DE102019112486A1

DE102019112486A1 - Hybrides getriebe mit elektromagnetisch betätigter klauenkupplung

Info

Publication number: DE102019112486A1
Application number: DE102019112486.7A
Authority: DE
Inventors: Jacob KLASER; Norman Jerry Bird
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2019-05-13
Publication date: 2019-11-14
Also published as: CN110486390A; US10724582B2; US20190345991A1

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein hybrides Getriebe mit elektromagnetisch betätigter Klauenkupplung bereit. Eine elektromagnetisch betätigte Klauenkupplung ist dazu angepasst, ein festes Schnellgangverhältnis in einer hybriden Zahnradanordnung mit Leistungsverzweigung einzurichten. In einer ersten Ausführungsform hält die Klauenkupplung, wenn sie in Eingriff steht, ein Element gegen Rotation in eine Richtung und erlaubt Rotation in die andere Richtung. In einer zweiten Ausführungsform verhindert die Klauenkupplung, wenn sie in Eingriff steht, relative Rotation zwischen rotierbaren Elementen in eine Richtung und erlaubt relative Rotation in die andere Richtung. In beiden Ausführungsformen ist die Spule stationär.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft das Gebiet von Fahrzeugkupplungen. Insbesondere betrifft die Offenbarung eine elektromagnetisch betätigte Klauenkupplung, die innerhalb eines elektrischen Hybrid-Antriebsstrangs verwendet wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Viele Fahrzeuge werden über eine große Spanne von Fahrzeuggeschwindigkeiten verwendet, einschließlich sowohl der Vorwärts- als auch der Rückwärtsbewegung. Einige Arten von Verbrennungsmotoren sind jedoch lediglich in der Lage, innerhalb einer geringen Spanne an Drehzahlen effizient betrieben zu werden. Folglich werden Getriebe, die in der Lage sind, Leistung bei einer Vielzahl von Drehzahlverhältnissen effizient zu übersetzen, häufig eingesetzt. Wenn das Fahrzeug mit geringer Geschwindigkeit fährt, wird das Getriebe normalerweise mit einem hohen Drehzahlverhältnis betrieben, sodass es das Verbrennungsmotordrehmoment für eine verbesserte Beschleunigung vervielfacht. Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht das Betreiben des Getriebes mit einem niedrigen Drehzahlverhältnis eine Verbrennungsmotordrehzahl, die ruhigem, kraftstoffsparendem Fahren zugeordnet ist.
Einige Getriebe, Getriebe mit getrennter Übersetzung genannt, sind konfiguriert, um zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle eine begrenzte Anzahl von Drehzahlverhältnissen einzurichten. Wenn das aktuell ausgewählte Verhältnis nicht mehr zweckmäßig ist, muss ein Getriebe mit getrennter Übersetzung zu einem anderen der verfügbaren Drehzahlverhältnisse wechseln. Andere Getriebe, die stufenlose Getriebe (continuously variable transmissions - CVTs) genannt werden, sind dazu in der Lage, ein beliebiges Drehzahlverhältnis zwischen Unter- und Obergrenzen einzurichten. CVTs sind dazu in der Lage, häufige Feineinstellungen des Drehzahlverhältnisses vorzunehmen, die für Fahrzeuginsassen nicht wahrnehmbar sind.
Viele Getriebe verwenden hydraulisch betätigte Reibungskupplungen, um verschiedene Leistungsflusspfade einzurichten. Hydraulische Betätigung ist für Kupplungen geeignet, die rotierende Elemente selektiv miteinander koppeln, weil unter Druck stehendes hydraulisches Fluid von einem stationären Gehäuse zwischen Dichtungen zu rotierenden Komponenten geleitet werden kann. Daher kann der hydraulische Aktor mit einem der rotierenden Elemente rotieren. Wenn mehrere hydraulisch betätigte Kupplungen vorhanden sind, teilen sich die Kupplungen oft eine Verbrennungsmotorantriebspumpe und teilen viele der Ventilkörperkomponenten, die zum Regulieren des Drucks verwendet werden.
Hybride Fahrzeuggetriebe verbessern die Kraftstoffeffizienz durch das Bereitstellen von Energiespeicherung. In einem Hybridelektrofahrzeug kann Energie zum Beispiel in einer Batterie gespeichert werden. Die Batterie kann durch Betreiben des Verbrennungsmotors geladen werden, um mehr Leistung zu erzeugen als sofort für den Antrieb erforderlich ist. Zusätzlich kann Energie, die sonst während des Bremsens abgeleitet werden würde, aufgefangen und in der Batterie gespeichert werden. Die gespeicherte Energie kann später verwendet werden, was es dem Verbrennungsmotor erlaubt, weniger Leistung als sofort für den Antrieb erforderlich zu erzeugen und somit weniger Kraftstoff zu verbrauchen.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Eine elektromagnetisch betätigte Kupplung beinhaltet eine gezahnte Platte, einen Laufring, eine stationäre nicht gezahnte Platte und eine stationäre Spule. Der Laufring kann sich radial außerhalb der gezahnten Platte befinden. Die gezahnte Platte kann entweder stationär sein oder zur Rotation gestützt sein. Der Laufring ist zur Rotation in Bezug auf die gezahnte Platte gestützt. Der Laufring beinhaltet eine Vielzahl von schwenkbaren Klauen. Eine Fläche jeder der Klauen, die der gezahnten Platte zugewandt ist, kann konkav sein. Die stationäre nicht gezahnte Platte ist von dem Laufring durch eine Luftlücke getrennt. Die stationäre Spule ist dazu konfiguriert, einen Magnetkreis durch die stationäre Platte, die Klauen und die gezahnte Platte einzurichten und somit die Klauen in Eingriff mit der gezahnten Platte anzuziehen, um relative Rotation einzuschränken. Die Klauen können relative Rotation in eine Richtung verhindern, aber relative Rotation in eine entgegengesetzte Richtung erlauben. Die Klauen können von der stationären nicht gezahnten Platte durch die Luftlücke getrennt bleiben, wenn sie in Eingriff mit der gezahnten Platte schwenken. Eine Entfernung, die die stationäre nicht gezahnte Platte von dem Laufring trennt, kann konstant bleiben, wenn die Klauen schwenken. Die Luftlücke kann die stationäre nicht gezahnte Platte von dem Laufring in eine Richtung trennen, die parallel zu einer Schwenkachse der Klauen ist.
Eine elektromagnetisch betätigte Kupplung beinhaltet eine gezahnte Platte, einen Laufring, eine stationäre nicht gezahnte Platte und eine stationäre Spule. Die gezahnte Platte kann entweder stationär oder zur Rotation gestützt sein. Der Laufring ist zur Rotation in Bezug auf die gezahnte Platte gestützt und beinhaltet eine Vielzahl von schwenkbaren Klauen. Der Laufring kann sich radial außerhalb der gezahnten Platte befinden. Eine Fläche jeder der Klauen, die der gezahnten Platte zugewandt ist, kann konkav sein. Die stationäre Platte ist von dem Laufring durch eine feste Luftlücke getrennt. Die stationäre Spule ist dazu konfiguriert, einen Magnetkreis durch die stationäre Platte, die Klauen und die gezahnte Platte einzurichten, um die Klauen in Eingriff mit der gezahnten Platte anzuziehen, um relative Rotation einzuschränken. Die Klauen können relative Rotation in eine Richtung verhindern, aber relative Rotation in eine entgegengesetzte Richtung erlauben.
Eine elektromagnetisch betätigte Bremse beinhaltet einen stationären inneren Laufring und einen äußeren Laufring, der zur Rotation um den inneren Laufring gestützt ist. Der stationäre innere Laufring beinhaltet eine gezahnte Platte, eine nicht gezahnte Platte und eine Spule. Der äußere Laufring beinhaltet eine Vielzahl von Klauen. Die Spule ist dazu konfiguriert, einen Magnetkreis durch die nicht gezahnte Platte, die Klauen und die gezahnte Platte einzurichten, um die Klauen in Eingriff mit der gezahnten Platte anzuziehen, um Rotation des äußeren Laufrings einzuschränken. Die Klauen können die gezahnte Platte in Eingriff nehmen, um relative Rotation in eine Richtung zu verhindern, aber relative Rotation in eine entgegengesetzte Richtung zu erlauben. Eine Fläche jeder der Klauen, die der gezahnten Platte zugewandt ist, ist konkav.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Zahnradanordnung für einen elektrischen Hybrid-Antriebsstrang.
2 ist eine Querschnittsendansicht einer Einwegkupplung, die zur Verwendung in der Zahnradanordnung von 1 geeignet ist.
3 ist eine Querschnittsseitenansicht einer elektromagnetisch betätigten Bremse, die zur Verwendung in der Zahnradanordnung von 1 geeignet ist.
4 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Zahnradanordnung für einen elektrischen Hybrid-Antriebsstrang.
5 ist eine Querschnittsseitenansicht einer elektromagnetisch betätigten Bremse, die zur Verwendung in der Zahnradanordnung von 4 geeignet ist.
6 ist eine Querschnittsendansicht einer der Klauen der Einwegkupplung von 2, die zur Verwendung mit der elektromagnetischen Betätigung der 3 und 5 angepasst ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind in dieser Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Eine Gruppe rotierender Elemente ist fest aneinander gekoppelt, wenn diese gezwungen sind, unter allen Betriebsbedingungen die gleiche Rotationsgeschwindigkeit um die gleiche Achse aufzuweisen. Rotierende Elemente können beispielsweise durch Keilverbindungen, Schweißen, Presspassung oder maschinelle Herstellung aus einem gemeinsamen Festkörper fest gekoppelt sein. Es kann zu leichten Variationen in der Rotationsverschiebung zwischen fest gekoppelten Elementen kommen, wie etwa zur Verschiebung aufgrund von Spiel oder Wellenelastizität. Im Gegensatz dazu sind zwei rotierende Elemente durch ein Schaltelement selektiv gekoppelt, wenn das Schaltelement sie zwingt, jedes Mal, wenn das Schaltelement vollständig in Eingriff steht, die gleiche Drehgeschwindigkeit um die gleiche Achse aufzuweisen, und die Elemente bei zumindest einer anderen Betriebsbedingung verschiedene Drehzahlen aufweisen können. Zwei rotierende Elemente sind gekoppelt, wenn sie entweder fest gekoppelt oder selektiv gekoppelt sind. Zwei rotierende Elemente sind antreibbar verbunden, wenn eine Reihe von Zahnrädern und Wellen dazu in der Lage ist, Leistung von einem zu dem anderen zu übertragen und ein festes Drehzahlverhältnis zwischen den zwei Elementen einrichtet.
1 veranschaulicht schematisch eine erste kinematische Anordnung für ein Hybridelektrofahrzeug mit Leistungsverzweigung. Leistung wird durch einen Verbrennungsmotor 10 bereitgestellt, der fest mit einem Planetenträger 12 über eine Getriebeeingangswelle 14 gekoppelt ist. Ein Satz von Planetenrädern 16 ist zur Rotation in Bezug auf den Träger 12 gestützt. Ein Sonnenrad 18 und ein Hohlrad 20 sind jeweils zur Rotation um die gleiche Achse wie der Träger 12 gestützt und jedes kann in die Planetenräder 16 greifen. Ein Generator 22 ist fest an das Sonnenrad 18 gekoppelt. Ein Vorlegezahnrad 24 ist fest an das Hohlrad 20 gekoppelt und greift in ein Vorlegezahnrad 26. Das Vorlegezahnrad 26 ist fest mit Vorlegezahnrädern 28 und 30 über eine Welle 32 gekoppelt. Ein Vorlegezahnrad 34 greift in das Vorlegezahnrad 30 und ist fest an den Elektromotor 36 gekoppelt. Das Vorlegezahnrad 28 greift in ein Vorlegezahnrad 38 ein, das die Eingabe zu einem Differential 40 ist. Das Differential 40 treibt die Räder 42 und 44 an, während geringe Drehzahldifferenzen gestattet werden, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt.
Der Generator 22 und der Elektromotor 36 sind beide reversible elektrische Maschinen. Die Ausdrücke Generator und Elektromotor werden lediglich als Kennzeichnungen verwendet. Beide Maschinen sind dazu in der Lage, elektrische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln und mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln. Jede Maschine kann zum Beispiel ein Synchronmotor in Kombination mit einem Dreiphasen-Wechselrichter sein. Beide Maschinen sind elektrisch mit einer Batterie 46 verbunden. Unter einigen Umständen kann der Verbrennungsmotor 10 mehr Leistung generieren, als an die Fahrzeugräder 42 und 44 geliefert wird, wobei überschüssige Leistung in der Batterie 46 gespeichert wird. Unter anderen Umständen kann Leistung von der Batterie 46 fließen und es dem Verbrennungsmotor 10 erlauben, weniger Leistung als den sofortigen Bedarf des Fahrzeugs zu erzeugen. Der Verbrennungsmotor 10 kann zum Beispiel ausgeschaltet sein, während Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs von der Batterie 46 kommt.
Der Antriebsstrang von 1 kann in einem kontinuierlich variablen Modus betrieben werden, wobei die Batterie 46 weder Leistung bereitstellt noch absorbiert. Das Drehmoment, das an den Generator 22 angewandt wird, und das Drehmoment, das an das Vorlegezahnrad 24 angewandt wird, beziehen sich auf das Drehmoment, das durch den Verbrennungsmotor 10 auf Grundlage der Anzahl von Zähnen an dem Sonnenrad 18 und der Anzahl von Zähnen des Hohlrads 20 generiert wird. Konkret gilt: $T_{g e n} = \frac{N_{s u n}}{N_{s u n} + N_{r i n g}} T_{e n g}$
$T_{g e a r 24} = \frac{N_{r i n g}}{N_{s u n} + N_{r i n g}} T_{e n g}$
wobei T_eng das Drehmoment ist, das durch den Verbrennungsmotor 10 generiert wird, Tgen das Drehmoment ist, das durch den Generator 22 absorbiert wird, T_gear24 das Drehmoment ist, das durch Zahnrad 24 absorbiert wird, N_sun die Anzahl von Zähnen an dem Sonnenrad 18 ist und N_ring die Anzahl von Zähnen an dem Hohlrad 20 ist. Die Verbrennungsmotordrehzahl ist ein gewichteter Durchschnitt der Generatordrehzahl und der Drehzahl von Zahnrad 24. $ω_{e n g} = \frac{N_{s u n}}{N_{s u n} + N_{r i n g}} ω_{g e n} + \frac{N_{r i n g}}{N_{s u n} + N_{r i n g}} ω_{g e a r 24}$
Wenn sich das Fahrzeug langsam bewegt, rotiert das Zahnrad 24 langsam und der Generator 22 rotiert schneller als der Verbrennungsmotor 10. Leistung, die durch den Verbrennungsmotor generiert wird, wird durch den Planetenradsatz aufgeteilt. Ein Teil der Leistung wird mechanisch von dem Träger 14 zu der Welle 32, dem Hohlrad 20, dem Zahnrad 24 und dem Zahnrad 26 übertragen. Die restliche Leistung wird von dem Sonnenrad 18 zu dem Generator 22 übertragen, der die Leistung in elektrische Leistung umwandelt. Der Elektromotor 36 wandelt die elektrische Leistung in mechanische Leistung um, die durch Zahnrad 34 und 30 an die Welle 32 übertragen wird. Obwohl beide Pfade der Leistungsübermittlung parasitären Verlusten ausgesetzt sind, beinhalten Umwandlungen zwischen elektrischer Leistung und mechanischer Leistung typischerweise mehr Leistungsverlust als eine rein mechanische Übermittlung. Mit steigendem Verhältnis der Drehzahl von Welle 32 zu der Drehzahl von Verbrennungsmotor 10 wird ein Punkt erreicht, an dem der Generator 22 stationär ist. Bei diesem Verhältnis wird die gesamte Leistung mechanisch übermittelt. Bei höheren Schnellgangverhältnissen rotiert der Generator 22 in entgegengesetzter Richtung zu dem Verbrennungsmotor 10 und agiert als Elektromotor. Leistung zirkuliert von dem Generator 22 durch den mechanischen Leistungsflusspfad zu der Welle 32, durch die Zahnräder 30 und 34 zu dem Elektromotor 36, der als ein Generator agiert. Die parasitären Verluste, die der Zirkulation von Leistung zugeordnet sind, neigen dazu, einen Betrieb bei Schnellgangverhältnissen ineffektiv zu machen.
Selbst bei dem Schnellgangdrehzahlverhältnis, bei dem der Generator stationär ist, fallen beim elektrischen Leistungsflusspfad parasitäre Verluste an, weil etwas elektrische Leistung benötigt wird, um das notwendige Reaktionsdrehmoment an dem Sonnenrad 18 zu erzeugen. Um die Effektivität in dieser Betriebsbedingung zu verbessern, beinhaltet der Antriebsstrang von 1 eine Schnellgangbremse 48. Wenn die Schnellgangbremse 48 in Eingriff steht, stellt die Bremse das notwendige Reaktionsdrehmoment an dem Sonnenrad 18 bereit und eliminiert somit alle parasitären Verluste, die dem elektrischen Leistungsflusspfad zugeordnet sind. Aufgrund der einzigartigen Beschaffenheit dieses Antriebsstrangs ist eine elektrisch betätigte Bremse besser geeignet als eine hydraulisch betätigte Kupplung.
2 ist eine Endansicht eines Abschnitts von Bremse 48. Der innere Laufring 50 wird durch den Getriebekasten stationär gehalten. Der äußere Umfang des inneren Laufrings 50 beinhaltet Zähne 52. Der äußere Laufring 54 ist an dem Rotor von Generator 22 und Sonnenrad 18 befestigt. Mehrere Klauen 56 sind innerhalb von Taschen in dem äußeren Laufring 54 zur Rotation damit gestützt. Wenn sich die Klauen innerhalb der Taschen befinden, wie in 2 gezeigt, kann der äußere Laufring 54 in beide Richtungen rotieren. Wenn die Klauen nach innen schwenken, nehmen sie die Zähne 52 des inneren Laufrings 50 in Eingriff. Die Zähne sind geformt, um als Reaktion auf eine Rotation im Uhrzeigersinn des äußeren Laufrings 54 die Klauen zurück zu den Taschen hin zu drücken. Die Klauen nehmen die Zähne jedoch in einer Weise in Eingriff, die eine Rotation des äußeren Laufrings 54 im Uhrzeigersinn verhindert.
3 ist eine Querschnittsansicht von Bremse 48. Es ist nur der Teil über der Mittellinie gezeigt. Zwei Platten, 58 und 60, sind auf dem inneren Laufring 50 kerbverzahnt. Alternativ kann/können eine oder beide Platten mit dem inneren Laufring 50 einstückig gebildet sein. Die Platte 58 beinhaltet die Zähne 52. Die Platte 60 weist keine Zähne auf. In 3 sind die Klauen 56 in in Eingriff gebrachter Position gezeigt und berühren die Zähne 52. Die Platte 60 ist von dem äußeren Laufring 54 durch eine kleine Luftlücke 62 getrennt. Konkret trennt die Luftlücke 62 die Platte 60 von den Seiten der Klauen 56. Eine Spule 64 ist zwischen den Platten 58 und 60 gebildet. Die Spule beinhaltet umlaufend aufgewickelten leitfähigen Draht. Die Enden des Drahtes sind mit einer Steuerung verbunden. Da der innere Laufring 50 stationär ist, sind keine Bürsten oder anderen Mittel erforderlich, um den elektrischen Strom an die Spule 64 zu übertragen.
Der innere Laufring 50, die Platten 58 und 60 und die Klauen 56 sind aus einem magnetisch leitfähigen Material gefertigt. Wenn die Steuerung einen elektrischen Strom durch die Spule 64 sendet, wird ein Magnetkreis eingerichtet, der von dem Laufring 50, durch die Platte 60, über die Luftlücke 62 durch die Klaue 56, über eine Luftlücke zu den Zähnen 52 von Platte 58 und zurück zu dem inneren Laufring 50 verläuft. Der Magnetkreis verursacht magnetische Kräfte über den Luftlücken. Die magnetischen Kräfte verursachen, dass die Klauen 56 in Eingriff mit den Zähnen 52 treten. Wenn die Klauen die Zähne berühren, wird eine der Luftlücken entfernt. Dies reduziert den magnetischen Widerstand und reduziert somit den Strom, der erforderlich ist, um ein gewisses Niveau von magnetischem Fluss aufrechtzuerhalten. In diesem Zustand verhindert die Bremse 48 eine Vorwärtsrotation von Sonnenrad 18 und stellt somit die Reaktionskraft für das Schnellgangverhältnis bereit.
4 veranschaulicht schematisch eine zweite kinematische Anordnung für ein Hybridelektrofahrzeug mit Leistungsverzweigung. Analoge Komponenten zu denen von 1 sind mit der gleichen Referenznummer gekennzeichnet. In Betriebsbedingungen außer dem mechanischen Schnellgangmodus wird der Antriebsstrang von 4 gleich dem Antriebsstrang von 1 betrieben. Der Antriebsstrang von 4 beinhaltet eine Kupplung 70 zum Einrichten eines festen mechanischen Schnellgangverhältnisses. Wenn die Kupplung 70 in Eingriff steht, wird Leistung von der Welle 14 über die Kupplung 70 zu dem Zahnrad 72 übermittelt. Das Zahnrad 72 greift in das Zahnrad 74, das fest mit der Welle 32' gekoppelt ist. Ein Gestalter kann das Schnellgangverhältnis des Antriebsstrangs von 4 durch Anpassen des relativen Abstandsdurchmessers der Zahnräder 72 und 74 unabhängig von den Abstandsdurchmessern der Planetenräder anpassen. Da jedoch beide Komponenten, die selektiv durch die Kupplung 70 gekoppelt sind, rotierende Komponenten sind, würde die Struktur von Bremse 48 nicht ohne Modifikation funktionieren.
5 ist eine Querschnittsansicht von Kupplung 70. Es ist nur der Teil über der Mittellinie gezeigt. Die Platte 60', die keine Zähne aufweist, ist auf einem stationären Element 80 kerbverzahnt. Die Platte 58', die Zähne aufweist, ist auf der Eingangswelle 14 kerbverzahnt. Der äußere Laufring 54' ist an dem Zahnrad 72 befestigt. In 5 sind die Klauen 56 in in Eingriff gebrachter Position gezeigt und berühren die Zähne 52. Die Platte 60 ist von dem äußeren Laufring 54 durch eine kleine Luftlücke 62 getrennt. Konkret trennt die Luftlücke 62 die Platte 60 von den Seiten der Klauen 56. Eine zweite Luftlücke 82 trennt das stationäre Element 80 von der Platte 58'. Die Spule 64 ist an dem stationären Element 80 gebildet. Die Spule beinhaltet umlaufend aufgewickelten leitfähigen Draht. Die Enden des Drahtes sind mit einer Steuerung verbunden. Es sind keine Bürsten oder anderen Mittel erforderlich, um den elektrischen Strom an die Spule 64 zu übertragen.
Das stationäre Element 80, die Platten 58' und 60' und die Klauen 56 sind aus einem magnetisch leitfähigen Material gefertigt. Wenn die Steuerung einen elektrischen Strom durch die Spule 64 sendet, wird ein Magnetkreis eingerichtet, der von dem stationären Element 80, durch die Platte 60', über die Luftlücke durch 62 die Klaue 56, über eine Luftlücke zu den Zähnen 52 von Platte 58' und dann über die Luftlücke 82 zurück zu dem stationären Element 80 verläuft. Der Magnetkreis verursacht magnetische Kräfte über den Luftlücken. Die magnetischen Kräfte verursachen, dass die Klauen 56 in Eingriff mit den Zähnen 52 treten. Wenn die Klauen die Zähne berühren, wird eine der Luftlücken entfernt. Dies reduziert den magnetischen Widerstand und reduziert somit den Strom, der erforderlich ist, um ein gewisses Niveau von magnetischem Fluss aufrechtzuerhalten. In diesem Zustand verhindert die Kupplung 70 eine relative Rotation in eine Richtung zwischen der Welle 14 und dem Zahnrad 72 und richtet somit einen Schnellgangleistungspfad ein.
6 zeigt einen Querschnitt von einer der Klauen 56. Die Fläche, die den Zähnen zugewandt ist, beinhaltet einen konvexen Teil 90 und einen konkaven Teil 92. Der konkave Teil verbessert die magnetische Leistungsfähigkeit, weil die Luftlücke zwischen der Klaue und einem Zahn klein bleibt, wenn der Zahn diesen Teil durchquert.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Charakteristika als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Charakteristika in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Charakteristika als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektromagnetisch betätigte Kupplung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: eine gezahnte Platte; einen Laufring, der zur Rotation in Bezug auf die gezahnte Platte gestützt ist und eine Vielzahl von schwenkbaren Klauen beinhaltet; eine stationäre nicht gezahnte Platte, die von dem Laufring durch eine Luftlücke getrennt ist; und eine stationäre Spule, die dazu konfiguriert ist, einen Magnetkreis durch die stationäre Platte, die Klauen und die gezahnte Platte einzurichten und somit die Klauen in Eingriff mit der gezahnten Platte anzieht, um relative Rotation einzuschränken.
Gemäß einer Ausführungsform bleiben die Klauen von der stationären nicht gezahnten Platte durch die Luftlücke getrennt, wenn sie in Eingriff mit der gezahnten Platte schwenken.
Gemäß einer Ausführungsform bleibt eine Entfernung, die die stationäre nicht gezahnte Platte von dem Laufring trennt, konstant, wenn die Klauen schwenken.
Gemäß einer Ausführungsform trennt die Luftlücke die stationäre nicht gezahnte Platte von dem Laufring in eine Richtung, die parallel zu einer Schwenkachse der Klauen ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die gezahnte Platte stationär.
Gemäß einer Ausführungsform ist die gezahnte Platte zur Rotation gestützt.
Gemäß einer Ausführungsform nehmen die Klauen die gezahnte Platte in Eingriff, um relative Rotation in eine Richtung zu verhindern, aber relative Rotation in eine entgegengesetzte Richtung zu erlauben.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Fläche jeder der Klauen, die der gezahnten Platte zugewandt ist, konkav.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich der Laufring radial außerhalb der gezahnten Platte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektromagnetisch betätigte Kupplung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: eine gezahnte Platte; einen Laufring, der zur Rotation in Bezug auf die gezahnte Platte gestützt ist und eine Vielzahl von schwenkbaren Klauen beinhaltet, eine stationäre Platte, die von dem Laufring durch eine feste Luftlücke getrennt ist; und eine stationäre Spule, die dazu konfiguriert ist, einen Magnetkreis durch die stationäre Platte, die Klauen und die gezahnte Platte einzurichten, um die Klauen in Eingriff mit der gezahnten Platte anzuziehen, um relative Rotation einzuschränken.
Gemäß einer Ausführungsform ist die gezahnte Platte stationär.
Gemäß einer Ausführungsform ist die gezahnte Platte zur Rotation gestützt.
Gemäß einer Ausführungsform nehmen die Klauen die gezahnte Platte in Eingriff, um relative Rotation in eine Richtung zu verhindern, aber relative Rotation in eine entgegengesetzte Richtung zu erlauben.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Fläche jeder der Klauen, die der gezahnten Platte zugewandt ist, konkav.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich der Laufring radial außerhalb der gezahnten Platte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektromagnetisch betätigte Kupplung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen stationären inneren Laufring mit einer gezahnten Platte, eine nicht gezahnte Platte und eine Spule; und einen äußeren Laufring, der zur Rotation um den inneren Laufring gestützt ist und eine Vielzahl von schwenkbaren Klauen beinhaltet; wobei die Spule dazu konfiguriert ist, einen Magnetkreis durch die nicht gezahnte Platte, die Klauen und die gezahnte Platte einzurichten, um die Klauen in Eingriff mit der gezahnten Platte anzuziehen, um Rotation des äußeren Laufrings einzuschränken.
Gemäß einer Ausführungsform nehmen die Klauen die gezahnte Platte in Eingriff, um relative Rotation in eine Richtung zu verhindern, aber relative Rotation in eine entgegengesetzte Richtung zu erlauben.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Fläche jeder der Klauen, die der gezahnten Platte zugewandt ist, konkav.

Claims

Elektromagnetisch betätigte Kupplung, Folgendes umfassend: eine gezahnte Platte; einen Laufring, der zur Rotation in Bezug auf die gezahnte Platte gestützt ist und eine Vielzahl von schwenkbaren Klauen beinhaltet. eine stationäre nicht gezahnte Platte, die von dem Laufring durch eine Luftlücke getrennt ist; und eine stationäre Spule, die dazu konfiguriert ist, einen Magnetkreis durch die stationäre Platte, die Klauen und die gezahnte Platte einzurichten und somit die Klauen in Eingriff mit der gezahnten Platte anzieht, um relative Rotation einzuschränken.
Elektromagnetisch betätigte Kupplung nach Anspruch 1, wobei die Klauen von der stationären nicht gezahnten Platte durch die Luftlücke getrennt bleiben, wenn sie in Eingriff mit der gezahnten Platte schwenken.
Elektromagnetisch betätigte Kupplung nach Anspruch 2, wobei eine Entfernung, die die stationäre nicht gezahnte Platte von dem Laufring trennt, beim Schwenken der Klauen konstant bleibt.
Elektromagnetisch betätigte Kupplung nach Anspruch 3, wobei die Luftlücke die stationäre nicht gezahnte Platte von dem Laufring in eine Richtung trennt, die parallel zu einer Schwenkachse der Klauen ist.
Elektromagnetisch betätigte Kupplung nach Anspruch 1, wobei die gezahnte Platte stationär ist.
Elektromagnetisch betätigte Kupplung nach Anspruch 1, wobei die gezahnte Platte zur Rotation gestützt ist.
Elektromagnetisch betätigte Kupplung nach Anspruch 1, wobei die Klauen die gezahnte Platte in Eingriff nehmen, um relative Rotation in eine Richtung zu verhindern, aber relative Rotation in eine entgegengesetzte Richtung zu erlauben.
Elektromagnetisch betätigte Kupplung nach Anspruch 7, wobei eine Fläche jeder der Klauen, die der gezahnten Platte zugewandt ist, konkav ist.
Elektromagnetisch betätigte Kupplung, Folgendes umfassend: eine gezahnte Platte; einen Laufring, der zur Rotation in Bezug auf die gezahnte Platte gestützt ist und eine Vielzahl von schwenkbaren Klauen beinhaltet. eine stationäre Platte, die von dem Laufring durch eine feste Luftlücke getrennt ist, und eine stationäre Spule, die dazu konfiguriert ist, einen Magnetkreis durch die stationäre Platte, die Klauen und die gezahnte Platte einzurichten und die Klauen in Eingriff mit der gezahnten Platte anzuziehen, um relative Rotation einzuschränken.
Elektromagnetisch betätigte Kupplung nach Anspruch 9, wobei die Klauen die gezahnte Platte in Eingriff nehmen, um relative Rotation in eine Richtung zu verhindern, aber relative Rotation in eine entgegengesetzte Richtung zu erlauben.
Elektromagnetisch betätigte Kupplung nach Anspruch 10, wobei eine Fläche jeder der Klauen, die der gezahnten Platte zugewandt ist, konkav ist.
Elektromagnetisch betätigte Kupplung nach Anspruch 9, wobei sich der Laufring radial außerhalb der gezahnten Platte befindet.
Elektromagnetisch betätigte Bremse, Folgendes umfassend: einen stationären inneren Laufring mit einer gezahnten Platte, einer nicht gezahnten Platte und einer Spule; und einen äußeren Laufring zur Rotation um den inneren Laufring, der eine Vielzahl von schwenkbaren Klauen beinhaltet; wobei die Spule dazu konfiguriert ist, einen Magnetkreis durch die nicht gezahnte Platte, die Klauen und die gezahnte Platte einzurichten und die Klauen in Eingriff mit der gezahnten Platte anzuziehen, um Rotation des äußeren Laufrings einzuschränken.
Elektromagnetisch betätigte Bremse nach Anspruch 13, wobei die Klauen die gezahnte Platte in Eingriff nehmen, um relative Rotation in eine Richtung zu verhindern, aber relative Rotation in eine entgegengesetzte Richtung zu erlauben.
Elektromagnetisch betätigte Bremse nach Anspruch 14, wobei eine Fläche jeder der Klauen, die der gezahnten Platte zugewandt ist, konkav ist.