件组设置成在使用时随第一轴旋转。选择器装置设置为使得第一及第二接合件组可以沿第一轴相对于彼此纵向移动。当两个组都与第一齿轮接合时，第一及第二接合件组轴向对齐。

附图说明

现在参照附图，描述本发明的一个实施例，仅作举例之用，图中相同的标号表示相同的特征，其中：

图1是根据本发明的第一个实施例的传动系统的部分的截面总体布置图；

图2是选择器组件的透视图，包括用于产生磁场的电磁装置，为了清楚起见，将电磁装置部分地剖去；

图3示出了齿轮上一组卡爪的布置(为了清除起见，省略齿轮齿)；

图4是接合棒的透视图；

图4a是用于激励电磁装置的电路图；

图5a-d示意性地图示了用于将接合棒保持在预定位置的制动器(detent)的布置和操作；

图6a-f示意性地图示了选择器组件的操作；

图7示出了本发明的第二实施例；以及

图8示出了本发明的第三实施例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的包括联接装置的传动系统，联接装置由电磁致动器装置驱动。该传动系统包括输出轴1，其上装配有第一及第二齿轮3、5；输入轴7，其上装配有第三及第四齿轮9、11；以及选择器组件13。第一及第二齿轮3、5可旋转地装配于输出轴1上，并且第三及第四齿轮9、11固定地装配于输入轴7上。第一及第二齿轮3、5分别与第三及第四齿轮9、11相接合从而形成第一及第二齿轮副15、17。

旋转传动力可以经过第一或第二齿轮副15、17，从输入轴7传送到输出轴1，而运转的齿轮副的选择取决于选择器组件13的位置。选择器组件13与分别位于第一及第二齿轮3、5上的第一及第二传动构造组19、21相接合。每组传动构造包括一组卡爪。

第一卡爪组19位于第一齿轮3的一侧。这在图3中示出，为了清楚起见，其中省略了齿轮齿。卡爪优选地与第一齿轮一体成形，但这并非必须的。第一卡爪组19包括三个均匀分布在齿轮端面上的卡爪，即，一对卡爪的中心之间的夹角大致为120°。卡爪侧面19a是平面并且形成有保持角(retention angle)。第二卡爪组21包括三个卡爪，并且与第一齿轮相类似地布置在第二齿轮5的一侧。这在图3中示出。使用三个卡爪是因为，这样布置的卡爪之间的空间提供了更大的接合窗口以容纳选择器组件13。大的接合窗口使得选择器组件在传递驱动力到齿轮3、5或者从该齿轮被驱动之前，有更大的机会与该齿轮充分接合。当只有部分接合时，如果选择器组件13驱动齿轮，将导致卡爪及/或选择器组件13损伤。

第一及第二齿轮3、5以定距离间隔地装配于输出轴1上的滚子轴承23、25上，并且布置为使得包括第一及第二卡爪组19、21的侧面彼此相对。

选择器组件13包括第一及第二接合棒组27、29，以及致动器组件26，致动器组件的形式为至少一个电磁场发生器33，其包括电连接于至少一个电路的线圈34。

第一及第二接合棒组27、29装配于输出轴1上，位于第一及第二齿轮3、5之间。第一接合棒组27包括三个接合棒28，绕输出轴1均匀分布，使得其基部向内，并且棒28的轴线大致平行。第二接合棒组29包括同样绕输出轴1设置的三个棒30。

第一及第二接合棒组27、29装配于套2上，套2装配在输出轴1上，位于第一及第二齿轮3、5之间(参见图2)。接合棒组27、29设置成随输出轴1旋转，但可以沿套2和输出轴1轴向滑动，以响应致动器组件26的切换动作。为此，套2包括六条在其曲面上形成的键槽41，而每个接合棒28、30在其基部具有互补构造。键槽41具有大致T形轮廓，使得接合棒在径向和切向上(但不是在轴向上)限制在键槽41中。可选择地，键槽41具有槽状或者燕尾形轮廓以在径向上限制接合棒。

接合棒组27、29的设置使得特定组的接合棒设置在交替间隔的键槽41中，并且接合棒组27、29可以沿套2滑动。每个接合棒组27、29作为一个单元移动，并且每个接合棒组相对于另一个可单独移动。

任意地，第一棒组中的棒28可以通过第一连接环150连接在一起，而第二棒组的棒30可以通过第二连接环152连接在一起，举例来说，用向内延伸的臂状物，其与接合棒的上表面中形成的凹槽接合(参见图7)。尽管该连接环是在第三实施例的图中示出，但其可以结合每个实施例使用。每个棒组27、29作为一个单元移动，并且每个棒组可以相对于另一个单独移动。当在第一及第二棒组27、29之间有相对运动时，第二连接环152滑过第一棒组27，并且第一连接环150滑过第二棒组29。

优选地，棒组构造为靠近输出轴1，以防止由于加载区域较大的径向距离引起的较大的悬臂效应，从而减少结构失效的可能性。

第一棒组27中的每个棒28具有第一端28a，其设置用以与连接于第一齿轮3的第一卡爪组19接合，以及第二端28b，其设置用以与连接于第二齿轮5的第二卡爪组21接合(参见图4)。第一及第二端28a、28b通常具有相同的构造，只是处在相对的两侧，使得第一端28a布置为在第一齿轮3减速过程中接合第一卡爪组19，第二端28b布置为在第二齿轮5加速过程中接合第二卡爪组21，举例来说，在汽车应用中的发动机制动过程中。第二棒组29中的每个棒30类似地设置，只是第一端30a设置为在第一齿轮3加速过程中接合第一卡爪组19，而第二端30b设置为在第二齿轮5减速过程中接合第二卡爪组21。

当第一及第二接合棒组27、29都接合齿轮时，无论齿轮是加速还是减速，传动都是从输入轴7传递到输出轴1。

棒的第一及第二端28a、30a、28b、30b均包括用于接合卡爪19、21(未示出)的接合面43、斜面45、端面42以及肩部44(参见图4)。端面42通过接靠齿轮的侧面来限制接合棒28、30的轴向移动。接合面43的角度设置成与卡爪19a、21a的侧面互补，从而当接合棒28、30旋转至与其接合时，形成面对面的接触，以减少磨损。每个斜面45都螺旋成形，并且远离端面42倾斜。斜面45的倾斜角度使得离端面42最远的斜面的边缘与端面42的平面之间的纵向距离大于卡爪19、21的高度。这将确保当在接合棒28、30和卡爪19、21之间有相对旋转运动，使斜面45运动而与卡爪19、21接合时，传动不会锁住。卡爪19、21不会撞到接合棒28、30的侧面，而是与斜面45接合。当卡爪19、21和接合棒28、30之间有更进一步的相对运动发生时，卡爪19、21滑过斜面45，并且斜面的螺旋表面使接合棒28、30沿输出轴1轴向地移动，远离卡爪19、21，从而传动不会锁住。

当第一及第二组27、29的棒隔行交错时，如图2所示，第一棒组27的第一端28a的接合面43靠近第二棒组29的第一端30a的接合面43。当第一及第二棒组27、29与齿轮完全接合时，卡爪位于每对相邻的接合面43之间。卡爪19、21的尺寸和棒的端部优选为使得当齿轮从加速向减速运动时，在加速棒的接合面43与减速棒的接合面43之间几乎没有运动，反之亦然，以确保在齿轮中齿轮间隙(backlash)很小或者没有齿轮间隙。

电磁场发生器33包括两个铜线制成的线圈34，其装配在绕轴1延伸但不与之接触的环形支架34a中，所以不随输出轴1旋转。每个线圈34包括多匝铜线。这在图1及图2中示出，其中图示的线匝数目并不表示实际准确的数目。线匝的数目取决于实际应用和需要的磁场强度。环形支架34a连接于传动壳体，并且在图2中为了清楚起见以剖面显示。每个线圈34电连接于电路，电路包括电容、计时器(timer)以及开关。该电路连接于普通电源如电池，而且最好是用于为其他的车辆电气系统供电的电池或电池组。电路设置为使得通过线圈34的电流是可逆转的。

每个接合棒28、30包括两个永磁体31(见图4)，比如天然磁体，设置于其上部(外表面)中央。优选地，磁体31的北极指向接合棒28、30的一端，而南极指向另一端，并且接合棒28、30设置在键槽41中，从而每个磁体31的北极指向一个齿轮而南极指向另一个齿轮。但是其他的设置也是可以的。

当触发一个电路时，一个线圈34被激励，从而产生至少一个可控制的磁场，该磁场与永磁体31的磁场相互作用，沿一个或者另外一个轴向方向推动接合棒28、30，由此控制接合棒在键槽41中移动。电路设置为使得电流沿两个方向中的任一方向流过线圈34。接合棒28、30因而被偏压而在键槽41中向一个齿轮移动。移动的方向取决于产生的磁场的方向，而磁场方向又取决于流经线圈34的电流的方向和永磁体31的方位。作用在接合棒28、30上的力的大小取决于由线圈34产生的磁场的强度，而这可以通过控制流经线圈34的电流的大小而控制。当触发另一个电路时，另外一个线圈34被激励，从而类似地控制接合棒28、30的移动。

该电路可以设置为响应齿轮变换而激励线圈34，使得其可以保持被激励，直到两个棒组都移动进入与一个齿轮的接合中。可选地，线圈34中的一个可以被激励，第一次使得一个棒组移动进入与该齿轮的接合，而第二次使得另外一个棒组移动进入与该齿轮的接合，其中在中间一段时间内，线圈34没有被激励。线圈34也可以被激励为使得线圈34中的一个移动接合棒28、30，使之进入或脱离与齿轮3、5中的一个的接合，并且另一个线圈34移动接合棒28、30，使之进入或脱离与另一个齿轮的接合。在这种情况下，由于每个线圈34沿单一方向移动接合棒28、30，不需要使线圈34中的电流方向逆转，因此可以使用简化的控制电路，例如图4a所示的电路，其包括电池35a、开关35b、线圈34以及电容35c。可选地，线圈34可以同时或者依次被激励，以在键槽41中移动棒28、30。当任一线圈34被激励时，产生的磁场与位于棒组27、29上的永磁体31发出的磁场交互作用。然而，棒组只有在空载状态下才能够在键槽41中移动。如果棒组是处在加载状态下，其将被推着以沿键槽41移动，但由于其驱动地与齿轮接合，所以不能移动。

制动器32设置在每个接合棒内侧的凹槽36中(见图5a-d)。每个制动器36包括钢珠38以及弹簧40。弹簧40作用在钢珠38上以将其偏压在键槽41上。每个键槽41包括三个形成在其上表面的凹坑42a-c，其设置与钢珠38接合，以将接合棒28、30定位和保持在键槽41中的特定预定位置。其中一个凹坑42b设置在沿键槽41的中部，另外两个位于中间凹坑42b的两侧，与其大致轴向对齐。当制动器36与中间凹坑42b接合时，接合棒28、30保持在中间位置，即，不与第一或第二齿轮3、5中的任何一个接合。为将接合棒28、30移向中间位置，线圈34中的一个可以被激励以将棒移向该中间位置，然后另一个线圈34被激励以中止棒的移动，并且允许制动器36充分接合和保持接合棒28、30。为将接合棒28、30移出中间位置，至少一个线圈34被激励，以产生足够的力来克服制动器36与凹坑42b之间的摩擦阻力。可选地，为将接合棒28、30推向中间位置，在激励线圈34后，线圈中的电流被逆转以停止接合棒的移动。

另外的凹坑42a、42c同样设置成将接合棒28、30保持在沿键槽41的轴向位置中，在所述轴向位置分别与第一及第二齿轮3、5充分接合。这在图5a-d中示意性地示出。制动器36的主要目的是为了避免需要持续激励线圈34来使接合棒28、30保持与齿轮3、5接触或者保持在中间位置。线圈34被激励，以在键槽41中移动接合棒28、30，并且制动器36提供足够的阻力以阻止接合棒28、30在与凹坑42a-c接合时从这些位置移开。这使得致动器系统更为有效。

每个凹坑42a-c包括倾斜侧面。该倾斜侧面与钢珠38以及弹簧36的弹性相互作用，以使接合棒28、30移入正确的位置中。当接合棒28、30在磁场的作用下在键槽41中向正确的位置移动时，制动器36与凹坑42a-c的倾斜侧面之间的相互作用将接合棒28、30拉入正确位置。

在使用中，当两个棒组都与齿轮完全接合时，三个棒加载而三个棒空载。当进行齿轮变换时，至少一个线圈34被激励，以产生将接合棒28、30向未接合的齿轮偏压的磁场。作用在接合棒28、30上的力将三个空载棒移动脱离与已接合齿轮的接合，而使三个加载的棒依旧处在接合中。由于永磁体31的磁场与线圈34产生的磁场相互作用，空载棒沿键槽41移动，直到它们与新的齿轮接合，并且制动器与新齿轮相关联的凹坑接合。当空载棒已经与新齿轮接合时，余下的三个棒与最初的齿轮脱离接合。至少一个线圈34由电路激励，而且由于磁场的交互作用，余下的棒在键槽41中向新的齿轮移动，直到它们与新齿轮接合并且制动器36与适当的凹坑接合。

这种结构提供了非常紧凑的布置。

下面参照图6a-6f，描述选择器组件13的操作，其中为清晰起见，示意性示出第一及第二棒组27、29的移动，每组只显示一个棒的相对位置。

图6a示出了处于中间位置的第一及第二棒组27、29，即，两个棒组都不与齿轮接合。图6b示出了在线圈34(图6b中未示出)产生的磁场的作用下，第一及第二棒组移动而与第一齿轮3接合。

图6c示出了当第一齿轮3完全接合，即接合棒28、30与第一卡爪组19交插时的状况。制动器36与凹坑42a(未示出)接合，从而使第一及第二棒组27、29保持与第一齿轮3接合。因此，当减速时，通过第一棒组27，而当加速时，通过第二棒组29，经由第一卡爪组19，将动力从第一齿轮3传递到输出轴7。动力是通过第三齿轮9从输入轴7传来。

当使用第一齿轮副15加速(第一齿轮3沿图6c中箭头B方向旋转)时，第一棒组27的棒的接合面43空载，而第二棒组29的棒的接合面43加载。当使用者或者发动机管理系统(未示出)希望接合第二齿轮副17时，将电路触发，由此激励至少一个线圈34，产生磁场使第一棒组27的棒在套2中沿键槽41轴向滑动，由此使棒与第一齿轮3脱开，并且使制动器36与凹坑42a脱开(参见图6d，凹坑未示出)。

产生的磁场偏压第二接合棒组29的棒，使之向第二齿轮5移动。然而，因为第二棒组29的棒30被加载，即，被第一齿轮3驱动，它们不能与第一齿轮3脱开，因此第二棒组29的棒保持不动。此时，电路或者持续激励至少一个线圈34以将第二棒组29的棒30向第二齿轮5偏压，或者可以设置成断开线圈34。

第一棒组27的棒在沿输出轴1轴向滑动时，与卡爪21接合。这些棒随后由第二齿轮5沿图6e中箭头C方向驱动，并且能量通过第二齿轮副17从输入轴7传递至输出轴1。此时，第二棒组29的棒停止被加载，然后自由地与第一卡爪组19脱开。如果至少一个线圈34设置为在整个齿轮变换过程中被持续激励，则第二棒组29的棒30一处于空载就沿键槽41轴向滑动，从而实现与输出轴1上的第一齿轮3脱开。如果在第一棒组27接合第二齿轮5之后，将两个线圈34都停用，则电路激励至少一个线圈34使得第二棒组脱离与第一齿轮3的接合。无论哪种情况，第二棒组29的棒都会在套2中沿键槽41滑动，直到其与第二齿轮5接合并且制动器36与凹坑42c接合，由此完成第二齿轮5与输出轴1的接合(见图6f)。由于在第一齿轮副15脱离接合前，第二齿轮副17接合，这种选择齿轮副的方法基本上消除了扭矩中断，从而在某一瞬间，第一及第二齿轮副15、17同时接合。

当齿轮通过第一及第二棒组27、29接合时，有可能利用齿轮副加速或者减速，当在两种情况之间转换时，几乎没有齿轮间隙。齿轮间隙是，当从加速移到减速，卡爪从加速棒的接合面43移到减速棒的接合面43时，所经历的空载运转，反之亦然。常规的卡爪式传动系统有大约30度的齿轮间隙。根据本发明的用于车辆的典型的传动系统具有小于4度的齿轮间隙。

通过使换档过程中接合件和卡爪之间需要的空隙(clearance)，即卡爪与随后的接合件之间的空隙(见图6b中的尺寸‘A’)最小化，可以使齿轮间隙减小。卡爪与随后的接合件之间的空隙在0.5mm至0.03mm的范围内，并且通常小于0.2mm。齿轮间隙也是保持角，即接合面43的角度的函数，该角度与卡爪接合面上的凹槽的角度相同。无论卡爪与接合面43之间是否有相对运动，保持角都会起作用。保持角越小，经历的齿轮间隙越少。保持角通常在2.5度至15度之间，最佳为15度。

当减速时，经过类似的过程，完成从第二齿轮副17到第一齿轮副15的传动。

当第二齿轮副17减速时，第一棒组27的棒的接合面43空载，同时第二棒组29的棒的接合面43加载。当使用者或者发动机管理系统(未示出)希望与第一齿轮副15接合时，将电路触发，由此激励至少一个线圈34，并且产生磁场使第一棒组27的棒沿套2上的键槽41轴向滑动，由此使棒脱离与第二齿轮5的接合，并且使制动器36脱离与凹坑42c的接合(见图6d，凹坑未示出)。

由于对第二棒组29的棒加载，即，其被驱动与第二齿轮上的卡爪21接合，第二棒组29保持不动，但磁场将第二棒组29向第一齿轮3偏压。此时，电路或者持续激励至少一个线圈34以将第二棒组29中的棒30向第一齿轮3偏压，或者设置成断开线圈34。

第一棒组27的棒在键槽41中轴向滑动时，与卡爪19接合。棒28由第一齿轮3驱动，从而能量通过第一齿轮副15从输入轴7传递到输出轴1。此时，第二棒组29的棒30停止被加载。如果至少一个线圈34被设置为在齿轮变速过程中持续被激励，则第二棒组29的棒30一空载就会沿键槽41轴向滑动，从而完成其与输出轴1上的第二齿轮5的脱开。如果在第一棒组27接合第一齿轮3之后，两个线圈34都停用，则电路第二次激励至少一个线圈34，以使第二棒组脱离与第二齿轮5的接合。不论哪种情况，第二棒组29的棒都会沿套2中的键槽41滑动，直到其与第一齿轮3接合并且制动器36与凹坑42a接合，由此完成第一齿轮3与输出轴1的接合。

降档变速，是由高档位向低档位的换档，但是这时要进行加速，例如当车辆爬坡时，司机选择低速档以加速上坡，这时会具有短暂的扭矩中断，以允许在换档前先断开接合。

多个选择器组件可以装配在具有对应的多对齿轮的输出轴上，以在输出轴及输入轴之间提供大量的齿轮传动比。也可以使传动系统具有两个以上的轴，以提供额外的齿轮传动比。

由于基本上消除了驱动力中断，因而该传动系统的使用改善了性能、降低了燃料消耗以及排放。相比传统的变速箱，该系统设计得更加紧凑，从而减轻了变速箱的重量。

本领域技术人员会意识到，可以在本发明的范围内对上述实施例进行各种修改，例如，用于产生磁场的线圈34可以不同的方式缠绕以提供不同的磁场特性，从而以预定的方式控制接合棒28、30的移动。也会意识到，可以使用任意数目的线圈34以及永磁体31。例如，可以使用单线圈134以及单永磁体131，如图7所示。线圈134安装在环形支撑件134a中，为了清楚起见，该环形支撑件在图7中部分显示。每个磁体131设置在每个接合棒128、130中部，其北极指向棒的一端而其南极指向棒的另一端。接合棒128、130设置在键槽141中，第一棒组的棒128通过第一连接环150连接起来，第二棒组的棒130通过第二连接环152连接起来。这种配置使得北极指向齿轮中的一个，而南极指向齿轮中的另一个。该实施例的操作运行与上述实施例的相类似。

图8示出了本发明的第三实施例，具有两个线圈234，以及单磁体231设置于每个接合棒228、230的上表面，指向一端。在本实施例中，设置于一个棒组的棒上的永磁体231靠近一个齿轮设置，而设置于另一个棒组的棒上的永磁体231靠近另一个齿轮设置。利用这种配置，一个线圈234将主要与一个棒组相互作用，而另一个线圈234将主要与另一个棒组相互作用。这将确保每个线圈234控制一个棒组的运动。最好是用于特定棒组的永磁体231设置成使它们的磁极有类似的指向，例如可以将一个棒组的磁体231设置为北极指向靠近的齿轮，而将另一个棒组的磁体231设置为南极指向靠近的齿轮。控制电路设置为使得线圈34中的电流是可逆转的，从而每个线圈234可以将与其相连的棒组沿键槽241向两个轴向方向移动，因此可以将其移入和脱离与第一及第二齿轮的接合。为了将棒组移入中间位置，可以激励与其相连的线圈234以使棒向中间位置移动，线圈234中的电流可以逆转，以使该棒组在中间位置停止移动。

可以理解，永磁体可以设置在接合棒28、30上的不同位置中，并且当线圈34被激励时，可以适当地确定磁体的极性的指向，从而实现棒28、30沿输出轴1的期望的移动。

线圈34及电路可以将设置成与已知的电磁线圈式系统，例如在US 6,667,677、US 6,498,416、US 6,489,870、US 6,366,189中公开的那些相类似。

可选地，或者另外地，接合棒28、30可以是永磁体。

本领域技术人员也可以意识到，制动器36可以设置为使得钢珠38以及弹簧40可以位于键槽41中，并且凹坑42a-c可以位于接合件的内侧。

每个齿轮上的卡爪的数目不限于是三个，例如可以使用任意切实可用的数目。已发现对于大多数应用，2至8个卡爪都是合适的。同样，棒组中棒的数目也可以是任意切实可用的数目，但最好棒组中棒的数目与一组卡爪的数目相等。

传动系统可应用于任何种类的车辆，例如公路车辆、赛车、卡车、摩托车、自行车、掘土设备如推土机、起重机、军用车辆、飞行器如飞机及直升机、水运工具如小艇、舰船及气垫船等、以及诸如车床和铣床的机床设备以及成组装置。

传动系统可以改动，使得选择器组件以及第一及第二齿轮装配在输入轴上，而固定齿轮装配在输出轴上。

前述电磁联接装置可以与常规的卡爪传动系统一起使用。至少一个线圈，最好是两个，由铜线制成，装配在卡爪的周围。线圈电连接于电路，该电路设置为使得可以选择性地激励该线圈或每一个线圈，以产生可控制的电磁场。至少一个永磁体设置在卡爪环上，从而当该线圈或每个线圈被激励时，产生的磁场与永磁体发射的磁场相互作用，使卡爪环可选择地进入或脱离与齿轮的接合，从而在齿轮及轴之间传递动力。

前述联接设置可以用于车辆传动系统以外的应用中。联接装置可用于任何具有第一及第二可旋转体，需要将其联接在一起以在其间传递驱动力的适用机械。例如，可以应用于任意具有联接构造的机械，以联接第一及第二可旋转体，如用在轴与滑轮之间、轴与辊之间、轴与机器卡盘之间，传递驱动力，用在与任意旋转的负载相连的轴上，用在两个相类似的部件之间，如两个轴之间、轴与齿轮之间，用在诸如泵的装置的驱动件上，以及用在凸轮轴或者凸轮的驱动件上。特别地，但并不专有地，本发明可被用于任何卡爪式驱动系统，例如通过联合在每个可转动零部件之上的卡爪式结构联接在一起的两个可转动体，诸如两根轴——每根都在其端面设置有卡爪，或者在轴上设置有联接件。通常，这些轴中至少有一根可以向其他的轴移动，如此以使得联接构造可以接合。可选地，联接构造可以是独立的零部件，能够有选择性地移动，以与一个或者两个可转动体接合或者脱离。在任一种情况下，电磁致动器系统可用于将部件移动成驱动接合，从而将其联接在一起。

Claims (28)

1.一种联接装置，包括第一及第二可旋转体；多个联接件，用于选择性地将所述第一和第二可旋转体联接在一起，以在所述可旋转体之间传递驱动力；以及电磁致动器装置，用于控制所述联接件的接合。

2.根据权利要求1所述的联接装置，其中，所述电磁致动器装置包括：至少一个磁场发生器，用于产生可控制的磁场；以及至少一个磁性元件。

3.根据权利要求2所述的联接装置，其中，所述电磁致动器装置包括多个磁场发生器，用于产生多个可控制的磁场。

4.根据权利要求2或3所述的联接装置，其中，所述电磁致动器装置包括多个磁性元件。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的联接装置，其中，所述电磁致动器装置包括电气控制电路，所述电气控制电路具有至少一个电容，设置用来激励所述或每个磁场发生器。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的传动系统，其中，所述电磁致动器装置设置用来将所述联接件中的至少一个轴向移动，使之与至少一个其他的联接件接合。

7.根据前述权利要求中任一项所述的联接装置，其中，所述联接件包括至少一个传动构造，所述传动构造与每个所述可旋转体相关联。

8.根据权利要求5所述的联接装置，其中，所述联接件包括多个接合件，其中所述电磁致动器装置设置用来控制所述接合件的运动，选择性地接合与每个可旋转体相关联的至少一个传动构造，以将所述可旋转体联接在一起。

9.根据权利要求1至4所述的联接装置，其中，所述联接件包括至少一个传动构造，与所述可旋转体中的一个相关联；以及至少一个接合件，与其他的所述可旋转体相关联，其中所述电磁致动器装置设置用来控制所述或每个接合件的运动，选择性地接合所述或每个传动构造，以将所述可旋转体联接在一起。

10.根据权利要求9所述的联接装置，其中，所述可旋转体中的一个是轴，而所述或每个接合件装配于所述轴上，以随其旋转。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的联接装置，其中，所述联接件包括第一及第二接合件组，所述接合件组可以彼此独立地移动而进入和脱离与至少一个所述可旋转体的接合。

12.根据权利要求11所述的联接装置，其中，所述电磁致动器装置包括第一及第二磁场发生器，其中，每个磁场发生器设置用来控制一个所述接合件组的运动。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的联接装置，包括用于将所述或每个接合件保持在至少一个预定位置的装置。

14.根据权利要求13所述的联接装置，其中，所述用于将所述或每个接合件保持在至少一个预定位置的装置设置用来将所述或每个接合件保持在至少一个中间位置，与所述第一可旋转体接合，或者与所述第二可旋转体接合。

15.一种传动系统，包括：第一及第二传动轴；装配在所述轴上，用于在所述轴之间传递驱动力的第一及第二齿轮组，每个齿轮组包括：装配在所述第一轴上的第一齿轮，相对所述第一轴旋转，所述第一齿轮具有多个传动构造；以及装配在所述第二轴上的第二齿轮，随所述第二轴旋转；选择器装置，用于选择性地在所述第一轴和所述第一或第二齿轮组之间传递驱动力，包括多个接合件，用于接合所述传动构造；以及电磁致动器装置，用于控制所述接合件与所述传动构造的接合。

16.根据权利要求14所述的传动系统，其中，所述电磁致动器装置包括至少一个磁场发生器，用于产生可控制的磁场；以及至少一个磁性元件。

17.根据权利要求15所述的传动系统，其中，所述电磁致动器装置包括多个磁场发生器，用于产生多个可控制的磁场。

18.根据权利要求15或16所述的传动系统，其中，所述电磁致动器装置包括多个磁性元件。

19.根据权利要求14至17中任一项所述的传动系统，其中，所述电磁致动器装置包括电气控制电路，所述电路具有至少一个电容，设置用来激励所述或每个磁场发生器。

20.根据权利要求14至18中任一项所述的传动系统，其中，所述电磁致动器装置设置用来将所述联接件中的至少一个轴向移入与至少一个其他的联接件接合。

21.根据权利要求14至19中任一项所述的传动系统，包括用于将所述或每个接合件保持在至少一个预定位置的装置。

22.根据权利要求20所述的传动系统，其中，用于将所述或每个接合件保持在至少一个预定位置的所述装置设置用来将所述或每个接合件保持在至少一个中间位置，或者保持与至少一个所述第一齿轮接合。

23.根据权利要求15至21中任一项所述的传动系统，其中，所述选择器装置包括第一及第二接合件组，其彼此独立地可移动地进入和脱离与所述第一齿轮的接合，所述选择器装置设置为使得当传递驱动力时，所述第一及第二接合件组中的一个驱动地接合已接合的齿轮，而另一接合件组然后处于空载状态。

24.根据权利要求23所述的传动系统，其中，所述电磁致动器装置包括第一及第二磁场发生器，其中每个磁场发生器设置用来控制所述接合件组中的一个的移动。

25.根据权利要求23或24所述的传动系统，其中，所述电磁致动器装置设置用来移动所述空载的接合件组，使之与未接合的齿轮进行驱动接合，以实现齿轮变速。

26.根据权利要求22至25所述的传动系统，其中，所述选择器装置设置为使得当传递制动力时，所述第一接合件组驱动地接合所述已接合的齿轮，且所述第二接合件组处于空载状态，并且当传递驱动力时，所述第二接合件组驱动地接合所述已接合的齿轮，且所述第二接合件组然后处于空载状态。

27.根据权利要求22至24中任一项所述的传动系统，其中，所述电磁致动器装置设置用来将加载的接合件组向未接合齿轮偏压，而不将所述加载的接合件组与所述已接合齿轮脱开。

28.根据权利要求22至25中任一项所述的传动系统，其中，所述第一及第二接合件组设置为在使用中随所述第一轴旋转。

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