具有顺应性机构的螺线管致动式锁定掣爪

技术领域

本发明涉及用于在汽车驱动系统中使用的具有运动顺应性机构的螺线管致动式锁定掣爪装置。

背景技术

汽车利用驱动和发动机系统，该驱动和发动机系统通常涉及使用旋转齿轮或毂，该旋转齿轮或毂有助于将旋转运动转换成车辆的线性运动。通常在传输部件中或有时在发动机轴本身上发现这些毂。现今许多电动车辆也利用毂作为马达和传输元件的一部分。需要在不同的条件期间选择性地将毂锁定和解锁。毂具有由齿隙分开的齿。将毂锁定和解锁以防止旋转的一个方式是通过选择性地将楔形件移动到齿隙中以锁定毂在所有方向上的旋转。这种锁定机构占用了大量空间，因为这种锁定机构可能需要庞大的致动器或楔形机构。本发明的目的是提供了利用线性致动器比如螺线管致动器的较小装置。然而，螺线管致动器在其自由地移动通过整个运动行程而不停止时工作最佳，这可能损坏或磨损致动器。因此，本发明的另一目的是在致动器的轴之间提供运动顺应性特征，该运动顺应性特征在锁定部件不能完全接合时在锁定部件上维持力，而且还允许线性致动器移动通过其完整的运动行程。

发明内容

本发明涉及一种用于与各种汽车装置一起使用的具有运动顺应性机构的锁定掣爪装置，该锁定掣爪装置包括具有多个齿的旋转毂。旋转毂包括在多个齿中的每对相邻齿之间的齿隙。还提供了一种掣爪，该掣爪能够在该掣爪不与旋转毂接触的断开接合位置、掣爪与旋转毂接触的接合位置以及位于断开接合位置与接合位置之间的中间位置之间移动。锁定凸轮与掣爪接触并且在断开接合位置、接合位置与抵靠掣爪的中间位置之间移动。还提供了一种能够与锁定凸轮接合的致动器。致动器在缩回位置与伸出位置之间移动，由此致使锁定凸轮使掣爪在中间位置、断开接合位置和接合位置之间移动。

附图说明

通过详细描述和附图将更加全面地理解本发明，在附图中：

图1是被示出为处于断开接合位置的具有运动顺应性机构的致动式锁定掣爪装置的示意性侧视平面图。

图2是被示出为处于接合位置的具有运动顺应性机构的致动式锁定掣爪装置的示意性侧视平面图。

图3是被示出为处于接合位置的具有运动顺应性机构的致动式锁定掣爪装置的放大的示意性底部立体图。

图4是被示出为处于中间位置的具有运动顺应性机构的致动式锁定掣爪装置的放大的示意性底部立体图。

图5示出了根据本发明的第二实施方式的处于接合位置的具有U形掣爪的致动式锁定掣爪装置的放大横截面侧视平面图。

图6示出了根据本发明的第二实施方式的处于接合位置的具有U形掣爪的致动式锁定掣爪装置的放大横截面侧视平面图。

图7示出了根据本发明的第二实施方式的另一方面的具有U形掣爪且具有运动顺应性机构的致动式锁定掣爪装置的放大横截面侧视平面图。

图8示出了壳体的放大端部立体图，该壳体包含根据本发明的第二实施方式的具有U形掣爪的致动式锁定掣爪装置。

图9是运动顺应性机构的替代实施方式的横截面侧视图。

图10描绘了根据本发明的第三实施方式的处于夹持位置的顺应性掣爪的放大横截面侧视平面图。

图11描绘了根据本发明的第三实施方式的处于棘齿位置的顺应性掣爪的放大横截面侧视平面图。

图12描绘了根据本发明的第三实施方式的处于接合位置的顺应性掣爪的放大横截面平面图。

图13是根据本发明的第三实施方式的两件式掣爪的侧视平面图。

具体实施方式

优选实施方式的以下描述本质上仅是示例性的并且决不意在限制本发明、本发明的应用或用途。

现在参照图1至图4，示出了具有运动顺应性机构12的致动式锁定掣爪装置10。致动式锁定掣爪装置10通常与汽车系统一起使用，并且可以实现在很多不同的区域、比如但不限于变速器、停车制动器、电动马达、电动车辆动力系、安全带、诸如行李箱、引擎盖、门和窗户之类的车辆封闭件和可转换的致动器上。致动式锁定掣爪装置10包括毂14，该毂14是可以沿顺时针方向或逆时针方向旋转的双向旋转毂，然而在一些应用中，毂14仅构造成沿单个方向旋转。

毂14具有多个齿16，所述多个齿由在附图中示出的、在所述多个齿16的中的一对相邻的齿A、B之间的齿隙18分开。虽然仅单个齿隙被标记，但是应该理解的是存在将毂14上的每个相邻齿分隔的齿隙。齿隙18(以及毂14上的所有齿隙)包括前齿轮廓20和后齿轮廓22。

靠近毂14的是连接至柱26并且能绕柱26旋转的掣爪24。掣爪24能够在图1中所示的断开接合位置、图2中所示的接合位置以及图3中所示的位于断开接合位置与接合位置之间的中间位置之间移动或旋转，在断开接合位置中，掣爪24不与毂14接合，在接合位置中，掣爪24与毂接合并且部分地定位在一个齿隙18内，在中间位置中，掣爪24与毂14接触但不在任何齿隙中。掣爪24由连接在掣爪24的本体与基础部(例如，壳体、柱或一些其他静止表面)之间的弹簧28以旋转的方式偏置，以将掣爪24偏置至断开接合位置。

在图1至图4中所示的实施方式中，毂14双向旋转成使得当掣爪24处于接合位置时，希望使掣爪24的头部30与一个齿隙19紧密地配合，以便掣爪24防止毂14旋转。掣爪头部30具有前掣爪轮廓32和后掣爪轮廓34，其中，后掣爪轮廓34具有与每个齿隙18的后齿轮廓22匹配的形状。掣爪头部30的前掣爪轮廓32与每个齿隙18的前齿轮廓20匹配使得掣爪头部30紧密地配合到齿隙18中以防止毂14的任何后冲(backlash)。为了防止毂14的任何运动，无论由于后冲还是其他因素，所有多个齿16的每个前齿轮廓20具有第一深度角度或斜率并且所有多个齿16的每个后齿轮廓22具有第二深度角度或斜率，使得第一深度角度与第二深度角度不同。第一深度角度与第二深度角度的差的原因是毂14的接合半径以及掣爪头部30接触毂14的情况不同且要求前齿轮廓20和后齿轮廓22不同、并且具有不同的深度角度以确保掣爪头部30正确地坐置在径向地移动的齿隙中。换句话说，由于毂14旋转的方式以及掣爪头部30在任何给定的齿隙18中进行接触的方式，在前齿轮廓20和后齿轮廓22上需要不同的角度。根据致动式锁定掣爪装置10的设计，前齿轮廓20的第一深度角度和后齿轮廓22的第二深度角度将取决于若干因素，这些若干因素选自下述组中、包括：双向旋转毂14的直径、所述多个齿的数目、齿隙的深度和掣爪头部的接合的角度和位置。

致动式锁定掣爪装置10还包括锁定凸轮36，该锁定凸轮36具有与掣爪24接触的表面38。锁定凸轮36以可旋转的方式连接至柱40，并且锁定凸轮36在图1所示的断开接合位置、图2至图3中所示的接合位置以及图4中所示的位于断开接合位置与接合位置之间的中间位置之间移动。锁定凸轮36用作为用于在致动器42与掣爪24之间传递力的中间件。弹簧44围绕柱40连接并且连接在锁定凸轮36与基础部(例如，壳体、柱或其他静止表面)之间，并且弹簧44在致动器42未作用在锁定凸轮36上时将锁定凸轮朝向断开接合位置偏置。

致动器42连接至锁定凸轮36并且在如图1所示的缩回位置与图2至图4中所示的伸出位置之间移动。在本发明的优选实施方式中，致动器42是线性致动器并且在附图中描绘为螺线管致动器。尽管示出了螺线管致动器，但使用比如选自包括下述各者的组的其他线性致动器在本发明的范围内：螺线管致动器、螺杆致动器、凸轮致动器、液压活塞致动器、气动缸致动器和线性伺服致动器。致动器42具有轴46，该轴46在缩回位置与伸出位置之间线性地移动。轴46与锁定凸轮36上的孔口48对准，其中，轴46在锁定凸轮处于如图4所示的中间位置并且不能移动至如图3所示的接合位置时将移动通过孔口48至接合位置，这在掣爪头部30不能移动到齿隙18中并且与毂14的多个齿16中的一个齿接触时发生。这通过允许致动器42移动通过整个运动范围而保护致动器42免受损坏或磨损，即使在掣爪24的整个运动被阻挡时也是如此。

致动式锁定掣爪装置10还包括连接在致动器42与锁定凸轮36之间的运动顺应性机构50，该运动顺应性机构50允许致动器42在锁定凸轮36不能移动超过中间位置时移动至伸出位置。运动顺应性机构在锁定凸轮36上维持力，直到毂14由于运动顺应性机构50施加的力而移动至下述位置为止：在该位置中，掣爪头部30移动至接合位置并且锁定凸轮36移动至接合位置。

如图3和图4中最佳地示出，运动顺应性机构50包括压缩弹簧52，该压缩弹簧设置成围绕轴46并且保持在固定至轴46的上垫圈54与能够在轴46上滑动的下垫圈56之间，使得如果锁定凸轮36不能移动超过中间位置，轴46将滑动通过下垫圈56并且通过锁定凸轮36中的孔口48以允许轴46移动至伸出位置。当发生这种情况时，压缩弹簧52将在上垫圈54与抵靠锁定凸轮36的下垫圈56之间被压缩以便提供力。如所示的，下垫圈56具有接触压缩弹簧52的平坦表面，然而，具有与锁定凸轮36接触的平坦面或锥形/球形面在本发明的范围内。使用锥形/球形形状的优点是：除了锥形面相较于平坦垫圈提供了更平滑的运动以外，随着其在锥形/球形表面与锁定凸轮36之间的表面上滚动，在锥形/球形表面与锁定凸轮36之间将存在更多的接触区域。运动顺应机构50的使用允许更紧凑且有效的致动器、比如将被使用的螺线管致动器，同时通过允许螺线管致动器移动通过其在伸出位置与缩回位置之间的整个行程而保护螺线管致动器，而不存在轴46抵靠锁定凸轮36的不希望的撞击，该不希望的撞击可能会损坏或减少致动器42的操作寿命。

现在参照图9，存在示出了运动顺应性机构58的替代实施方式，该运动顺应性机构58是图3至图4所示的运动顺应性机构50的替代装置。在本发明的这种实施方式中，存在螺线管致动器60，该螺线管致动器60包括：线性可移动的电枢62，该线性可移动的电枢62具有上弹簧坐置表面64；和轴66，该轴66从上弹簧坐置表面64延伸远离电枢62。电枢62和轴66在缩回位置与伸出位置之间线性地移动。

运动顺应性机构58包括柱塞68，该柱塞68接触锁定凸轮36，并且柱塞68由于锁定凸轮36在如图1至图4所示的断开接合位置、接合位置和中间位置之间移动的运动而在接合位置、断开接合位置以及在接合位置与断开接合位置之间的中间位置之间移动。柱塞68具有带有深度的盲孔70，以用于在螺线管致动器60在伸出位置与缩回位置之间移动时接纳螺线管致动器60的轴66的一部分。压缩弹簧72设置成围绕轴66，并且保持在电枢62上的上弹簧坐置表面64与柱塞68上的下弹簧坐置表面74之间。当柱塞68不能移动超过中间位置时，轴66将进一步滑动到柱塞68的盲孔70中，从而允许轴66移动至伸出位置，并且压缩弹簧72在上弹簧坐置表面64朝向下弹簧坐置表面74移动时被压缩并使压缩弹簧72提供在柱塞68上的力。该力在锁定凸轮36因如上面关于图1至图4所描述的毂14旋转而使掣爪头部30移动到齿隙18中而能够移动至接合位置时释放。

现在参照图5至图8，示出了本发明的替代实施方式，并且锁定掣爪装置100具有U形掣爪102。一个环境中的致动式锁定掣爪装置100用于发动机启动的位置并且接合传统的启动器齿轮。然而，锁定掣爪装置100与包括如以上关于图1至图4所描述的双向旋转毂的其他应用一起使用在本发明的范围内。致动式锁定掣爪装置包括毂104，该毂104是具有多个齿106和多个齿隙108的旋转毂。在本发明的这种实施方式中，所述多个齿106中的每个齿的轮廓在两个侧翼上都是相同的，因此，在如以上关于图1至图4所描述的前齿轮廓与后齿轮廓之间没有差异。多个齿106中的每一齿由多个齿隙108中的一个齿隙分隔开，使得在多个齿106中的每对相邻的齿A’、B’之间。

致动式锁定掣爪装置100包括壳体110，该壳体110具有两个相对的掣爪安装位置112、112’。U形掣爪102具有第一接合臂114和第二接合臂116，第一接合臂114和第二接合臂116两者连接至包含枢轴120、120’的本体部段118，枢轴120、120’用于将U形掣爪102枢转地连接至壳体110内的两个相对的掣爪安装位置112、112’中的一个位置。枢轴120、120’是放置在安装位置112、112’中一者中或位于安装位置112、112’中的一者处的柱。U形掣爪102能够在断开接合位置、接合位置与中间位置之间旋转，在断开接合位置中，第二接合臂116不与旋转毂104接触，在接合位置中，第二接合臂116部分地定位在多个齿隙108的一个齿隙中，在中间位置中，第二接合臂116与多个齿106中的一个或更多个齿接触并且不定位在多个齿隙108中的任何一个齿隙中。

致动器122连接至壳体110并且具有在伸出位置与缩回位置之间移动的轴124。轴124在移动至伸出位置时与U形掣爪102的第一接合臂114接触，并使U形掣爪102从断开接合位置旋转至接合位置。在轴124移动至缩回位置时，轴124移动远离第一接合臂114并且不接触第一接合臂114。偏置元件126(如图8中所示)、比如弹簧连接在U形掣爪102与基础部(例如，壳体110、枢轴120或其他静止结构)之间，以将U形掣爪102偏置成枢转至断开接合位置。

现在参照图6，说明了U形掣爪102的可逆方面。如所示的，U形掣爪102已经从掣爪安装位置112移动至掣爪安装位置112’。这允许U形掣爪102将沿图5中所示的相反方向旋转的毂104’锁定。在图5中，毂104沿顺时针方向旋转，而在图6中，毂104’沿逆时针方向旋转。同样，移动U形掣爪102改变取向使得在图6中第一接合臂114与毂104接触，同时第二接合臂116与致动器122的轴124接触。

图8示出了壳体110的端视图，其中，U形掣爪102位于壳体110中。壳体110具有两个凹口128、128’，这两个凹口128、128’可以根据所使用的掣爪安装位置112、112’来容纳弹簧126的接基础部的一部分。而且，第一接合臂114具有宽度130，该宽度130比第二接合臂116的宽度132宽。其原因在于，因为轴124的位置使得相等宽度是不必要，较小宽度的130是可能的。这提供了由当前实施方式提供的附加的重量节省和成本节省。

参照图7的另一实施方式，致动式锁定掣爪装置100’具有运动顺应性机构134。运动顺应性机构134具有弹簧140，该弹簧140定位成围绕致动器122’的轴124’。弹簧140由弹簧坐置部136和在轴124上滑动的垫圈138保持在轴124’上。垫圈138在致动器122’移动至伸出位置时与U形掣爪102’接触。如果U形掣爪102’不能移动至接合位置，则轴124将滑动通过U形掣爪102’中的孔口139并移动至伸出位置，从而允许运动顺应性机构134以与图1至图4中描述的运动顺应性机构12类似的方式在U形掣爪102’上维持力。

图10至图12描绘了根据本发明第三实施方式的致动式锁定掣爪装置200的放大的横截面侧视平面图。该实施方式与以上图5至图8中所示的那些类似、利用相同的壳体110、枢轴120’、掣爪安装位置112、112’、致动器122’和轴124’，因此来自图5至图8的相似的附图标记已经被携带并使用在图10至图12中。致动式锁定掣爪装置200具有两件式掣爪202，该掣爪202在图10中所示的断开接合位置、图12所示的接合位置与图11中所示的棘齿位置之间移动，所有位置相对于能够旋转的齿轮224。预期本发明中的齿轮224是发动机制动系统的一部分，然而，可以在以上描述的其他系统中使用致动式锁定掣爪装置200。

两件式掣爪202具有底部钳口204和上部钳口206，底部钳口204和上部钳口206两者以枢转的方式安装至枢轴120，该枢轴120连接至壳体110上的掣爪安装位置112、112’中的一者。上部钳口206具有上坐置部210并且底部钳口204具有下坐置部212。顺应弹簧214定位在上坐置部210与下坐置部212之间，并且将底部钳口204和上部钳口206偏置成彼此远离。而且，如图13中最佳地示出，上部钳口206具有上止动部221和下止动部222，底部钳口204在上止动部221与下止动部222之间枢转。上止动部221和下止动部222防止底部钳口204和上部钳口206打开超过顺应弹簧214的未压缩长度，或者防止将顺应弹簧214压缩太多以致顺应弹簧变成刚性或损坏的程度。这将使得两件式掣爪202在其最大延伸或塌缩的状态下的整体高度是已知的，同时还允许在组装车间中处理两件式掣爪202的组装，其中，两件式掣爪202在不存在止动部的情况下在组装期间不太可能脱落。

致动式锁定掣爪装置200还包括致动器122’，在该实施方式中该致动器122’是连接至壳体110的具有轴124’的螺线管，该轴124’延伸到壳体110中并且与两件式掣爪202的底部钳口204接触。两件式掣爪202的底部钳口204具有半径部216，该半径部216与轴124上的轴半径部218接触，以提供在致动器122’与底部钳口204之间的平滑运动。围绕枢轴120’定位的是复位弹簧220，该复位弹簧220连接在底部钳口204与壳体110之间。复位弹簧220在轴124’移动至缩回位置时将底部钳口204移动成与形成在上部钳口206上的下止动部板222接触，以便使整个两件式掣爪202移动至夹持(tuck)位置。

在图10至图12中示出了致动式锁定掣爪装置200的操作。在图10中，轴124’移动至缩回位置，并且两件式掣爪202通过复位弹簧220的偏置而枢转至嵌套位置，如图10中所示。轴半径部218可以与轴124’的半径部216接触或者可以缩回至未发生接触的点位。

为了部署致动式锁定掣爪装置200，操作致动器122，并且轴124的轴半径部218向上移动，并且(在尚未接触的情况下)接触底部钳口204的半径部216并在底部钳口204的半径部216上提供力。这推动顺应弹簧214，该顺应弹簧214将向上的力传递至上部钳口206，从而使得具有上部钳口206的整个两件式掣爪202朝向齿轮224向上移动。如果在两件式掣爪202的上部钳口206与齿轮224接触时齿轮224以高的每分钟转数旋转，上部钳口206将朝向底部钳口204向下偏转并且顺应弹簧214将上部钳口206向上推回，从而在上部钳口206通过正在移动的齿轮224的运动和顺应弹簧214的力被来回推动时产生棘齿模式。在图11中示出了棘齿模式。棘齿模式由于致动力高于棘齿力并且线圈弹簧力低于致动器力而发生。如果齿轮224减慢足够以使上部钳口206与齿轮224上的齿(如图12中所示)接合，则上部钳口206将锁定齿轮224锁定就位，并且扭矩负载将通过上部钳口206传递到两件式掣爪202所坐置的壳体110的凹状部的背部中。当致动器122被断电并且齿轮上没有扭矩负载时，两件式支柱202由于通过在壳体110与底部钳口204之间作用的复位弹簧220提供的力将被夹持在壳体110中。棘齿模式将保持发生，直到轴124如图10中所示返回至断开接合位置为止或直到齿轮224减慢足以使得上部钳口206如图12中所示接合齿并且将齿轮225锁定防止运动为止。

本发明的描述在本质上仅是示例性的，并且因此，不背离本发明的要旨的变型意在落入本发明的范围内。这些变型不应被视为背离本发明的精神和范围。