包括非接触式线性感应位置传感器的耦合器和控制器组件
阅读说明：本技术 包括非接触式线性感应位置传感器的耦合器和控制器组件 (Coupler and controller assembly including a non-contact linear inductive position sensor ) 是由 瑞安·W·埃森马凯尔 于 2021-03-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种包括非接触式线性感应位置传感器的耦合器和控制器组件。该组件包括耦合器壳体和设置在耦合器壳体内并包括定子壳体的定子结构。转换器结构耦合至组件的耦合器构件从而与其一起绕旋转轴线旋转。传感器安装在其中一个壳体上。转换器结构包括由导电材料制成的耦合器元件。传感器被配置为产生磁场,以在导电材料中感生出涡电流。耦合器元件的运动改变了涡电流产生的磁场。传感器提供位置反馈信号用于车辆变速器控制。信号与转换器结构沿着旋转轴线的线性位置相关。(The present invention provides a coupler and controller assembly including a non-contact linear induction position sensor. The assembly includes a coupler housing and a stator structure disposed within the coupler housing and including a stator housing. The transducer structure is coupled to the coupler member of the assembly so as to rotate therewith about the axis of rotation. The sensor is mounted on one of the housings. The transducer structure includes a coupler element made of a conductive material. The sensor is configured to generate a magnetic field to induce eddy currents in the electrically conductive material. The movement of the coupler element changes the magnetic field generated by the eddy currents. The sensors provide position feedback signals for vehicle transmission control. The signal is related to the linear position of the transducer structure along the axis of rotation.)
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年3月31日提交的美国临时申请第63/002,458号的权益， 并要求2021年2月9日提交的美国申请第17/171,027号的优先权，这些申请 的公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及耦合器和控制器组件，它们各自都具有非接触式线性感 应位置传感器，并且尤其涉及使用线性感应位置传感器来感测转换器位置的这 样的组件。
背景技术
典型的单向离合器(OWC)包括内环、外环和这位于两个环之间的锁定 装置。单向离合器被设计为在一个方向上锁定，而允许在另一个方向上自由旋 转。车辆自动变速器常用的两种单向离合器包括：
滚子式，其包括位于单向离合器的内座圈和外座圈之间的弹簧加载的滚子 (在一些应用中滚子式也在没有弹簧的情况下使用)；以及
斜撑式，其包括位于单向离合器的内座圈和外座圈之间的不对称形状的楔 块。
单向离合器通常用于变速器，以防止致动扭矩(即，动力流)在某些档位 转换期间中断并且允许发动机在滑行期间进行制动。
可控或可选式单向离合器(即，OWC)与传统的单向离合器设计不同。 可选式OWC加入了与滑板组合的第二组锁定构件。该额外的一组锁定构件加 上滑板为OWC增添了多种功能。根据设计的需要，可控式OWC能够在一个 或两个方向上在旋转轴或固定轴之间产生机械连接。此外，根据设计，OWC 能够在一个或两个方向上进行超越。可控式OWC包含外部控制的选择或控制 机构。该选择机构可以在对应于不同操作模式的两个以上的位置之间移动。
美国专利第5,927,455号公开了一种双向超越棘轮离合器，美国专利第 6,244,965号公开了一种平面超越耦合器，并且美国专利第6,290,044号公开了 一种用于自动变速器的可选式单向离合器组件。
美国专利第7,258,214号和第7,344,010号公开了超越耦合组件，并且美国 专利第7,484,605号公开了一种超越径向耦合组件或离合器。
适当设计的可控式OWC在“断开”状态下可具有接近零的寄生损耗。它 也可以通过机电装置驱动，并且没有像液压泵和阀那样的复杂性或寄生损耗。
其他相关的美国专利公开包括：2016/0377126；2015/0014116； 2011/0140451；2011/0215575；2011/0233026；2011/0177900；2010/0044141； 2010/0071497；2010/0119389；2010/0252384；2009/0133981；2009/0127059； 2009/0084653；2009/0194381；20009/0142207；2009/0255773；2009/0098968； 2010/0230226；2010/0200358；2009/0211863；2009/0159391；2009/0098970； 2008/0223681；2008/0110715；2008/0169166；2008/0169165；2008/0185253； 2007/0278061；2007/0056825；2006/0252589；2006/0278487；2006/0138777； 2006/0185957；2004/0110594；以及如下美国专利号：9,874,252；9,732,809； 8,888,637；7,942,781；7,806,795；7,695,387；7,690,455；7,491,151；7,484,605； 7,464,801；7,349,010；7,275,628；7,256,510；7,223,198；7,198,587；7,093,512；6,953,409；6,846,257；6,814,201；6,503,167；6,328,670；6,692,405；6,193,038； 4,050,560；4,340,133；5,597,057；5,918,715；5,638,929；5,342,258；5,362,293； 5,678,668；5,070,978；5,052,534；5,387,854；5,231,265；5,394,321；5,206,573； 5,453,598；5,642,009；6,075,302；6,065,576；6,982,502；7,153,228；5,846,257； 5,924,510；以及5,918,715。
线性马达是其定子和转子被“展开”的电动马达，使得其沿着长度产生线 性力而不是产生扭矩(旋转)。最常见的操作模式是洛伦兹型致动器，其中所 施加的力与电流和磁场成线性比例。公开的美国申请2003/0102196公开了一 种双向线性马达。
线性步进马达用于需要快速加速并且在低质量有效载荷下高速移动的定 位应用。机械简单性和精确的开环操作是线性步进马达系统的附加特征。
线性步进马达在与旋转步进马达相同的电磁原理下进行操作。固定部件或 压板是在所需的行进长度上延伸的被动式带齿钢条。永磁体、带齿的电磁体和 轴承被结合到移动元件或动子(forcer)中。动子沿着压板双向移动，以响应 于励磁绕组中的电流状态而确保离散的位置。通常，马达是双相的，但是也可 以采用更多的相位。
线性步进马达在现有技术中是众所周知的并且根据磁理论的既定原理进 行操作。线性步进马达的定子或压板部件包括细长的矩形钢条，其具有在待经 过的距离上延伸的多个平行的齿并用作为用于马达的所谓的动子部件的轨道。
在马达的操作期间压板是完全被动的，并且所有磁体和电磁体都被结合到 动子或电枢部件中。动子沿着压板双向移动，以响应于其励磁绕组中的电流状 态而呈现出离散的位置。
转让给与本申请相同的受让人并且与本申请有关的美国专利文献包括 8,813,929；8,888,637；9,109,636；9,121,454；9,186,977；9,303,699；9,435,387； 2012/0149518；2013/0256078；2013/0277164；2014/0100071；2015/0014116； 9,255,614；2015/0001023；9,371,868；2016/0369855；2016/0131206； 2016/0377126；2016/0131205；2016/0047439；2018/0328419；2018/0010651； 2018/0038425；2018/0106304；2018/0156332；2018/0231105；2019/0170198； 9,482,294；9,482,297；9,541,141；9,562,574；9,638,266；8,286,722；8,720,659； 以及9,188,170。所有上述共同转让的专利文献的公开内容都通过引用整体并 入本文。
转让给本申请的受让人的上述一些相关专利文献公开了一种2位置线性 eCMD(电控机械二极管)。该装置是动态单向离合器，因为两个座圈(即， 凹口板和槽板)都进行旋转。线性马达或致动器进行移动，该移动又通过定子 产生的磁场使与支柱耦合的柱塞移动。致动器具有永磁体的环，该环将离合器 闭锁为两种状态：打开(ON)和关闭(OFF)。仅在从一种状态过渡到另一种 状态期间消耗功率。一旦处于期望状态，磁体就会闭锁并切断电源。
美国专利文献2015/0000442、2016/0047439和美国专利第9,441,708号公 开了3位置线性马达的磁闭锁的双向CMD。
可以通过检查由磁源产生或“激励”的磁场来确定本地或远距离的磁源 (即，电流和/或永磁体(PM)材料)所引起的机械力。磁场是向量场，其指 示本地或远距离的磁源的影响能力在空间中任何一点处的大小和方向。在任何 所关注的区域内的某个点处的磁场的强度或大小取决于激励磁源的强度、数量 和相对位置以及激励源的位置与指定的所关注区域之间的各种介质的磁特性。 磁特性是指确定要对单位体积的材料进行“磁化”、即要建立一定的磁场强度 水平的“容易程度”或所需的激励水平的“高低程度”的材料特性。总体上， 与包含空气或塑料材料的区域相比，包含铁材料的区域更容易“磁化”。
磁场可以被表示为或描述为三维力线，它们是在整个空间区域和材料结构 内横穿的闭合曲线。当在磁性结构内发生磁“作用”时(产生可测量水平的机 械力)，会看到这些力线耦合或连接结构内的磁源。如果磁力线环绕结构中的 全部或部分电流路径，则这些磁力线耦合/连接到电流源。如果力线大体在永 久磁化的方向上或相反的方向上横穿PM材料，则这些力线耦合/连接到PM 源。彼此不交叉的单独的力线或场线在沿着线的延伸部的每个点处都显示出不 同程度的拉应力，非常像被拉伸成闭合场线曲线形状的、被拉伸的“橡胶带” 中的拉力。这是在磁性机械结构中跨过气隙产生力的主要方法。
人们通常可以通过检查结构内的磁场线图表来确定磁性机器各部分中的 净力产生的方向。在跨过将机器元件分开的气隙的任何一个方向上的场线越多 (橡胶带拉伸得越多)，在该指定方向上的机器元件之间的“拉”力就越大。
电子动态离合器
各种变速器都需要动态离合器或者具有两个可旋转的座圈的离合器。湿式 摩擦离合器组、爪形离合器和同步器通常用在动态离合器组件中。
现有技术中的动态可控式离合器(DCC)在图1至图3中总体上以12表 示。DCC12是电驱动的。DCC12具有座圈或槽板13以及座圈或凹口板16。 槽板13包含两组径向锁定元件26，其中一组用于CW，另一组用于CCW接 合。在接合期间，至少一组锁定元件26同时分别与槽板13的槽接合面和凹口 板16的凹口接合面进行接触，以允许离合器12传递扭矩。
与静态CMD-e离合器不同，DCC的动态功能不允许使用螺线管来使锁定 元件26接合和分离。总体上以14表示的线性马达在两个座圈13和16都在旋 转的同时控制锁定元件26。线性马达14包括总体上以22表示的定子和总体 上以20表示的转换器。定子22是固定的，并且通过安装件47固定到变速箱 (未被示出)上。定子22包括铜线线圈44和46以及钢板48、50和52。板 48、50和52提供或限定了用于线圈的容纳部。两个线圈44和46以相对于彼此相反的极性串联缠绕(反串联)。
在图1至图3的DCC12中，转换器20被组装到槽板13并与其一起旋转。 转换器20包括分段式永磁体21的环形环、钢板23和25以及操作锁定元件 26的刚性柱塞30。柱塞30延伸穿过穿过转换器20的滑架51形成的孔并被弹 簧34偏置。柱塞30在它们的端部处带有螺纹，并通过内螺纹螺母35固定在 它们的孔内。每个柱塞30的锥形端部延伸穿过环53的孔眼。
图2和图3详细说明了线性马达14是如何控制DCC的锁定元件26的。 转换器20内的柱塞30直接接触锁定元件26，并根据致动方向使其上倾或下 倾。当转换器20从“关闭”移动到“打开”时，每个柱塞30都接触其锁定元 件26的底侧或底表面，使得其可以接合到凹口板16中。离合器12能够在锁 定元件16接合之后传递扭矩。在接合状态期间，每个锁定元件26下方的复位 弹簧28被压缩。当受控“关闭”时，转换器20朝向“关闭”(即，最右边) 位置移回，并且柱塞30失去与锁定元件26的接触。被压缩的复位弹簧28产 生使锁定元件26向下倾斜或断开的力。一旦发生扭矩反转，锁定元件26就可 以断开并且离合器12可以空转。
图2和图3分别示出了线性马达14处于“关闭”位置和“打开”位置。 为了将状态从“关闭”改变为“打开”，电流使最靠近转换器20的线圈46通 电。通电的线圈46产生磁场，该磁场排斥永磁体21产生的稳态场，而远处的 线圈44产生吸引磁场。
定子线圈44和46引起的排斥力和吸引力的组合使转换器20移动。一旦 转换器20经过中央定子钢板50，永磁体21就试图使定子22的最左边的钢板 48完全对准。但是，机械止动部53(图2和图3)阻止了完全对准，这产生 偏置力将转换器20保持在“打开”位置。转换器20被磁性地闭锁在“打开” 位置。
类似于双稳态螺线管，只要装置不主动改变位置，磁性闭锁就允许移除电 力。在50到150ms之后，随着状态的改变被实现电流被“关闭”，并且不再 需要电流。磁性闭锁力消除了稳态状态期间的能量消耗。
为了使DCC12分离，对最靠近转换器20的线圈44(先前是远处的线圈 46)施加电流，并且线性马达14从“打开用”止动部53移动到以上述类似方 式作为“关闭用”止动部42的环。“关闭用”机械止动部42阻止了永磁体21 和定子22的最右边的钢板52的完全对准，从而保持磁性地闭锁在“关闭”位 置。
DCC可以代替简单齿轮箱(例如AMT和DCT)中的同步器，并且通过 消除基于拨叉的复杂的致动系统改进了整体封装。拨叉致动系统被消除，并且 上述线性马达致动系统完全封装在变速箱内。
上述的DCC的问题在于，这种致动系统相对复杂并且具有相对较大数量 的组成零件。
具有液压致动系统的DCC的问题在于DCC在热油环境中运行，其中油 可能会受到污染。此外，液压致动系统通常具有较差的反应时间和有限的加速 度，并且在致动系统的寿命内需要相对较大量的能量来运行。此外，许多这样 的系统仅在一个方向上移动并需要一个以上的弹簧来提供返回行程。
锁闩通常与单向离合器一起使用，以使用液压装置、气动装置、机械装置 或电能将离合器保持在“打开”位置或“关闭”位置。这样的锁闩通常被包含 在离合器的致动系统内。这给动态控制的离合器带来了问题，因为这样的动作 系统通常不期望进行旋转，并因此往往在离合器外部。
在本文中使用时，术语“传感器”用于描述包括感测元件和其他部件的电 路或组件。特别地，在本文中使用时，术语“磁场传感器”用于描述包括磁场 感测元件和耦合至磁场感测元件的电子设备的电路或组件。
在本文中使用时，术语“磁场感测元件”用于描述能够感测磁场的各种电 子元件。磁场感测元件可以是但不限于霍尔效应元件、磁阻元件或磁敏晶体管。 众所周知，存在不同类型的霍尔效应元件，例如平面霍尔元件、垂直霍尔元件 和圆形垂直霍尔(CVH)元件。还已知存在不同类型的磁阻元件，例如巨磁 阻(GMR)元件、各向异性磁阻(AMR)元件、锑化铟(InSb)传感器和磁 性隧道结(MTJ)。
众所周知，上述磁场感测元件中的一些倾向于具有与支撑该磁场感测元件 的基板平行的最大灵敏度轴线，并且上述磁场感测元件中的另外一些倾向于具 有与支撑该磁场感测元件的基板垂直的最大灵敏度轴线。特别地，平面霍尔元 件倾向于具有垂直于基板的灵敏度轴线，而磁阻元件和垂直霍尔元件(包括圆 形垂直霍尔(CVH)感测元件)倾向于具有平行于基板的灵敏度轴线。
磁场传感器用于各种应用中，包括但不限于感测磁场的方向角度的角度传 感器、感测带电导体承载的电流所产生的磁场的电流传感器、感测铁磁物体的 接近的磁性开关、感测经过的铁磁制品(例如，环形磁体的磁畴)的旋转探测 器以及感测磁场的磁场密度的磁场传感器。
现代汽车采用具有不同尺寸的齿轮的发动机变速器系统，以根据车辆行驶 的速度将车辆的发动机产生的动力传递至车辆的车轮。发动机变速器系统通常 包括离合器机构，其可以与这些齿轮接合和分离。离合器机构可以由车辆的驾 驶员手动操作，也可以由车辆自身根据驾驶员希望操作车辆的速度来自动操 作。
在自动变速器车辆中，车辆需要感测离合器的位置以在变速器中的齿轮之 间进行平稳而有效的换档，并且需要整体有效的变速器控制。因此，自动变速 器车辆可以使用用于感测离合器的线性位置的离合器位置感测部件来帮助进 行换档和变速器控制。
当前的离合器位置感测部件利用磁性传感器。使用磁性传感器的一个优点 是传感器不必与被感测对象进行物理接触，从而避免了传感器与对象之间的机 械磨损。但是，由于传感器和被感测对象之间存在必要的间隙或公差，因此当 传感器不与所感测的对象进行物理接触时实际的线性离合器测量精度可能会 受到影响。此外，解决该问题的电流感测系统使用线圈和相对昂贵的某些专用 集成电路。
美国专利第8,324,890号公开了一种变速器离合器位置传感器，其包括两 个霍尔传感器，它们位于变速器箱体外部的磁通集中器的相对两个端部处，以 感测附接于离合器活塞的磁体产生的磁场。为了降低对磁体与磁体之间的间隙 公差的敏感度，使用一个霍尔传感器的电压与来自两个霍尔传感器的电压之和 的比值来与活塞关联，从而与离合器位置关联。下面的美国和外国专利文献与 本发明有关：GB253319；DE102016118266；FR3025878；以及US10,247,578。
就本申请而言，术语“耦合器”应被解释为包括离合器或制动器，其中一 个板可驱动地连接至变速器的扭矩传递元件，并且另一个板可驱动地连接至另 一个扭矩传递元件或相对于变速器壳体被锚固并保持静止。术语“耦合器”、 “离合器”和“制动器”可以互换使用。
尽管如此，仍然需要对耦合器和控制器组件内的转换器位置进行感测，从 而尤其是在定子线圈启动期间检测“完全连接”和“完全断开”的耦合状态。
发明内容
本发明的至少一个实施方式的目的是提供一种包括至少一个非接触式线 性感应位移传感器的耦合器和控制器组件，该传感器感测转换器位置，其中不 需要间接地推断出组件的耦合状态。
为了实现本发明的至少一个实施方式的上述目的和其他目的，提供了一种 包括非接触式线性感应位置传感器的耦合器和控制器组件。该组件包括耦合器 壳体和定子结构，该定子结构设置在耦合器壳体内并包括限定旋转轴线的定子 壳体。至少一个电磁源被设置在定子壳体内。该组件包括第一耦合器构件和第 二耦合器构件，它们各自通过支撑而在耦合器壳体内围绕旋转轴线旋转，并且 锁定构件用于选择性地将这些耦合器构件机械地耦合在一起。转换器结构耦合 至第二耦合器构件以与其一起旋转。该转换器结构包括具有自由端部的柱塞， 该自由端部被构造为在第二耦合器构件中的通道内移动，以对设置在第二耦合 器构件内的锁定构件进行接合和致动。转换器结构通过支撑而在第一稳定轴向端部位置和第二稳定轴向端部位置之间沿着旋转轴线相对于定子壳体进行小 位移的平移运动，这些端部位置分别对应于组件的第一操作状态和第二操作状 态。转换器结构在受到净平移力时在不同的端部位置之间沿着旋转轴线平移。 净平移力包括通过激励至少一个电磁源而产生的第一平移力和以转换器结构 沿着旋转轴线相对于定子壳体的线性位置为基础的磁闭锁力。非接触式线性感 应位置传感器被安装在上述壳体中的一个上。转换器结构包括由导电材料制成 的耦合器元件。传感器被配置为产生磁场以在耦合器元件的导电材料中感生出 涡电流，其中耦合器元件的运动改变了涡电流产生的磁场。传感器提供用于车 辆变速器控制的位置反馈信号。该信号与转换器结构沿着旋转轴线的线性位置 相关联。
至少一个电磁源可包括至少一个电磁感应线圈。
上述结构中的一个可包括永磁体源。
锁定构件可以是支柱或摇杆。
第一耦合器构件可以是凹口板，并且第二耦合器构件可以是槽板。
转换器结构可以具有与锁定构件的耦合位置和解耦位置对应的一对稳定 的、无助力的磁闭锁状态。
传感器可以包括印刷电路板，其中耦合器元件被支撑在该电路板附近。
耦合器元件可包括环形导电环。
传感器可以被安装在定子壳体的外表面上。
传感器可以被安装在耦合器壳体的内表面上。
更进一步地，为了实现本发明的至少一个实施方式的上述目的和其他目 的，提供了一种包括非接触式线性感应位置传感器的离合器和控制器组件。该 组件包括离合器壳体和定子结构，该定子结构设置在离合器壳体内并包括限定 旋转轴线的定子壳体。至少一个电磁源被设置在定子壳体内。该组件包括第一 离合器构件和第二离合器构件，它们各自通过支撑而在离合器壳体内围绕旋转 轴线旋转，多个锁定构件用于选择性地将这些离合器构件机械地耦合在一起。 转换器结构耦合至第二离合器构件以与其一起旋转。转换器结构包括多个柱 塞。每个柱塞都具有自由端部，该自由端部被构造为在第二离合器构件中的通 道内移动，以对设置在第二离合器构件内的锁定构件进行接合和致动。转换器 结构通过支撑而在第一稳定轴向端部位置和第二稳定轴向端部位置之间沿着 旋转轴线相对于定子壳体进行小位移的平移运动，这些轴向端部位置分别对应 于组件的第一操作状态和第二操作状态。转换器结构在受到净平移力时在不同 的端部位置之间沿着旋转轴线平移。净平移力包括通过激励至少一个电磁源而 产生的第一平移力和以转换器结构沿着旋转轴线相对于定子壳体的线性位置 为基础的磁闭锁力。非接触式线性感应位置传感器被安装在上述壳体中的一个 上。转换器结构包括由导电材料制成的耦合器元件。传感器被配置为产生磁场 以在耦合器元件的导电材料中感生出涡电流，其中耦合器元件的运动改变了涡 电流产生的磁场。该传感器提供用于车辆变速器控制的位置反馈信号，其中该 信号与转换器结构沿着旋转轴线的线性位置相关联。
至少一个电磁源可包括至少一个电磁感应线圈。
上述结构中的一个可包括永磁体源。
每个锁定构件都可以是支柱或摇杆。
第一离合器构件可以是凹口板，并且第二离合器构件可以是槽板。
转换器结构可以具有与锁定构件的耦合位置和解耦位置对应的一对稳定 的、无助力的磁闭锁状态。
传感器可以包括印刷电路板，其中耦合器元件被支撑在该电路板附近。
耦合器元件可包括环形导电环。
传感器可以被安装在定子壳体的外表面上。
传感器可以被安装在离合器壳体的内表面上。
附图说明
图1是要根据本发明的至少一个实施方式进行改进的现有技术的电子动 态耦合器和控制器组件的分解立体图，其包括动态可控离合器(DCC)；
图2是图1的离合器的局部剖开的剖视侧视图，其中其线性马达的转换器 被磁闭锁在其“关闭”位置；
图3是与图2的视图类似的视图，其中转换器被磁闭锁在其“打开”位置；
图4是与图2的视图类似的视图，其中图1的组件已被改进为包括非接触 式线性感应位置传感器；
图5是与图4的视图类似的视图，但转换器被闭锁在其“打开”位置；
图6是要根据本发明的至少一个实施方式进行改进的现有技术的电子动 态耦合器和控制器组件的分解立体图，其包括DCC；
图7是图6的组件的局部剖开的剖视侧视图，其中DCC处于飞轮模式；
图8是与图7的视图类似的视图，但DCC处于其锁定模式；
图9是与图7的视图类似的视图，其中图6的组件已被改进为包括非接触 式线性感应位置传感器；并且
图10是与图8的视图类似的视图，其中图6的组件已与图9的实施方式 进行了不同的改进，以包括非接触式线性感应位置传感器。
具体实施方式
根据需要，本文公开了本发明的详细实施方式；然而，应当理解，所公开 的实施方式仅仅是可以通过变化的和替代的形式来实现的本发明的例子。附图 不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或缩小以显示特定部件的细节。因此， 本文公开的具体的结构性和功能性细节不应解释为限制性的，而应仅仅被解释 为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。
现在参照图4和图5，图1至图3的现有技术的组件或DCC12已被改进 为包括非接触式线性感应位置传感器，其总体上以80表示。图4和图5示出 了传感器80在定子壳体的板48和52上的替代的位置。
位置传感器或涡流传感器80的工作方式是在PCB84的线圈有效区域82 中的线圈中产生变化的磁场来在侧钢板或钢板23或25的导电材料中感生出涡 电流回路。导电材料中所产生的电流的循环流动形成电磁体，其与线圈的磁场 相反。传感器80可以测量由涡电流引起的磁场的变化，并且该变化与导电材 料和传感器80的接近程度相关联。在线圈的磁场与涡电流之间存在耦合，其 类似于产生互感的变压器绕组之间的耦合。耦合取决于距离，并且耦合的变化 会影响线圈和耦合器系统的电感。电感的变化是根据线圈的谐振频率的变化测 得的。当电流达到稳态幅度时，可以根据测得的时间常数和传感器电子电路(未被示出)的已知电阻来计算系统的电感。传感器80可以被塑造为与电容器并 联的有损耗的电感器。利用电路的已知的电感、电容和电阻，可以计算出谐振 频率。
涡流传感器80输出的值在传感器80离钢板23或25相对较近时相对较高， 而在传感器80离钢板23或25相对较远时相对较低。当定子线圈44和46启 动时传感器80相对不受它们的磁场的影响。随着转换器在轴向上移动以展开 支柱或使支柱返回，转换器的侧钢板23或25朝向和远离传感器80的感测线 圈移动。随着侧钢板23或25与线圈的距离变化，传感器80检测到线圈和侧 钢板23或25之间的耦合电感的变化。该电感读数又被转换成可变的数字信号 或模拟信号，并被报告给车辆控制器。以这种方式，使得离合器状态是已知的。
现在参照图6至图8，示出了另一个现有技术的耦合器和控制器组件，总 体上以110表示。如图9和图10所示，组件110被改进为包括下文描述的非 接触式线性感应位置传感器。
耦合器子组件112包括总体上以122表示的一个或多个跷跷板形的锁定构 件或支柱。锁定构件122可控地分别在耦合器子组件112的第一离合器构件或 耦合器构件124和第二离合器构件或耦合器构件126之间传递扭矩。
第一离合器构件124可以是凹口板，并且具有大体平坦的、环形的耦合器 第一面部133，其与第二耦合器构件126的第二面部130对置并且被定向为沿 着组件110的旋转轴线128在轴向上面朝相反的方向。第一面部133具有多个 锁定结构135，它们在从形成在第二耦合器构件126中的槽132突出或枢转时 由锁定构件122接合，以防止第一构件124和第二构件126围绕组件110的轴 线128在至少一个方向上相对于彼此相对旋转。
第二耦合器构件126可以是槽板，其具有能够围绕组件110的旋转轴线 128在顺时针方向或逆时针方向上旋转的内部花键127，并且包括大体平坦的 环形耦合器面部130，其具有多个槽132，其中每个槽的尺寸和形状都被设置 为用于接收并实际上保持锁定构件122，该锁定构件可以是跷跷板支柱。槽132 围绕组件110的轴线128成角度地间隔开。
每个锁定构件122都包括与构件接合的第一端表面、与构件接合的第二端 表面以及位于所述端表面之间的细长主体部分。每个锁定构件122还可包括从 其主体部分侧向伸出的突出的外部枢轴，以使锁定构件122能够围绕与该枢轴 相交的锁定构件122的枢转轴线进行枢转运动。在枢转运动期间，锁定构件 122的端表面可在构件124和126之间在接合位置和分离位置之间移动，从而 可以在锁定构件122的接合位置在耦合器构件124和126之间发生单向扭矩传 递。
诸如滚柱轴承的轴承(未被示出)可以将每个枢轴支撑在每个槽132的外 壁附近。在2019年7月22日提交的美国第16/518,371号、标题为“高速超越 耦合器和控制器组件、耦合器组件以及在大幅减小的摩擦下枢转移动的锁定构 件”的对应的专利申请中详细示出了优选的锁定构件或支柱122及其轴承，该 专利申请通过引用整体并入本文。
组件110还包括总体上以147表示的有孔保持器元件或盖板，其被相应地 支撑在第一离合器构件124与第二离合器构件126之间。保持器元件147具有 完全从其中延伸穿过的多个间隔开的开口148，以允许锁定构件或支柱122延 伸穿过其中并相应地将第一离合器构件124和第二离合器构件126锁定在一 起。在这样的移动过程中，每个锁定构件122的主体部分的上表面抵靠保持器 板147的下表面进行枢转。
通过围绕盖板147的外周在周向上间隔开并装配在形成在槽板124的轴向 内表面151中的对应的孔眼内的肩部，防止了盖板147相对于槽板124旋转。
在形成在凹口板124的环形内表面151中的凹槽153内设置有卡环152， 以用于将凹口板124和槽板126保持在一起。
锁定构件122可以是诸如金属注射成型的锁定构件或零件的注射成型的 锁定构件。以类似的方式，槽板124以及凹口板126可以是注射成型的。
第二耦合器构件124还具有与其第一面部130相对的面部154，其具有围 绕组件110的旋转轴线128间隔开的多个通道155。每个通道155都与其槽132 连通。通道155将致动力传递给它们相应的槽132内的相应的锁定构件122。 第二面部130和相对的面部154是大体环形的，并且相对于组件110的旋转轴 线128大体在径向上延伸。
诸如弹簧致动器158的致动器被接收在通道155内以提供致动力，从而对 它们相应的槽132内的锁定构件122进行致动，使得锁定构件122在它们的接 合位置和分离位置之间移动。可以使用其他类型的可弹性变形的柱塞或致动器 来提供致动力。通道155的壁是刚性的，使得弹簧致动器158在槽板124的高 旋转速度下被径向地支撑。
组件110的总体上以157表示的转换器结构或支撑构件经由结构157的环 形支撑板159被操作性地连接至弹簧致动器158，从而一致地使弹簧致动器158 线性移动。弹簧致动器158由形成在板159上的弹簧支撑件支撑在板159上。 支撑构件157在接收到净平移磁力时移动，以使弹簧致动器158在它们的通道 155内线性移动。
如上述共同未决美国申请第16/518,371号中所述，诸如复位弹簧的偏置构 件(未被示出)对抗锁定构件122朝向它们的接合位置的枢转运动而偏置锁定 构件122。弹簧致动器158对抗偏置构件的偏置而使它们的锁定构件122枢转。 每个槽132都具有用于接收其相应的偏置弹簧的内凹部，其中每个槽132都是 弹簧槽。
组件110还包括卡环170，其设置在形成于壳体161的轴向内表面中的凹 槽中，以在其一个表面处保持轴承178。另一个卡环179在相对的表面处将轴 承178保持为靠在槽板124上。环形密封件181密封轴承178。
组件110包括永磁体锁闩机构，以用于在不使用任何能量的情况下将组件 110保持在其“打开”位置和“关闭”位置。组件110的磁性锁闩机构允许使 用较低的能量，这意味着车辆效率更好，部件损坏/磨损更少，并且NVH(即， 噪声、振动和声振粗糙度)更好。
控制器子组件114包括总体上以174表示的定子，其具有两个电磁感应线 圈176以在两个线圈176中的一个或两个通电时产生磁通量。
转移器结构157被配置为与耦合器子组件或设备的第二耦合器构件(即， 槽板126)耦合以与其一起旋转。转换器结构157通过衬套或轴承178支撑从 而在耦合至耦合器构件126时围绕旋转轴线128相对于壳体161旋转。
如前所述，转换器结构157还包括至少一个(优选六个)双向可动弹簧 158。每个弹簧158都具有自由端部部分，其适于在其通道155内移动并接合 耦合器设备112的其中一个支柱122，以进行选择性的小位移的支柱运动。
如前所述，转换器结构157还包括板159，其被操作性地连接至转换器结 构157的其余部分，以在转换器结构157的第一位置和第二位置之间沿着旋转 轴线128进行选择性的双向切换运动，该第一位置对应于耦合器子组件或设备112的第一模式，该第二位置对应于耦合器设备112的第二模式。当设置两个 弹簧158时，弹簧158彼此间隔180°。第一模式和第二模式可以是耦合器设 备112的锁定模式和解锁(即，空转)模式。
当其中一个线圈176被通电以使弹簧致动器158沿着旋转轴线128移动 时，对弹簧致动器158施加第一磁控制力。通过使定子174中的电流方向反转， 弹簧致动器158沿着旋转轴线128在相反的方向上移动。
转换器结构157可以包括适于与耦合器设备112的槽板126耦合的毂或滑 架180。槽板126通过衬套178支撑从而围绕旋转轴线128相对于壳体161旋 转。毂180还在板159沿着旋转轴线128切换移动期间滑动地支撑板159。
转换器结构157还优选包括夹在毂180的内表面和槽板126的外表面之间 的一组间隔开的引导销(未被示出)，该销沿着旋转轴线128延伸。该内表面 和外表面可在它们之中形成有V形的凹槽或凹口，以保持引导销。在板159 和弹簧致动器158沿着旋转轴线128切换移动期间，毂180在引导销上滑动。
定子174还包括总体上以182表示的铁磁壳体，其具有间隔开的指部184 以及容纳在相邻的指部184之间的电磁感应线圈176。
转换器结构157还包括连接至毂180的环形的外部子组件186。子组件186 包括夹在一对铁磁衬环190之间的环形的磁性环区段188。在线圈通电时，磁 控制力磁性地将指部184与它们对应的衬环190偏置为对准。磁力将弹簧致动 器158闭锁在它们的“打开”和“关闭”位置。环188和190通过定子174 起作用，以移动弹簧致动器158。
类似于图4和图5的实施方式，图9的实施方式(基于图6至图8的组件) 还包括总体上以200表示的线性感应位置传感器，其具有PCB202和有效线圈 区域204，以感测或检测对应于离合器的“完全连接”状态和“完全断开”状 态的转换器线性位置。传感器200经由连接器头部206、支架208和螺栓210 安装到组件的壳体上。还增加了卡环212。
传感器200将数字可变位置数据提供给车辆控制器，从而允许控制器确定 “完全转换”的离合器状态和“完全断开”的离合器状态。在定子线圈启动的 同时可以进行转换器位置的检测。
类似于图4、图5和图9的实施方式，图10的实施方式还包括总体上以 220表示的线性感应位置传感器，其具有PCB222、连接器224和位于PCB222 上或内部的有效线圈区域，以感测或检测对应于组件的“完全连接”状态和“完 全断开”状态的转换器的线性位置。传感器220经由附加的壳体材料226和O 形环228安装到组件的壳体上。将塑料毂变型为在230处具有延长的长度，并 包括嵌入式铝标靶环272。随着标靶相对于线圈移动，传感器220使用接收线 圈的几何形状变化来改变互电感耦合。线性感应传感器的线圈和标靶之间的气 隙在整个转换器行程中保持恒定，而该气隙在先前的轴向传感器实施方式中是 变化的。轴向形式中变化的气隙引起变化的互电感耦合，传感器将其等效为位 移。
尽管上面描述了示例性实施方式，但并不意味着这些实施方式描述了本发 明的所有可能形式。相反地，说明书中使用的词语是描述性的词语而不是限制 性的词语，并且应当理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种 改变。另外，各种实施方式的特征可以组合形成本发明的其他实施方式。
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