TWI715603B - 同步器 - Google Patents

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TWI715603B TW105124496A TW105124496A TWI715603B TW I715603 B TWI715603 B TW I715603B TW 105124496 A TW105124496 A TW 105124496A TW 105124496 A TW105124496 A TW 105124496A TW I715603 B TWI715603 B TW I715603B
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盧卡 努蒂
沃爾特 馬里奧蒂
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Abstract

一種同步器(20)，用於被用在交通工具的傳動裝置，該交通工具特別是電動交通工具，該同步器(20)藉由確保作為附加特徵之可利用獨立於嚙合的齒輪且獨立於馬達狀態的耗盡煞車影響，而可在任何時刻選擇各齒輪，且其包括：主軸(8)；鐘形構件(1)，組裝於該主軸(8)上，在內部具有摩擦內圓柱表面(18)；支撐元件(2)，旋轉安裝於該主軸(8)上且裝設於該鐘形構件(1)內；至少一蹄形板(3)，具有位於該支撐元件(2)的外緣內且面向該鐘形構件(1)的摩擦內圓柱表面(18)的摩擦輪廓，藉由一對之接合臂(4)而以鉸接四邊形構造接合於該支撐元件(2)；以及用於移動該蹄形板(3)之機構，其中該接合臂(4)在順時針和逆時針方向上皆旋轉，造成該蹄形板(3)之突出部在該支撐元件(2)的該外緣之上，且造成該蹄形板(3)的端部和該鐘形構件(1)的摩擦內圓柱表面(18)的干涉，而造成其干擾。

Description

同步器
本發明係具有一種同步器以作為對象，其係用於被用在交通工具的速度傳動裝置(transmission)，該交通工具特別是摩托車，速度傳動裝置因而為同步類型，其係運作使得必須嚙合以傳動扭矩的兩個傳動部在離合器本身的齒於其間嚙合之前成為相同速度。
一般而言，用於習知速度傳動裝置的同步器屬於截錐形環同步器(truncate conical ring synchronizer)之同步器家族或者伺服鎖定同步器(servo-locking synchronizer)之家族。
第一種實質上由兩個互相作用的截錐形表面組成，一者和齒輪為一體且另一者和滑套為一體，該滑套裝設有前齒，用以實現往齒輪軸向移動的離合器。
若插入齒輪的操縱被非常快速地執行，或元件之間的速度差異太大，則此種同步器並不保證良好運作。進而，即便離合器部具有等速，齒輪的插入仍需一定 的努力。
伺服鎖定同步器則在結構上並不相同，其僅從控制槓桿得到部分用來同步軸的力，但其結構複雜且實質上適用於汽車的高效能變速器，且不適用於特別是機車的馬達交通工具的領域。
美國專利第2,649,175號揭露一種摩擦離合器，具有：主軸；鐘形構件，組裝於主軸上且在其內圓柱表面上形成摩擦表面；支撐元件，旋轉安裝於該主軸上並於鐘形構件內；及圓形蹄形板(shoe)，其通過繞主軸旋轉的小齒輪所觸發的鐘擺裝置的擺動而被移動。
美國專利第7,484,605號說明一種具有兩個同心環的離合器系統，及設置在其間的凸輪系統，其被致動以獲得其相互嚙合。
美國專利第7,882,758號還說明一種和前者相似的系統，其中凸輪係被可感測離心力的元件所致動。
美國專利第8,474,346號還說明一種類似系統，其中凸輪係由桿系統所致動。
然而，這些種類的離合器會遇到必須以預定力來致動該凸輪，使得它們能夠實行離合器所需的摩擦力之缺點。美國專利第2,649,175號顯示旋轉一旋轉安裝於主軸上的小齒輪的問題。
在本發明之下的技術問題係提供一種同步 器，其可避免參考已知技術所提及的缺點。
該問題係由如上所述的同步器所解決，其特徵在於其包括：主軸；鐘形構件，組裝於該主軸上，在內部具有摩擦內圓柱表面；支撐元件，旋轉安裝於該主軸上且裝設於該鐘形構件內；至少一蹄形板，具有位於該支撐元件的外緣內且面向該鐘形構件的摩擦內圓柱表面的摩擦輪廓，藉由一對之接合臂而以接合四邊形構造接合於該支撐元件；以及用於移動該蹄形板之機構，其中在順時針和逆時針方向上皆旋轉該接合臂，造成該蹄形板之突出部在該支撐元件的該外緣之上且造成該蹄形板的端部和該鐘形構件的該摩擦內圓柱表面的干涉(interference)，而造成其干擾(jamming)。
根據本發明的同步器的主要優點在於藉由確保作為附加特徵之可利用獨立於嚙合的齒輪且獨立於馬達狀態(regime)的耗盡煞車影響(exhaust brake effect)之事實，而可在任何時刻選擇各齒輪。
1:鐘形構件
2:支撐元件
3:蹄形板
4:接合臂
5:小齒輪
6:第一齒條
6':冠齒輪
7:滾子軸承
8:主軸
9:磁鐵
10:電繞組
11:印刷電路板
12:電動馬達
13:定子
14:轉子
15:溝槽輪廓
16:襯
18:摩擦內圓柱表面
19:第二齒條
20:同步器
21:卡特件
22:突出座
23:銷
本發明將根據其一些較佳實施例而說明如後，該些實施例係藉由示例方法而提供且參照所附圖式但 並非用於限制性目的，其中：圖1表示根據本發明的第一同步器之例的軸測圖(axonometric view)；圖2表示圖1的同步器的縱剖面；圖3表示根據圖2的A-A截面之圖1中的同步器的第一橫向部分截面(cross and partial section)；圖4表示根據圖2的B-B截面之圖1中的同步器的第二完整橫向截面；圖5表示對應圖3的截面之根據本發明第二同步器實施例的完整橫向截面；及圖6表示圖5的同步器的爆炸軸測圖。
參照圖1至圖4，根據本發明的同步器係整體標示為20。
其包括主軸8，支撐元件2和插入其間的滾子軸承7被裝配於主軸8上，且同步器的鐘形構件1與之重疊。因此，支撐元件2係旋轉裝配於主軸上。
支撐元件2具有從主軸8徑向延伸的板狀且其包含於鐘形構件1中，鐘形構件1具有摩擦內圓柱表面，和主軸8同軸。
參照圖3，第一齒條6設置於支撐元件2上，從其被牽引旋轉。小齒輪5嚙合於齒條上，順帶和形成於蹄形板3的內表面上的第二齒條19嚙合。其具有圓形輪 廓，在正常條件下和支撐元件2的外緣齊平(flush with)，其不會從支撐元件2突出。因此，由於其在正常條件下不會干涉鐘形構件1，其係外切且位於支撐元件2的外緣內。
蹄形板3具有伸長形狀且其具有一外表面，當其面向鐘形構件1的摩擦內圓柱表面18時如摩擦表面般動作。
該外表面包括一對襯(lining)16，其係藉由在蹄形板端部的適當材料製成之塗層所實施。其意味著在襯16上形成的兩個摩擦表面適於實施和鐘形構件1的摩擦內圓柱表面18的滑動摩擦，能夠減慢鐘形構件1相對於支撐元件2旋轉。
特別是，蹄形板3的任一摩擦表面可具有圓形形狀輪廓，其具有比鐘形構件1的摩擦內圓柱表面18更大的半徑，且由適當的摩擦材料製成，然而該材料為已知。
在正常條件下，當整個蹄形板3包含於支撐元件2內部時，形成於各襯16上的摩擦表面和鐘形構件1的摩擦內圓柱表面18並未接觸。
由於一對接合臂4，蹄形板3被支撐元件2所約束：接合臂4被鉸接於第一齒條6的端部且被鉸接於蹄形板3的端部，以與其形成接合四邊形，其接合臂4為桿。它們具有相距甚遠的配置且呈現比穿過旋轉軸旁邊的其接點的半徑更大的傾斜度。根據欲提供至摩擦系統的敏 感度，此傾斜度之值可包括於0°至20°之間。
請注意，事實上，藉由以特定角度在順時鐘方向和逆時鐘方向上皆移動其中一臂，蹄形板3呈現一不再跟隨支撐元件2的圓形輪廓之位置，但其其中一端部藉由干涉鐘形構件1的摩擦內圓柱表面18而從支撐元件2突出。
接合臂4的旋轉接著決定蹄形板3相對於其靜止位置(rest position)的移動，靜止位置係由作用於蹄形板3上的離心力所決定。
此偏移接著表示從平衡位置的偏差，且其可由將說明於後的用於移動蹄形板3的機構所造成。請注意，由於接合臂4的影響，蹄形板3必須跟隨預先定義的軌跡，其在接合臂4的兩個旋轉方向上皆造成蹄形板3和鐘形構件1的內圓柱摩擦表面的干涉。
在本例中，偏移可由小齒輪5的旋轉造成，其可藉由相對於和支撐元件2為一體的第一齒條6在第二齒條19上干預而橫向移動蹄形板3。
此小齒輪5將以如後所述之方法被致動旋轉，且第一齒條6構成用來橫向移動蹄形板3的該機構。
同步器20接著藉由使用不會依賴軸本身轉速的致動系統來允許從主軸8至鐘形構件1的動作傳動。亦即，該致動並不依賴一定的預定旋轉狀態(regime)的發生，但其可在任何時刻被控制。
此特別系統係速度傳動裝置的整合部，其藉 由確保作為附加特徵之可利用獨立於嚙合的齒輪且獨立於馬達狀態的耗盡煞車影響之事實，而可在任何時刻選擇各齒輪。
接著，在使用該同步器的速度傳動裝置中，藉由保持考慮數個操作參數且不僅藉由基於旋轉狀態，齒輪係被驅動件或伺服系統所選擇。
在此系統的平衡構造中，蹄形板3及第一齒條6以相同角速度旋轉，且即使放置其間的小齒輪亦以相同速度旋轉並相對於接合臂4維持在中間位置中。
然而，若其被控制旋轉，其能夠以行星配置來運作。
由於小齒輪5的軌跡不會沿著圓弧發展，在蹄形板3的內表面上及第一齒條6的齒輪廓應具有適當發展，並具有使蹄形板移動而不會造成小齒輪5的干擾之間隙。
同步器20包括耦接至鐘形構件1以創造實質上封閉空間的卡特件(carter)21。在卡特件21上，即在其內圓柱表面上，永久式的多個磁鐵9相對於驅動軸被徑向定位而設置。
卡特件更包含步進式的軸向流動電動馬達12，其被同軸組裝於主軸8且和其旋轉：其包括一者面向另一者之上的定子13和轉子14。溝槽輪廓15係設置於轉子14上，其將確保小齒輪5相對於主軸8的旋轉。
在此解決方案中，元件的轉速及相關正確定 位必須被精確知曉。速度及因此的旋轉角度係藉由使用磁感應而被偵測，該磁感應由多個磁鐵9所產生，磁鐵9和卡特件21為一體，卡特件21亦包含電繞組10。
由於電繞組10中的磁感應的影響，其內部將產生交流電。
卡特件21最後包含印刷電路板11，其中一些構件被實施，如對電動馬達12(步進馬達)供應電源所需的電流進行適當整流及模組化的AC/DC轉換器，及響應信號以控制電動馬達12的轉子14的旋轉之遠端遙控的致動系統。
該旋轉造成小齒輪5的偏移且因而其將使由蹄形板3、第一齒條6、及接合臂4所形成的接合四邊形旋轉。此旋轉將使蹄形板3接近鐘形構件1的內表面，且最後同步化。
需注意在鐘形構件1和蹄形板3之間的徑向接觸力(該力被需要以傳動被要求之此對構件)並非藉由電動馬達12經由小齒輪5而被提供，而係僅源自系統自身的幾何形狀，其接著將被設為適當尺寸以確保自動干擾的效果，然而避免過於突然的摩擦影響或未預期的鎖定現象。
因而，此解決方案可藉由以適當尺寸之力及扭矩驅動傳動元件而傳動馬達，特別是具有小尺寸的馬達(如用於機車的馬達)所產生的扭矩，其係足以旋轉小齒輪5以產生蹄形板3和鐘形構件1之間的干擾之力。
最後，需注意小齒輪5在兩個方向上皆能夠旋轉，並由電動馬達12以如下方式控制：連蹄形板3在兩個方向上皆能橫向位移，且在面向鐘形構件1的內表面之表面上，其將裝設有領導輪廓，即適當的襯，可在兩個方向上皆發展摩擦，其係用於順時鐘旋轉和逆時鐘旋轉兩者的運作。
在組裝於步進馬達中的印刷電路板上直接實行電力供給與控制的此種解決方案，可就佈局及可靠性而言以合理的簡化而減少任何滑動接觸。然而，來自驅動件及從動控制單元兩者的致動信號可簡單地被傳遞至步進馬達。
然而，其意指步進馬達係一可能解決方案，使小齒輪5旋轉及/或傾斜接合臂4，以造成蹄形板3的側向移動。
以下將參照圖5及圖6來說明根據本發明的同步器的第二實施例，其包括一些機構上的變形，但並未改變其相較於如前所述的運作。在這方面，均等構件及/或發揮相同功能的構件保持相同標號。
此新例子的同步器20包括主軸8，其上旋轉組裝有支撐元件2。
支撐元件2具有從主軸8徑向延伸的板狀且其包含於鐘形構件1中，鐘形構件1具有摩擦內圓柱表面18，和主軸8同軸。
支撐元件2包括冠齒輪6’，其被組裝以在主 軸8上旋轉並因而被牽引。一對小齒輪5和冠齒輪6’嚙合，且順帶和形成於各蹄形板3上的第二齒條19(外齒條)嚙合，蹄形板3順帶具有圓形輪廓，其在正常條件下外切並包含於支撐元件2外緣內，因而其在正常條件下無法干涉鐘形構件1。
各蹄形板3具有伸長形狀且其具有一外表面以作為摩擦表面，因而其面向鐘形構件1的摩擦內圓柱表面18。該外表面包括一對襯16，其係藉由在蹄形板端部的適當材料製成之塗層所實施。
其意味著在襯16上形成的兩個摩擦表面適於實施和鐘形構件1的摩擦內圓柱表面18的滑動摩擦，如前所述參照第一實施例。由於一對接合臂4，蹄形板3被支撐元件2所約束：接合臂4被鉸接於具有適當突出座22的支撐元件2，突出座22可接收接合臂4的對應的銷23。
藉由以一定角度在順時鐘方向及逆時鐘方向上皆偏移其中一臂，蹄形板3呈現一不會再跟隨支撐元件2的外圓形輪廓的位置，但其一端藉由干涉鐘形構件1的摩擦內圓柱表面18而從支撐元件2突出。
接合臂4的旋轉接著決定側蹄形板3相較於其靜止位置的移動，靜止位置係由作用於蹄形板3上的離心力所決定。
此偏移接著表示從平衡位置的偏差，且其可由將說明於後的用於移動蹄形板3的機構所造成。請注 意，由於接合臂4的影響，蹄形板3必須跟隨預先定義的軌跡，其在接合臂4的兩個旋轉方向上皆造成蹄形板3和鐘形構件1的內圓柱摩擦表面的干涉。
在本例中，偏移可由小齒輪5的旋轉造成，其可藉由相對於和支撐元件2為一體的冠齒輪6’在第二齒條19上干預而橫向移動蹄形板3。
此小齒輪5將以如後所述之方法被致動旋轉，且冠齒輪6’構成用來橫向移動蹄形板3的該機構。
同步器20接著藉由使用不會依賴軸本身轉速的致動系統來允許從主軸8至鐘形構件1的動作傳動。亦即，該致動並不依賴一定的預定旋轉狀態的發生，但其可在任何時刻被控制。
同步器20包括耦接至鐘形構件1的卡特件，永久式的多個磁鐵9被組裝且相對於驅動軸被徑向地定位於其上，且其亦包含適當電繞組10。由於電繞組10中的磁感應的影響，其內部將產生交流電。
卡特件更包含步進式的電動馬達，其被同軸組裝於主軸8，完全類似於參照之前實施例所述的馬達。
對於如上所述的同步器，本領域技術人員就滿足額外及偶發的需求之目的而言，可進行一些附加的改進及變形，然而其全部係如所附申請專利範圍定義而皆在本發明的保護範疇內。
2:支撐元件
3:蹄形板
5:小齒輪
6:第一齒條
7:滾子軸承
8:主軸
9:磁鐵
10:電繞組
11:印刷電路板
12:電動馬達
13:定子
14:轉子
15:溝槽輪廓

Claims (9)

  1. 一種同步器(20)，用於被用在交通工具的傳動裝置，該交通工具特別是電動交通工具，該同步器(20)包括：主軸(8)；鐘形構件(1)，組裝於該主軸(8)上，在內部具有摩擦內圓柱表面(18)；支撐元件(2)，旋轉安裝於該主軸(8)上且裝設於該鐘形構件(1)內；至少一蹄形板(3)，具有位於該支撐元件(2)的外緣內且面向該鐘形構件(1)的該摩擦內圓柱表面(18)的摩擦輪廓，藉由一對之接合臂(4)而以鉸接四邊形連桿構造接合於該支撐元件(2)；以及用於移動該蹄形板(3)之機構，其中在順時針和逆時針方向上皆旋轉該接合臂(4)，造成該蹄形板(3)之突出部在該支撐元件(2)的該外緣之上，且造成該蹄形板(3)的端部和該鐘形構件(1)的該摩擦內圓柱表面(18)的干涉，而造成其干擾。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之同步器(20)，其中該支撐元件(2)係藉由滾子軸承(7)而被組裝於該主軸(8)上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之同步器(20)，其中在該支撐元件(2)上設置有第一齒條(6)，且在該蹄形板(3)相反於其摩擦表面的面上形成有第二齒條 (19)，小齒輪(5)係嚙合於其間，該接合臂(4)被鉸接於該第一齒條(6)的各端部且被鉸接於該蹄形板(3)的該端部，以形成相距很遠且實質上為徑向的配置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之同步器(20)，其中在該支撐元件(2)上係和冠齒輪(6’)為一體，而在該蹄形板(3)相反於其摩擦表面的面上形成有第二齒條(19)，小齒輪(5)係嚙合於其間，該接合臂(4)被鉸接於該支撐元件(2)且被鉸接於該蹄形板(3)的該端部，以形成相距很遠且實質上為徑向的配置。
  5. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之同步器(20)，其中該接合臂(4)具有比穿過旋轉軸旁邊的其接點的半徑更大的傾斜度，該傾斜度的值包括於0°至20°之間。
  6. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之同步器(20)，其中用於移動該蹄形板(3)之該機構包括該小齒輪(5)，其被控制相對於該蹄形板(3)及相對於該主軸(8)的旋轉。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之同步器(20)，包括卡特件(21)，其被耦合至該鐘形構件(1)，且永久式的多個磁鐵(9)被組裝且相對於驅動軸被徑向地定位於其上，且包括電繞組(10)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之同步器(20)，包括步進式的電動馬達(12)，其被同軸組裝於該主軸(8)且和其旋轉，具有一者面向另一者之上的定子 (13)和轉子(14)，該轉子(14)被連接至用於移動該蹄形板(3)之該機構。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之同步器(20)，其中該電動馬達(12)包含印刷電路板(11)，其中AC/DC轉換器及遠端遙控的致動系統被實施，該系統能夠響應信號以控制該電動馬達(12)的該轉子(14)的旋轉。
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