专利名称：永磁体绕簧离合器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及绕簧离合器的领域。
背景技术：
绕簧离合器(wrap spring clutch)在现有技术中已熟知，且以多种形式用于传递 旋转轴动力。如在图1中图示，绕簧离合器1的基本设计涉及围绕两个轴(或毂)的螺旋 弹簧3，以在弹簧卷绕在两个轴上时将转矩从输入或主动轴5通过弹簧传递到输出或从动 轴7。通常，弹簧在一端上固定到轴其中的一个。当离合器被激活时，弹簧的未固定的端部 接附到另一个轴并且被旋转直至弹簧卷绕在两个轴上，因此允许转矩从一个轴传递到另一 个轴。绕簧离合器可通过多种方式激活。美国专利6，247, 569描述了通常称为标准逻辑 绕簧离合器的一个设备。在标准逻辑绕簧离合器中，弹簧的静止或自由内径略大于轴的外 径，使得在不存在一些形式的接合动作时，弹簧的自由端不夹紧其相应轴，且离合器不在轴 之间传递转矩。因此，当无动力提供到标准逻辑绕簧离合器时，没有转矩通过离合器传递。 为接合美国专利6，247, 569的标准逻辑绕簧离合器，使用电磁体以将弹簧的自由端与驱动 轴连接，因此导致弹簧卷绕在两个轴上。此设计的标准逻辑绕簧离合器要求电力以传递转 矩，这在一些应用中是缺点。也已知了反向逻辑绕簧离合器。在反向逻辑绕簧离合器中，螺旋弹簧的静止或自 由内径略微小于轴的外径，使得在不存在一些形式的分离动作时，两个轴被弹簧夹紧且转 矩通过离合器传递。因此，反向逻辑绕簧离合器设计消除了为传递转矩而对电力的需求。 为将反向逻辑绕簧离合器分离，施加电力以磁性地将连接到弹簧的输入端的控制圈拉靠在 离合器壳体上，因此导致在从动轴继续旋转时弹簧展开，最终导致弹簧内径增加得足够大 以使得两个轴相互分离。然而，此设计的操作要求在旋转的从动轴中存在充分程度的动量 以将弹簧展开。对于低速应用或当存在低动量的从动载荷或高的输出阻力程度时，从动轴 的继续运动可能不足以完全使弹簧展开。离合器的这样的不完全分离能导致装置的过度磨 损、生热和过早失效。
本发明在下文中参考附图解释。图1是现有技术的绕簧离合器的透视图。图2是根据本发明的一个实施例的绕簧离合器的横截面视图。图3是根据本发明的第二实施例的绕簧离合器的部分横截面视图。
具体实施例方式本发明提供了一种绕簧离合器，所述绕簧离合器为传递转矩不要求电力，而同时 即使在输出处动量很小或阻力高的应用中也保证了输出从输入的完全分离。在绕簧离合器设计中，特征的此组合至今尚不可获得。本发明提供了新颖的螺旋弹簧接合设备，所述螺旋 弹簧接合设备合并了永磁体和电磁体用于选择地推动可移动的控制圈进入与离合器输入 摩擦接合和使其脱离与离合器输入的摩擦接合。施加到控制圈的摩擦力提供了卷绕螺旋弹 簧的能量，所述螺旋弹簧处于静止时尺寸略微比输入元件和输出元件的直径大。控制圈通 过永磁体的动力被推动进入摩擦接合，因此避免了引发离合器接合而对电力的需求。当电 磁体通电时，永磁体的磁力线被重新定向而离开控制圈，因此允许控制圈从离合器输入移 开。这消除了摩擦力且允许弹簧展开到其静止直径，因此将输入毂和输出毂解耦，且将离合 器分离。解耦动作仅取决于弹簧复原到其静止直径，且不取决于离合器输出的持续旋转，因 此保证了即使在输出处动量很小或阻力高的应用中的离合器的完全分离。本发明的绕簧离 合器在电力消耗必须被最小化且从动载荷具有相对低的动量和/或高阻力的应用中是特 别有用的。一个这样的应用是农业播种机中，其中多行相对轻质量、低速度的种子输送装置 必须以低动力消耗单独地被控制且进行安全的种子输送。图2是根据本发明的一个实施例的绕簧离合器10的横截面视图。提供了输入轴 12以从例如马达或涡轮机的动力源(未示出)接收轴旋转形式的机械能。输入轴12联接 到输入毂14和输入凸缘16，所述输入毂14和输入凸缘16都一起围绕旋转轴线18旋转。 轴12、毂14和凸缘16图示为结合在一起的分离零件，例如通过收缩配合结合；然而，在其 它实施例中，它们可整体地形成或具有不同的结构组合。这些特征可共同地或单独地被称 为输入元件20，且其它实施例中的输入元件可包括联接在一起的其它结构用于装置输入处 的一致旋转。输出毂22沿旋转轴线18布置在输入毂14附近。在图2的实施例中未示出输出 轴，但本领域一般技术人员可认识到输出轴或联接为与输出毂22 —致旋转的其它结构可 在多种实施例中使用，且可共同地或单独地称为输出元件对。输入元件20和输出元件M 分别被输入轴承28和输出轴承30支承以在离合器壳体沈内旋转。例如螺旋弹簧32的弹簧围绕输入毂14和输出毂22布置，且具有连接到输出毂22 以随之旋转的输出端34。弹簧32也具有附接到例如控制圈38的可移动控制元件的输入端 36。控制圈38围绕弹簧32且被弹簧径向约束，并且，在控制圈38被由弹簧施加的轴向力 略微约束的同时，所述控制圈38在平行于旋转轴线18的轴向方向上具有移动的自由度。永磁体40布置为靠近控制圈38的输入端。控制圈38由例如钢或任何含铁、镍、 钆的合金的铁磁材料或被朝向更大磁场的区域吸引的其它材料制成。永磁体40吸引控制 圈38且使控制圈38移向接合位置(即朝向永磁体40且向离合器10的输入端)，在此处 控制圈38变成与磁极46摩擦接合。磁极46、永磁体40和输入凸缘16都接合以一起随输 入毂14旋转，且可考虑为是输入元件20的部分，尽管在其它实施例中永磁体不必须是旋转 部件。弹簧32的内径在静止状态下略微大于输入毂14和输出毂22的外径。然而，当控制 圈38与磁极46变成摩擦接合时，控制圈38将随输入元件22旋转，因此导致弹簧32卷绕 在输入毂14和输出毂22上，且在其间传递转矩以接合离合器10。因此，可认为本发明的永 磁体绕簧离合器10可传递转矩而不需供给任何电力到离合器10。永磁体40可由现有技术中已知的任何材料制成，例如稀土材料。稀土材料已知为 脆性的且不特别好地适合用于摩擦力，因此本发明的实施例可包括接触结构，所述接触结 构随输入元件旋转且位于永磁体和控制元件之间。在图2的实施例中，磁极46用作这样的接触结构，且也是作用为聚集由永磁体40生成的磁场以通过控制圈38的结构其中之一。在 图2的实施例中，由永磁体40生成的磁场趋向于通过磁极46、控制圈38、端部元件48、离合 器壳体沈和输入凸缘16，因此将可移动控制元件38向永磁体40吸引，并且进入到接合位 置。在各种实施例中，永磁体可以是单独的磁体或是多个分离的磁体，且可客户定制为特定 的几何形状或可以是标准的市场上可买到的形状。在一个实施例中，多个小的钮扣形磁体 可围绕离合器的圆周布置在环形形状的无磁材料制成的支架内。客户定制的磁体可成形为 至少部分地将其磁场聚集在希望的部位，且可使用各种聚集结构以进一步引导磁场以用于 任何特定的应用。离合器10也设有线圈44，所述线圈44可选择地被提供以电流。当引发电流通过 线圈44时，将生成磁场，所述磁场用于重新导向由永磁体40生成的磁场而离开控制圈38， 因此允许控制圈38从接合位置移动到分离位置(即移离永磁体40并且移向离合器10的 输出端)。在分离位置，控制圈38不再与磁极46摩擦接合，因此允许弹簧32展开以终止输 入毂14和输出毂22之间的转矩传递，以将离合器10分离。由加电的线圈44生成的磁场 将由永磁体40生成的磁场改向以一般地通过磁极46、分路42、离合器壳体沈和输入凸缘 16，因此不再足够强地吸引控制圈38以接合离合器10。因为弹簧32的内径在静止时大于 输入毂14和输出毂22的外径，所以仅弹簧22的展开即导致离合器10的完全分离，而不需 要输出元件M的任何进一步旋转。即使在输出元件M连接到低动量或高阻力的输出载荷 时，此特征也保证了离合器10的功能性。弹簧32在松弛状态时的轴向长度可选择为使得控制圈38被从磁极46拉开到分 离位置，以在控制圈38不受到永磁体40影响时(即当线圈44加电时)消除控制圈38和 磁极46之间的接触。当控制圈38受到永磁体40影响(即当线圈44不加电时)且移向接 合位置时，弹簧32轴向伸长一定程度。在此实施例中，永磁体40和控制圈38之间的吸引 必须足以使弹簧32伸长且提供控制圈38和磁极46的相对面之间的希望的量的力，以生成 周向定向的摩擦力，所述摩擦力足以导致弹簧32卷绕在输入毂14和输出毂22上以接合离 合器10。根据本发明的离合器提供了在现有技术的直接作用的绕簧离合器中可获得的确 定的分离，但根据本发明的离合器避免了现有技术的直接作用的绕簧离合器中存在的为传 递转矩而对电力的要求。此独特的功能性通过使用永磁体来促动弹簧卷绕动作来实现，所 述弹簧卷绕动作在直接作用的绕簧离合器中为传递转矩而要求。通过选择地将电线圈加 电，以使永磁体的磁场改向，使得所述磁场不再促动弹簧卷绕动作，本发明的离合器的分离 然后使用电力而完成。与要求输出元件的持续旋转运动以展开弹簧来分离离合器的现有技 术的反向作用绕簧离合器不同，本发明的离合器提供了仅通过弹簧到其静止直径的复原来 驱动的分离，而不存在抵消的促动力。如在此所使用，术语“卷绕”意味着弹簧直径小于“展开”时的弹簧直径；然而，术 语“缠绕”仅意味着弹簧直径从其静止(“松开”)状态被推动，使得弹簧可松开到比其静止 状态更小的直径或松开到比其静止状态更大的直径。在此方面，本发明也可利用在弹簧离 合器中，其中弹簧展开以接合离合器，如在图3的绕簧离合器50中的部分横截面视图中所 图示的。在此实施例中，弹簧52的外径的增加导致弹簧52接合附接到从动轴或驱动轴其 中一个的缸M的内径53。图3图示了处于分离状态的离合器50，其中弹簧处于其静止状态且不与缸M接触。除要求弹簧的径向膨胀接合离合器之外，此实施例的运行构思与以上 讨论的实施例相同。在此实施例中，永磁体用于促动通过离合器传递转矩所要求的弹簧展 开(缠绕)动作；且对于分离，电线圈被加电以将永磁体的磁场改向，使得所述磁场不再促 动弹簧的展开动作，因此允许弹簧复原到松开的较小的不再与周围的缸接触的静止直径。
本领域一般技术人员可认识到不同于图2的实施例的设备可在本发明的范围内 预见。例如，永磁体或多个磁体的位置和形状可变化，用于将永磁体的磁场聚集向控制圈的 结构也可变化。可取决于离合器组件的总体几何形状使用不同于图示的控制圈的可移动的 接合构件。弹簧可靠近任一端附着到输出元件(如所图示)或输入元件，且可靠近各相反端 附接到控制元件，因此导致弹簧在分离位置(如图示)时处于静止，或在分离位置中随输入 元件旋转。永磁体的位置可相应地选择，且可通过输入元件、输入元件或离合器壳体支承。 可以使用将永磁体的磁场改向或抵消效果的其它部件和技术以激活离合器的分离。虽然在 此已示出且描述了本发明的多种实施例，但将显见的是这样的实施例仅通过例子提供。可 不偏离本发明而做出多种变化、改变和替代。
权利要求
1.一种绕簧离合器，包括相互邻近定位的用于围绕共同的旋转轴线旋转的输入元件和输出元件； 围绕所述输入元件和所述输出元件的至少各自的部分的弹簧，且所述弹簧包括附接到 所述输出元件的输出端；邻近所述弹簧的输入端定位的永磁体；控制元件，所述控制元件附接到所述弹簧的所述输入端，且所述控制元件响应于由所 述永磁体生成的磁场以移动到与所述输入元件摩擦接合的接合位置，使得当所述输入元件 围绕旋转轴线旋转时，所述控制元件导致所述弹簧卷绕在所述输入元件和所述输出元件上 以在其间传递转矩；和线圈，所述线圈响应于通过所述线圈的选择地施加的电流以选择地将由所述永磁体生 成的磁场改向离开所述控制元件；所述控制元件响应于所述线圈内的电流的出现和对由所述永磁体生成的磁场的改向 而移动到分离位置，在所述分离位置处所述控制元件不再与所述输入元件摩擦地接合，以 允许所述弹簧展开以终止所述输入元件和输出元件之间的转矩传递。
2.根据权利要求1所述的绕簧离合器，其中所述永磁体附接成随所述输入元件旋转。
3.根据权利要求1所述的绕簧离合器，其中所述弹簧在松弛状态下的轴向长度使得当 所述线圈由电流加电时所述控制元件被从所述输入元件拉开以消除所述控制元件和所述 输入元件之间的接触。
4.根据权利要求1所述的绕簧离合器，其中所述输入元件包括所述永磁体和布置在所 述控制元件和所述永磁体之间的接触元件，所述控制元件在接合位置中摩擦接合所述接触 元件。
5.根据权利要求4所述的绕簧离合器，其中所述接触元件包括磁极元件，当所述线圈 不由电流加电时所述磁极元件有效地将由所述永磁体生成的磁场聚集，使磁场通过所述控 制元件。
6.根据权利要求5所述的绕簧离合器，进一步包括分路，当线圈由电流加电时所述分 路有效地将由所述永磁体生成的磁场改向离开所述控制元件。
7.一种绕簧离合器，包括布置为靠近输出元件以围绕共同的旋转轴线旋转的输入元件； 围绕所述输入元件的部分和所述输出元件的部分布置的螺旋弹簧，且所述螺旋弹簧附 着到所述输入元件和输出元件的第一个；控制元件，所述控制元件包括也附接到所述弹簧并且可在接合位置和分离位置之间轴 向移动的铁磁材料，在所述接合位置中，所述控制元件与所述输入元件和输出元件的第二 个摩擦接合以随之旋转，导致所述弹簧卷绕在所述输入元件和输出元件上，并且，在所述分 离位置中，所述控制元件不与所述输入元件和输出元件的所述第二个接合，因此允许所述 弹簧从所述输入元件和输出元件展开；生成将所述控制元件推动到接合位置的磁场的永磁体；和线圈，当加电时所述线圈生成磁场，有效地将由所述永磁体生成的磁场改向离开所述 控制元件，以允许所述控制元件移动到所述分离位置。
8.根据权利要求7所述的绕簧离合器，其中所述弹簧的输入端附接到所述控制元件且所述弹簧的输出端附接到所述输出元件，而所述控制元件当处于接合位置时与所述输入元 件摩擦接合。
9.一种绕簧离合器，包括布置为靠近输出元件以围绕共同的旋转轴线旋转的输入元件；围绕旋转轴线布置并附接到所述输入元件和输出元件的第一个的弹簧；所述弹簧定尺寸为在静止状态下不接合所述输入元件和输出元件的第二个，以分离其 间的转矩传递；附接到螺旋弹簧的控制元件；永磁体，所述永磁体生成磁场，用于将所述控制元件移向接合位置，在所述接合位置 中，所述控制元件摩擦接合所述输入元件和输出元件的所述第二个，使得当所述输入元件 围绕旋转轴线旋转时，所述控制元件缠绕所述弹簧以接合所述输入元件和输出元件，从而 在其间传递转矩；和线圈，所述线圈响应于通过所述线圈的选择地施加的电流以生成磁场，有效地将由所 述永磁体生成的磁场改向离开所述控制元件，以通过所述弹簧松开到静止状态而允许所述 控制元件移动成与所述输入元件和输出元件的所述第二个脱离接合，因此终止所述输入元 件和输出元件之间的转矩传递。
10.根据权利要求9所述的绕簧离合器，进一步包括所述弹簧包括附接到所述输出元件的输出端；所述控制元件附接到所述弹簧的输入端并且被永磁体的磁场移动成与所述输入元件 摩擦接合；和所述弹簧在静止状态下的内径大于所述输入元件的被围绕部分，使得在无电流通过所 述线圈的情况下所述输入元件旋转时，所述弹簧被缠绕以卷绕在所述输入元件和输出元件 上，从而在其间传递转矩。
11.根据权利要求10所述的绕簧离合器，其中所述永磁体附接成随所述输入元件旋转。
12.根据权利要求10所述的绕簧离合器，其中所述弹簧在松弛状态下的轴向长度使得 当所述线圈由电流加电时所述控制元件被从所述输入元件拉开以消除所述控制元件和所 述输入元件之间的接触。
13.根据权利要求10所述的绕簧离合器，其中所述输入元件包括所述永磁体和布置在 所述控制元件和所述永磁体之间的接触元件，所述控制元件在接合位置中摩擦接合所述接 触元件。
14.根据权利要求13所述的绕簧离合器，其中所述接触元件包括磁极元件，当所述线 圈不由电流加电时所述磁极元件有效地将由所述永磁体生成的磁场聚集，使磁场通过所述 控制元件。
15.根据权利要求14所述的绕簧离合器，进一步包括分路，当所述线圈由电流加电时 所述分路有效地将由所述永磁体生成的磁场改向离开所述控制元件。
16.根据权利要求9所述的绕簧离合器，进一步包括所述弹簧在静止状态下的外径小于所述输入元件和输出元件的所述第二个的被围绕 部分；其中当所述控制元件移动到接合位置时，所述弹簧被缠绕到更大的直径，使得所述弹 簧的外径接合所述输入元件和输出元件的所述第二个，以在其间传递转矩。
全文摘要
一种永磁体激活的绕簧离合器(10)。螺旋弹簧(32)围绕输入毂(14)和输出毂(22)，且选择地接合以卷绕在毂上用于传递转矩。在离合器的未通电的接合状态下，永磁体(40)将附接到弹簧的控制圈(38)吸引为与旋转的输入元件(20)摩擦接合。控制圈的旋转导致弹簧从其静止时略微超尺寸的直径卷绕以夹紧毂。在离合器的通电的分离状态下，加电的线圈(44)导致由永磁体生成的磁场从控制圈移开，因此移除了摩擦接合且允许弹簧展开。离合器提供了转矩传递而无需电力，且保证了与输出上的低动量或高阻力无关的完全分离。
文档编号F16D27/105GK102057178SQ200980121230
公开日2011年5月11日 申请日期2009年5月4日 优先权日2008年5月5日
发明者布赖恩·W·巴扎德 申请人:美国精密工业有限公司