CN113412205B

CN113412205B - 非摩擦式耦合和控制组件、可接合的耦合组件和组件中使用的锁定构件

Info

Publication number: CN113412205B
Application number: CN202080012967.5A
Authority: CN
Inventors: 约翰·W·凯姆斯
Original assignee: Means Industries Inc
Current assignee: Means Industries Inc
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2024-08-20
Anticipated expiration: 2040-02-07
Also published as: DE112020000732T5; CN113412205A; WO2020163686A1

Abstract

提供了超越式、非摩擦式耦合和控制组件、可接合的耦合组件以及在组件中使用的锁定构件。至少一个锁定构件的质心或质量中心偏离该锁定构件的枢转轴线，使得质心相对于枢转轴线的力矩臂随着锁定构件从接合位置开始移动而从最大值减小到在分离位置处基本为零，以帮助锁定构件在高转速下进行分离。

Description

非摩擦式耦合和控制组件、可接合的耦合组件和组件中使用的锁定构件

相关申请的交叉引用

本申请是2017年9月22日提交的美国申请第15/712,651号的部分继续申请，其要求2017年2月2日提交的美国临时申请第62/453,578号的权益。

技术领域

本发明涉及：

1)可接合的非摩擦式耦合组件，例如径向耦合组件；

2)超越式、非摩擦式耦合和控制组件，例如径向耦合和控制组件；以及

3)用于在非摩擦式耦合组件(例如，径向耦合组件)的耦合构件之间可控地传递扭矩的锁定构件。

背景技术

典型的单向离合器(OWC)包括内环、外环和位于这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，并且允许在另一个方向上自由旋转。车辆自动变速器中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，以防止驱动扭矩(即，动力流)在特定的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爪式离合器，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。其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：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；2009/0142207；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中。动子沿着压板双向移动，从而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，从而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美国专利号：8,813,929；8,888,637；9,109,636；9,121,454；9,186,977；9,303,699；9,435,387；以及美国公开申请2012/0149518；2013/0256078；2013/0277164；2014/0100071；以及2015/0014116。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，该移动又经由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，磁体就会闭锁并关闭电源。

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)所产生的机械力。磁场是向量场，其表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。磁特性是指决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(即，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。

金属注射成型(MIM)是一种金属加工工艺，其中细小的粉末金属与测定量的粘合材料混合，以构成能够经由塑料加工装置通过称为注射成形的工艺进行处理的“给料”。该成型工艺允许在单一操作中大量成形复杂的部件。最终产品通常是用于各种行业和应用的组成元件。MIM给料流的性质由称为流变学的物理学来定义。目前的装置能力要求限于能够使用在模具中每次“注射”100克以下的典型的量进行成型的产品的加工。流变学确实允许这种“注射”分布到多个空腔中，因此对于小型的、复杂的大量产品而言是成本有效的，否则这些产品在通过另外的或常规的方法进行生产的情况下是相当昂贵的。能够在MIM给料中实施的各种金属被称为粉末冶金，并且它们含有的合金成分与用于普通金属和异金属应用的工业标准相同。随后对成型后的形状执行调节操作，其中粘合材料被去除并且金属颗粒聚结成期望的金属合金态。

“力的矩”(通常简称为力矩)是使物体扭曲或旋转的力的趋势。力矩在数学上被视为力和力矩臂的乘积。力矩臂是从旋转点或旋转轴线到力的作用线的垂直距离。力矩可以被认为是引起围绕穿过某个点的假想轴线旋转的力的趋势的量度。

换言之，“力的矩”是力围绕指定点或指定轴线的转动效应，其由力与该点到力的作用线的垂直距离的乘积来测量。总体上，顺时针力矩被称为“正”力矩，并且逆时针力矩被称为“负”力矩。如果物体是平衡的，则围绕枢轴的顺时针力矩之和等于围绕同一枢轴或轴线的逆时针力矩之和。

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，其中一个板被可驱动地连接至变速器的扭矩传递元件，并且另一个板被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。

发明内容

本发明的至少一个实施方式的目的是提供一种超越式、非摩擦式耦合和控制组件、一种可接合的耦合组件以及在这些组件中使用的一个或多个锁定构件，其中至少一个锁定构件具有偏离锁定构件的枢转轴线的质心，从而使锁定构件更容易在高转速下移动。

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，提供了一种用于在耦合组件的第一耦合构件和第二耦合构件之间可控地传递扭矩的锁定构件。第一耦合构件包括具有槽的耦合表面，所述槽的尺寸和形状被设置为用于接收并且象征性地保持锁定构件。锁定构件包括用于接合构件的第一端表面、用于接合构件的第二端表面以及位于端表面之间的细长主体部分。主体部分被构造为实现锁定构件围绕枢转轴线的枢转运动。锁定构件的端表面在枢转运动期间能相对于耦合构件在接合位置和分离位置之间移动，由此能在耦合构件之间产生单向扭矩传递。锁定构件的质心偏离枢转轴线，使得质心相对于枢转轴线的力矩臂随着锁定构件从接合位置开始移动而从最大值减小到在分离位置处基本为零，以帮助锁定构件进行分离。

主体部分可以包括用于实现枢转运动的突出的球形部分。

锁定构件可以为径向锁定构件。

枢转轴线可以大致位于球形部分的中心处。

主体部分包括偏离质心的突出的球形部分，该球形部分适于被接收在第一耦合构件的承窝部分内以实现枢转运动。第一耦合构件可以适于通过球形部分枢转地连接至锁定构件。

锁定构件可以为支柱，例如球窝支柱。

为了进一步实现本发明的至少一个实施方式的上述目的和其他目的，提供了一种可接合的耦合组件。该组件包括第一耦合构件和第二耦合构件。第一耦合构件包括具有槽的耦合表面，所述槽的尺寸和形状被设置为用于接收并且象征性地保持锁定构件。锁定构件包括用于接合构件的第一端表面、用于接合构件的第二端表面以及位于端表面之间的细长主体部分。主体部分被构造为实现锁定构件围绕枢转轴线的枢转运动。锁定构件的端表面在枢转运动期间能相对于耦合构件在接合位置和分离位置之间移动，由此能在耦合构件之间产生单向扭矩传递。锁定构件的质心偏离枢转轴线，使得质心相对于枢转轴线的力矩臂随着锁定构件从接合位置开始移动而从最大值减小到在分离位置处基本为零，以帮助锁定构件进行分离。

主体部分可以包括用于实现枢转运动的突出的球形部分。

第一耦合构件可以包括承窝部分，以在球窝交界面处接收并保持球形部分并且实现枢转运动。

锁定构件可以为支柱，例如球窝支柱。

为了更进一步实现本发明的至少一个实施方式的上述目的和其他目的，提供了一种超越式耦合和控制组件。该组件包括第一耦合构件和第二耦合构件。第一耦合构件包括具有槽的第一表面以及具有通道的第二表面，槽的尺寸和形状被设置为接收并且象征性地保持锁定构件，通道与槽连通以将驱动力传递给锁定构件从而驱动槽内的锁定构件，使得锁定构件在接合位置与分离位置之间移动。锁定构件包括用于接合构件的第一端表面、用于接合构件的第二端表面以及位于端表面之间的细长主体部分。主体部分被构造为实现锁定构件围绕枢转轴线的枢转运动。锁定构件的端表面在枢转运动期间能相对于耦合构件在接合位置和分离位置之间移动，由此能在耦合构件之间产生单向扭矩传递。锁定构件的质心偏离枢转轴线，使得质心相对于枢转轴线的力矩臂随着锁定构件从接合位置开始移动而从最大值减小到在分离位置处基本为零，以帮助使锁定构件与第二耦合构件分离。

主体部分可以包括用于实现枢转运动的突出的球形部分。

该组件还可包括被接收在通道内以提供驱动力的线性致动器。

线性致动器可以包括实心柱塞，其在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动，以控制组件的操作模式。锁定构件可被偏置构件偏置为从接合位置朝向分离位置移动。

偏置构件可包括复位弹簧，以在锁定构件上施加与球窝交界面处的驱动力和摩擦力相对的弹簧力。

尽管上面描述了示例性实施方式，但是这些实施方式并非意图描述本发明的所有可能的形式。相反，说明书中所使用的词语是描述性而非限制性词语，并且应理解的是可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种变化。另外，不同实施方式的特征可以组合形成本发明的另外的实施方式。

附图说明

图1是用于在第一齿轮和第二齿轮与输出轴之间耦合扭矩的超越式、非摩擦式径向耦合和控制组件的部分剖开的示意图；

图2是图1的视图的放大视图，以示出耦合和控制组件的细节：

图3是示出在通过凸轮的凸轮表面驱动时弹簧偏置的锁定构件或棘爪在各种枢转位置处(包括耦合位置和解耦位置)的示意端视图；

图4是第二实施方式的示意端视图，其中锁定构件或棘爪在通过凸轮的凸轮表面驱动时处于各种枢转位置处(包括耦合位置和解耦位置)；

图5是在通过凸轮的凸轮表面驱动时处于耦合位置处的图4的一个锁定构件或凸轮的部分剖开的放大侧视图；

图6是处于分离位置处的一个锁定构件或凸轮的另一个实施方式的部分剖开的放大侧视图；

图7是与图6的视图类似的视图，但是锁定构件在通过凸轮的凸轮表面驱动时处于耦合位置；

图8是与图5和图7的视图类似的视图，其示出了复位弹簧以及作用在跷跷板形支柱上的摩擦力矩和复位弹簧力矩；

图9是处于实线表示的耦合位置和虚线表示的解耦位置处的一个锁定构件的另一个实施方式的部分剖开的放大侧视图；

图10是示出与图8的锁定构件一起使用的图1和图2的弹簧柱塞驱动系统的部分剖开的侧视图；并且

图11是与图9的锁定构件一起使用的柱塞驱动系统的与图10的视图类似的视图。

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，应理解的是，所公开的实施方式仅仅是可以被实现为不同的和替代的形式的本发明的示例。附图不一定成比例绘制；为了示出特定的部件的细节，一些特征可能被放大或缩小。因此，本文所公开的特定的结构性和功能性细节不应解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域的技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

根据本发明的至少一个实施方式构造的超越式、非摩擦式、径向耦合和控制组件在图1和图2中总体上以10表示。组件10优选包括具有承载支架的一个或多个径向棘爪式离合器组件。

组件10包括第一对耦合构件12和13。构件12是槽板，并且构件13包括与粉末金属制的第一齿轮11集成在一起的凹口板，该第一齿轮11可以被安装为与轴14一起旋转。槽板具有槽16，并且凹口板具有凹口17。构件12和13被支撑为围绕输出轴19的公共旋转轴线15相对于彼此旋转。构件13被轴承21支撑为在轴19上旋转。耦合构件12经由花键25被花键连接至输出轴19以与其一起旋转。

第一锁定构件或棘爪23在它们的槽16中自由浮动，并且在接合凹口17时选择性地将第一对构件12和13机械地耦合在一起，以防止第一对构件12和13围绕轴线15在至少一个方向上相对于彼此相对地旋转。

组件10还包括被支撑为围绕公共旋转轴线15相对于彼此旋转的第二对耦合构件32和33，以及第二锁定构件或棘爪43，它们在它们的槽36中自由浮动以选择性地将第二对构件32和33机械地耦合在一起，以防止第二对构件32和33围绕轴线15在至少一个方向上相对于彼此相对地旋转。粉末金属制的第二齿轮31与构件33形成为一体，并且被安装为与轴14一起旋转。构件33被轴承41支撑为在轴19上旋转。耦合构件32经由花键45通过花键连接至输出轴19以与其一起旋转。

内部板状构件12和32分别具有外周表面18和38(图2)。外部板状构件13和33分别具有邻近外周表面18和38的内周表面20和40，成径向向内和径向向外的关系(图2)。构件12和32各自相应地包括围绕轴线15成角度地间隔开的槽16和36。槽16和36各自相应地具有封闭端部22和42以及与其封闭端部22或42在轴向上相对的开口端部(图2)。

棘爪23和43各自位于其相应的槽16或36中，并且被支撑为朝向其构件13或33的内周表面20或40枢转。棘爪23和43通过板状的衬套或保持器27和47保持在它们相应的槽16和36中，衬套或保持器27和47经由锁定或卡合环28和48而固定到它们相应的构件12或32上。保持器27和47分别部分地覆盖槽16和36的开口端部。

内周表面20和外周表面18分别限定了邻近每个槽16的封闭端部22的第一径向承载界面。保持器27具有限定了邻近每个槽16的开口端部的承载界面的承载表面29。

内周表面40和外周表面38分别限定了邻近每个槽36的封闭端部42的第二径向承载界面。保持器47具有限定了邻近每个槽36的开口端部的承载界面的承载表面49。

最佳地如图3所示，组件10包括总体上以51表示的致动器组，包括偏置构件，例如弹簧50。每个致动器51都包括滑动销52，其具有被接收在形成在相应的棘爪23的端部54的下表面中的孔眼内的头部53。每个棘爪23的相对的端部55被构造为接合凹口17。每个偏置构件50都推动其相应的销52，以使其相应的棘爪23朝向构件13的外周表面20移动。

再参照图1和图2，组件10还包括总体上以144表示的3位置线性步进马达。步进马达144通常由控制器控制并且包括定子结构或子组件135，其包括至少一个线圈166(示出了三个)，以在至少一个线圈166通电时产生电磁切换的磁场并产生磁通量。

步进马达144还包括总体上以170表示的磁闭锁转换器结构或致动器子组件，其包括总体上以172表示的至少一个双向可动连接结构，例如弹簧偏置的杆或轴。每个杆172都包括一对间隔开的漏斗形凸轮174和176，每个凸轮分别具有轮廓表面175和177，以使第一锁定构件23和第二锁定构件43分别骑在它们相应的轮廓表面175和177上，以使得锁定构件在大致如图3所示的耦合位置和解耦位置之间产生小位移的枢转运动。

致动器子组件170还包括总体上以171表示的磁致动器，其被耦合至每个杆172并被安装为在对应于第一对耦合构件12和13的第一模式的第一伸出位置与对应于第二对耦合构件32和33的第二模式的第二伸出位置之间分别相对于第一对耦合构件12和13以及第二对耦合构件32和33沿着旋转轴线15进行受控的往复运动。凸轮174驱动第一锁定构件23进入到其伸出位置，使得第一锁定构件23耦合第一对耦合构件12和13，以围绕旋转轴线15在至少一个方向上彼此一起旋转。

凸轮176驱动第二锁定构件43耦合第二对耦合构件32和33，以围绕旋转轴线15在至少一个方向上彼此一起旋转。磁致动器171完成了磁通量在第一伸出位置和第二伸出位置进行磁闭锁的路径。施加磁通量产生的控制力使得磁致动器171沿着旋转轴线15在第一伸出位置和第二伸出位置之间线性地移动。

磁致动器171优选包括被夹在一对环形场重定向环179之间的永磁体源178。磁源178优选是轴向磁化的环形稀土磁体。

换言之，机电装置或马达144控制一对耦合装置的操作模式，每个耦合装置都具有被支撑为围绕输出轴19的公共旋转轴线15相对于彼此旋转的驱动构件和从动构件。每个从动构件可以是槽板12或32，并且驱动构件可以是凹口板13或33。每个耦合装置或组件都可以包括两个以上的摇臂或棘爪23或43，以选择性地使每个耦合组件的构件机械地耦合在一起并改变每个耦合组件的操作模式。优选地，摇臂或棘爪23和43围绕轴线15分开一定间隔(即，图3)。

致动器子组件170被构造为或适于与两个耦合装置的构件或板耦合，以与其一起旋转。子组件170被支撑在输出轴19上，以围绕旋转轴线15相对于线圈166旋转。子组件170通常包括两个以上的双向可动的杆或轴172。其漏斗形凸轮174和176的每个柄部180或182分别适于在锁定构件的选择性的小位移枢转运动期间在其相应的耦合构件中的孔眼184或186内滑动。衬套188或190可以分别在孔眼184和186内滑动地支撑柄部180或182。

致动器171操作性地连接至杆172，以沿着旋转轴线15在致动器171的对应于第一耦合装置(板12和板13)的模式(即，第一齿轮)的第一位置与致动器171的对应于耦合装置(板32和板33)的模式(即，第二齿轮)的第二位置之间进行选择性的双向移位运动。如图3所示，两个以上的杆172可以彼此间隔开。不同的模式可以是锁定和解锁(即，自由转动)模式，并且可以在围绕轴线15的旋转运动的一个或两个方向上进行锁定。

当至少一个线圈166通电时，第一磁控制力被施加到致动器171上，以使致动器171沿着轴线15在其第一位置、第二位置和中立位置之间移动。

致动器171包括用于每个杆172的一对间隔开的偏置弹簧构件192和194，以用于在I形的毂或支架196沿着轴线15在其第一位置、第二位置和第三位置之间移动时沿着轴线15在相反的方向上在毂196上施加对应的偏置力。毂196具有用于滑动地接收并支撑连接杆或轴172的孔197。当支架196移动时，其在支架196的相对的表面195与漏斗形凸轮174和176的圆柱形部分193之间推动/拉动其相应的弹簧192和194。

毂196与轴19一起围绕旋转轴线15旋转。在经由安装在孔197内的衬套198沿着旋转轴线15进行对应的移位运动期间，毂196滑动地支撑轴172的互连的轴部分199。

构件12可以包括间隔开的止动部，以限定致动器171的伸出位置。

致动器171还优选包括被夹在构件12的内表面与毂196的外表面之间并沿着旋转轴线15延伸的一组间隔开的引导销(未被示出)。所述内表面和外表面可以具有形成在其中的用于保持引导销的V形的凹槽或凹口(未被示出)。在毂196沿着旋转轴线15进行移位运动期间，毂196在引导销上滑动。引导销在构件12上引导毂196。毂196还可将油分配到引导销上。

定子子组件135包括铁磁壳体167，其具有间隔开的指部168和容纳在相邻的指部168之间的电磁感应线圈166。

致动器171是具有被夹在一对铁磁衬环179之间的环形磁性环178的环形部件。在线圈通电时，磁控制力磁性地偏置指部168和它们对应的衬环179进行对准。这些力将致动器171闭锁在两个“打开”或伸出位置和“关闭”或中立位置。环179通过定子子组件135的作用使得致动器171移动。

永磁体(PM)线性马达中的轴向平移闭锁力

(摘录自美国专利第9,435,387号)

考虑美国公开申请第2015/0014116号的图13中的主题线性马达结构的剖视图所示的磁场线图，也称为磁通线图。这是一种圆形对称的机器结构，其中转换器的轴向运动方向在x方向上示出，并且径向方向在y方向上示出。定子24、28的横截面是三个铁齿72、两个狭槽/线圈26的结构，其中狭槽开口跨过径向气隙面对移动元件或转换器。转换器结构包括被夹在两个铁制场重定向环80之间的单一的轴向磁化稀土PM环78。可以根据x轴和y轴上以米为单位给出的比例来估计各种组成部件的大小。磁场线已通过商用磁有限元分析(MFEA)软件包进行了确定。图13所示的方案是定子绕组中没有线圈电流并且转换器轴向位置稍微向右越过“中立”或中心位置的情况。观察到转换器磁环78单独产生的磁场线在闭合路径中“流动”，其中大部分线在定子铁心-气隙-转换器铁心/磁体的圆形路径中流动。

一般来说，由于容易在铁材料内产生磁场，因此力线被限制于铁含量较大的路径。检查跨过定子和转换器之间的气隙的场线，它们中的大多数都遵循从转换器铁制重定向环向上和向右到达定子中的铁制齿构件的路径。将场线视为被拉伸的橡胶带，则可想到净力将整个转换器向右拉。在这种情况下，在轴向上被定向在中间的气隙线处，再次根据MFEA分析确定的实际剪切力密度或x方向的剪切应力在上述公开申请的图14A中给出。向右和向左的剪切应力在图14A中示出，它们可以与沿着气隙向右和向左“倾斜”的气隙场线的分布相匹配，但对于这种特定的转换器位置，总力(气隙x方向范围内的整体剪切力)在转换器上表现出向右的净力。

如果从左到右“扫过”转换器位置并重新计算每个位置处的场线，则可以获得转换器位置产生的磁场线的“幻灯片”。当转换器结构位于中心或中立位置的左侧时，大部分磁通线在径向上向上并且向转换器位置的左侧流动，因此可想到转换器主体上向左定向的力。相反，也如图13所示，当转换器结构位于中心位置的右侧时，大部分磁通线在径向上向上并且向右流动，因此可想到转换器主体上向右定向的力。以牛顿为单位给出的、随轴向位置而变的转换器主体上的实际的总轴向力的图在上述公开申请的图15A中示出。如果转换器位于中心的右侧，则由于其自身的磁场，其会被向右推动，而如果位于中心的左侧，则其会被进一步向左推动。这被称为组件的“闭锁”作用。左右推力恰好平衡为零的精确的中心位置是一个不稳定的平衡点，在此处即使是微小的运动也会产生趋向于将转换器推离中心位置的力。所示的净平移力也通过零值的、靠近定子结构的两个轴向端部的另外两个点是稳定的平衡点，其中微小的运动会产生位置恢复力。

针对线圈电流的永磁体线性马达中的轴向平移力

(摘录自美国专利第7,435,387号)

考虑与图13中给出的相同的机器结构，但在两个定子绕组中增加了稳定的电流。针对这种情况的磁场线的方案在上面提到的申请的图16中示出。假设稳定电流均匀分布在绕组的横截面中，假设该稳定电流在定子右侧的狭槽中的线圈导线中朝向观察者流出页面。环形磁体的轴向磁化方向在图13的纯闭锁力情况下并不重要，但在“双”磁激励的情况下非常重要。对于所示的情况，磁体的轴向磁化被规定为向右，即在正x方向上，因此磁体单独产生的闭合“流动”路径的磁力线的方向或极性将是逆时针循环。电流产生的循环磁力线的极性方向由“右手法则”给出。在右手的拇指指向导线或导线线圈中的电流方向的情况下，通过使手指环绕导线或线圈的横截面，磁场线或磁通线也环绕导线或线圈的横截面并具有与手指弯曲方向相同的循环方向。

在图16中，左侧线圈中的电流单独产生的磁力线因此在逆时针方向上环绕该线圈，而右侧线圈中的电流产生的磁力线在顺时针方向上环绕该线圈。如图16所示，磁场线的净产生或总产生是由于所有三个磁源、两个线圈以及转换器磁体中的电流引起的，因此显然在机器结构中存在各个磁激励源相互增强并相加的区域，并且在机器结构中存在各个磁激励源彼此抵消或相减的区域。由于线圈电流是可逆的(正或负)，因此机器结构内、最重要的是机器气隙内的双源增强和抵消区域可以相对于彼此被去除。这是本文公开的可控/可逆方向线性马达的基础。

对于图13所示的指定的转换器位置，转换器磁体单独产生的大部分磁通线的流动导致转换器上的净力向右。但是对于相同的转换器位置，在加上线圈电流的情况下，对于图16所示的情况，大部分磁通线的流动已经移位到左手线圈和转换器结构的净环绕。因此，大多数磁通线现在向上和向左跨过气隙的情况证实了这一点，并在上述公开申请的图17A的图中示出。如果转换器借助于“止动部”而位于引入转换器磁体之前，则图16所示的线圈电流的引入将压制向右的闩锁力并产生向左的净驱动力，从而使得转换器向左运动。如果转换器确实进行了移动并随后越过中心或中立位置，则驱动或开关电流甚至可以被去除，因为现在磁体单独产生的向左的闭锁力将增强朝向中心或中立位置左侧的类似的关闭状态闭锁位置的余下的左向运动。中心位置左侧和右侧上的两个闭锁位置之间的净轴向间距因此被称为机器的“行程”长度。

在具有与图16所示的情况相同的线圈电流驱动的线性马达结构内随转换器的轴向位置而变的总磁场线的一组情况的幻灯片表明，对于假设的线圈电流水平，无论转换器位置的假设值如何，转换器结构上的净力都始终向左。

最后，线圈电流辅助驱动、即在磁体闭锁力的方向上的驱动的情况下的磁场和轴向剪切应力方案分别在上述公开申请的图18和图19A中给出。图18和图19A的情况下的线圈电流的极性与图16和图17A所示的情况正相反，转换器位置与图16和图17A的情况相同。在这种情况下，当转换器位置移动到中心位置左侧时，线圈电流在磁体闭锁力的方向上驱动。

现在参照图4和图5，示出了第一耦合构件12’、第二耦合构件(未被示出)的凹口17’以及通过形成在耦合构件12’的耦合表面内的槽16’接收并保持的锁定构件或棘爪23’的另一个实施方式。与第一实施方式的部件相同或相似的第二实施方式的部件具有相同的附图标记但加上单引号。

除了具有单引号的部件之外，超越式、非摩擦式径向耦合和控制组件的第二实施方式具有与第一实施方式基本相同的部件。该组件优选包括具有承载支架的一个或多个径向棘爪式离合器组件。

第二实施方式的耦合和控制组件包括第一耦合构件或槽板12’和第二耦合构件或凹口板，如前所述，其未被整体示出，而是出于简便的目的示出了其凹口17’。第一和第二构件或板被支撑为围绕输出轴19’的公共旋转轴线15’相对于彼此旋转。第二构件通过轴承(未被示出)支撑为在轴19’上旋转，并且第一构件12’经由花键(未被示出)通过花键连接至输出轴19’以与其一起旋转。

锁定构件或棘爪23’通过槽板12’的上部和下部的杯状部分或承窝部分200’和202’枢转地支撑在它们相应的槽16’内。承窝部分200’和202’各自相应地具有凹形的承载表面204’和206’，它们分别适于配合在锁定构件23’的突出的、凸形的、上部和下部枢轴212’和214’的对应的承载表面208’和210’上。优选地，枢轴212’和214’为锁定构件23’提供了光滑的、球形的承载表面，由于其围绕其枢转轴线216’相对于耦合构件或板在其接合位置和分离位置之间枢转，因此可以在耦合构件之间产生单向扭矩传递。

上部的枢轴212’和下部的枢轴214’分别从锁定构件23’的主体部分218’伸出。主体部分218’在用于接合构件的第一端表面220’和用于接合构件的第二端表面222’之间延伸。

质心或质量(即，重力)中心基本上以枢转轴线216’为中心，使得锁定构件23’基本上离心地中立或平衡。在槽板12’旋转时，离心力作用在锁定构件23’的质心上。枢转轴线216’基本上位于第一端表面220’和第二端表面222’之间的中点处。如果锁定构件23’不是基本上离心地中立或平衡，则使锁定构件23’旋转所需的力在诸如10000RPM的高转速下将会较高。虽然可以消除锁定构件的不平衡问题，但这些措施通常是不切实际的。通过使锁定构件23’的质心或质量中心位于其槽16’内的旋转轴线216’上，锁定构件23’变得基本上离心地中立或平衡，从而使单向离合器更轻且更紧凑。

诸如弹簧的一个或多个偏置构件(未被示出)设置在形成在它们相应的槽16’中的凹部224’中，以偏置它们相应的锁定构件23’的端部54’，从而在分离位置中将锁定构件23’推入到它们相应的槽16’中。当锁定构件23’的相对的端部的下侧骑在轮廓表面175’上时，弹簧力起到克服凸轮174’的凸轮力的作用。与第一实施方式中一样，漏斗形的凸轮174’的柄部180’适于在锁定构件枢转运动期间在槽板12’中的孔眼(未在图4和图5中示出)内滑动。

随着eCMD作为高级混动车辆和电动车辆的可行技术被人们广泛接受，离合器的规格和要求迅速增多。电动马达的特性是在零/低速度下扭矩高，其转动能力比传统ICE应用快出3倍。eCMD需要能够在至少15000RPM的速度下打开和关闭。旋转产生的径向力的公式是：

F_c＝MV²/r

因此，径向力以速度的平方增大。因此，15000RPM的速度下重量为4.17克的离合器中的支柱的示例性设计转换为为支柱在其槽中的径向力为151磅。这些是eCMD设计者现在面临的新问题。eCMD的控制系统(机电部分)必须能够在存在这些巨大的径向力的情况下使支柱旋转。这些径向力不会受到槽板外壁的反作用。产生的摩擦力会产生与所需的支柱旋转相反的力矩。摩擦力的方程(公式)为：

F_f＝μN，其中N＝F_c，并且μ＝摩擦系数

反向力矩的方程为：

M＝F_fr

其中r＝力矩臂，其是从枢转点到支柱与槽的接触点的距离。

M的值越低，eCMD的机电部分就越容易使支柱旋转。因此，对于给定的离合器速度，可以进行操纵来减小力矩的参数是支柱的质量、μ的值和力矩臂的长度。以下描述针对图6和图7的实施方式及其减小力矩臂的目的而做出。

现在参照图6和图7，示出了第一耦合构件12”、第二耦合构件13”的凹口17”以及被接收并保持在形成在耦合构件12”的耦合表面中的槽16”内的锁定构件或棘爪23”的又一个实施方式。与第一和第二实施方式相同或相似的部件的第三实施方式的部件具有相同的附图标记但加上双引号。

除了具有双引号的部件之外，超越式、非摩擦式径向耦合和控制组件的第三实施方式具有与第一和第二实施方式基本相同的部件。该组件优选包括具有承载支架的一个或多个径向棘爪式离合器组件。

第三实施方式的耦合和控制组件包括第一耦合构件或槽板12”和第二耦合构件或凹口板13”，如前所述，其未被整体示出，而是出于简便的目的示出了其凹口17”。第一和第二构件或板被支撑为围绕输出轴(未被示出)的公共旋转轴线相对于彼此旋转。第二构件通过轴承(未被示出)支撑为在轴上旋转，并且第一构件12”经由花键(未被示出)通过花键连接至输出轴以与其一起旋转。

锁定构件或棘爪23”通过槽板12”的上部和下部的杯状部分或承窝部分200”和202”支撑在其槽16”内。承窝部分202”具有凹形的承载表面206”，其适于配合在锁定构件23”的突出的、凸形的下部枢轴214”的对应的承载表面210”上。优选地，枢轴214”为锁定构件23”提供了光滑的、球形的承载表面，由于其围绕其枢转轴线216”相对于耦合构件或板在其接合位置和分离位置之间枢转，因此可以在耦合构件之间产生单向扭矩传递。

图6和图7的设计示出了对图4和图5的径向支柱和槽的修改。径向支柱23”是MIM部件，其形成有以支柱的质心为中心的椭圆形孔240”。槽板具有直径约为2mm的压入的硬化和抛光的销242”。椭圆形保持部中的狭槽宽度约为2.2mm。如果不存在销242”，则会在A点处发生径向支柱的接触，力矩臂为C。当存在销242”时，在B点处发生滑动接触，力矩臂为D。优点是D比C短得多，因此M随力矩臂长度的减小而线性减小。

径向支柱23”和销242”都可以涂覆有减小μ的摩擦减小覆层，例如特氟隆。

销242”不与径向支柱23”的孔紧密配合的原因是，当支柱23”被锁定并承受负载时，必须与销242”有间隙。点242”的功能是在从关闭到打开和从打开到关闭过渡时提供反作用点。其负载不应超过来自旋转产生的径向力的负载，因此是椭圆形间隙孔240”。

下部的枢轴214”从锁定构件23”的主体部分218”伸出。主体部分218”在用于接合构件的第一端表面220”和用于接合构件的第二端表面222”之间延伸。

质心或质量(即，重力)中心基本上以枢转轴线216”为中心，使得锁定构件23”基本上离心地中立或平衡。在槽板12”旋转时，离心力作用在锁定构件23”的质心上。枢转轴线216”基本上位于第一端表面220”和第二端表面222”之间的中点处。如果锁定构件23”不是基本上离心地中立或平衡，则使锁定构件23”旋转所需的力在诸如10000RPM的高转速下将会较高。虽然可以消除锁定构件的不平衡问题，但这些措施通常是不切实际的。通过使锁定构件23”的质心或质量中心位于其槽16”内的旋转轴线216”上，锁定构件23”变得基本上离心地中立或平衡，从而使单向离合器更轻且更紧凑。

诸如弹簧的一个或多个偏置构件(未被示出)设置在形成在其槽16”中的凹部224”中，以偏置锁定构件23”的端部54”，从而在分离位置中将锁定构件23”推入到其槽16”中。当锁定构件23”的相对的端部的下侧骑在轮廓表面175”上时，弹簧力起到克服凸轮174”的凸轮力的作用。与第一实施方式中一样，漏斗形的凸轮174”的柄部180”适于在锁定构件枢转运动期间在槽板12”中的孔眼(未在图6和图7中示出)内滑动。

现在参照图8，总体上以323表示的“跷跷板形”锁定构件或支柱被表示为处于总体上以311表示的其离合器组件的槽板312与凹口板313之间的耦合位置。理论上，在离合器旋转时，不存在试图使支柱323在任一方向上旋转的净力矩。使支柱323旋转到‘关闭’位置是经由设置在凹部324中并直接作用在支柱323上的复位弹簧325实现的。复位弹簧325(见复位弹簧力矩313)必须克服摩擦力(见摩擦力矩315)，以确保支柱323与凹口板313的凹口317分离。

图1、图2和图10的弹簧柱塞致动器系统是“发后即忘”的，因为其柱塞或杆172被弹簧194偏置为在齿对接的状况下向支柱323提供“打开”力。因此，一旦板312和313之间的相对运动使得凹口可用，支柱323就会接合。

换言之，支柱323的重心(即，CG)和支柱323的旋转轴线316共同位于同一位置。这意味着在支柱323的CG和枢转点316之间没有力矩臂，如图8所示。如果没有力矩臂，则就不存在CG产生的试图使支柱323旋转的力矩。

当在高转速下关闭离合器组件311时，对支柱323的旋转起作用的唯一的力及其对应的力矩是复位弹簧325产生的作用于打开(相反的)方向上的关闭弹簧力矩313和摩擦力矩315。为了使支柱323关闭，复位弹簧力矩313必须大于摩擦力矩315。如果支柱323和槽板312之间的摩擦系数较低，则支柱323上的净力矩使支柱323关闭。油、表面光洁度、CG相对于旋转点316的不完美的位置都可能产生与复位弹簧力矩313相反的力矩之和克服复位弹簧力矩313的情况。这将导致支柱323不会旋转到关闭位置。在致动器系统的行程到达关闭位置之后，离合器组件311可能不会关闭。这意味着作用在于在大约9000RPM以上的转速下关闭支柱323的复位弹簧力矩313是不够强的。需要增大净关闭力矩来确保支柱323在100％的时间内关闭。

现在参照图9和图11，根据本发明的至少一个实施方式构造了一种球窝锁定构件支柱，其总体上以423表示。球窝支柱423具有偏离旋转点或轴线416的重心417，从而在总体上以411表示的离合器组件旋转时产生净“关闭”力矩。

复位弹簧425设置在形成于槽板412中的凹部424中、直接作用在支柱423上并且用于在新的支柱力矩(即，质心力矩臂419)之外帮助“关闭”支柱423。以这种方式，关闭力显著增大，以可靠地使支柱423与其离合器或凹口板413分离。

因此，现在需要来自致动系统(在图11中总体上以430表示)的更大的“打开”力来克服这种增大的“关闭”力。这些新的“关闭”力的总和将压制图10的致动系统的弹簧194，并且可能会导致齿对接状况期间系统的磁闭锁不足。修改图10的系统获得了如下所述的图11的系统430。

系统430不是像图10的系统那样的“发后即忘”系统，从而允许使用图11的“实心柱塞”系统430。与具有弹簧194、柱塞、套筒或轴承198和柱塞紧固件(未被示出)的图10的系统相比，实心柱塞致动系统430具有更少的部件。

图9的锁定构件或支柱423具有以下特征：

1)除了支柱423处于图9所示的锁定或接合位置的情况之外，其球窝设计保持支柱423和其槽板412之间的接触被限制在球窝交界面处。这样做的目的是保持摩擦力矩臂较小(在球和承窝之间)，直到达到致动系统430的从关闭到打开的全行程为止。这使接触面在旋转的同时离开槽的后壁，直到达到打开位置为止。这降低了图11的线性马达驱动系统430在打开时的轴向力需求，并在关闭时辅助复位弹簧425和离心力矩。

2)槽板412(承窝)围绕支柱423的球形(趾部)部分421的包裹足以将支柱423保持在其在槽板412中的槽中。这帮助了上述的功能1)并将支柱423卡在槽中。

3)CG在支柱423的打开位置形成力矩臂，使得：(1)力矩臂419针对打开位置的旋转范围为其最大长度419，并且(2)力矩臂419距CG的长度在关闭位置为零(在虚线位置)。该特征确保了在支柱423完全打开时(实线)在关闭方向上具有最大力矩419并且在支柱423处于关闭位置时(虚线)没有关闭力矩，从而使致动系统430的线性马达在打开时更容易使支柱423旋转。

4)支柱423的“摇杆状”形状与现有技术的摇杆或支柱不同之处在于以下重要方面：(1)该形状是专门针对本文公开的径向“可控”离合器而设计的；(2)支柱423用于2向离合器并且不是被动的；(3)支柱423不进行超越，在不传递扭矩时其被关闭并且保持关闭；以及(4)槽板412(承窝)围绕支柱423的趾部(即，球形部分421)具有更多包裹量，以形成真正的球窝型接头。

如前所述，在支柱423具有的支柱几何形状中，其CG417并非共同位于其旋转点或轴线416处。CG相对于旋转点416的位置在打开位置中提供了最大长度的力矩臂419，这在支柱423上产生离心关闭力矩。该离心关闭力矩与复位弹簧力矩相加。这两个力矩之和现在足以克服大约9000RPM以上的转速下的摩擦力矩，从而确保支柱423关闭。随着支柱423从打开旋转到关闭，CG417相对于支柱427的旋转点416的力矩臂419减小，使得在完全关闭时力矩臂长度419为零，从而在关闭位置不存在离心力。这种特征有助于驱动系统430更容易地使致动器从关闭移动到打开。最初不存在使支柱423从关闭移动到打开的离心阻力。

支柱423解决了前面提到的高速分离时的关闭问题。然而，这增加了致动系统柱塞476的致动器为了克服这些新的关闭力从关闭到打开所需的更多轴向力(柱塞476的杆部480在图9中标出)。致动系统430摒弃了现有致动系统的“发后即忘”的控制策略/功能，并使用打开定子力使致动器从齿对接状况移动至打开位置。当使用线圈166使离合器打开时，意味着系统430与图10的致动系统在以下方面不同：

·定子子组件135现在保持打开更长的时间，从而为座圈或耦合构件412和413提供旋转进入锁定状态所需的时间。

·对于定子子组件135打开的给定时间，座圈412和413之间必须有最小的相对速度以离开齿对接位置旋转到锁定位置。支柱423必须相对于凹口板413的凹口移动的最大距离(S＝RO)等于以弧度表示的离合器411的间隙×凹口板的半径ID/OD。

·“发后即忘”功能不再存在，因此消除了柱塞弹簧194的需要。这就是图11的“实心柱塞”发挥作用的地方。

·当消除“发后即忘”时，控制策略变得更加复杂。

·由于柱塞和致动器之间不再有相对运动，因此柱塞套筒也被消除。

·打开磁闭锁呃要求可以稍微减少，因为它们不再需要驱动致动器从齿对接位置打开。闭锁的唯一作用是保持打开和关闭。

尽管上面描述了示例性实施方式，但是这些实施方式并非意图描述本发明的所有可能的形式。相反，说明书中所使用的词语是描述性而非限制性词语，并且应理解的是可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种变化。另外，多个实施方式的特征可以组合形成本发明的另外的实施方式。

Claims

1.一种锁定构件，其用于在耦合组件的第一耦合构件和第二耦合构件之间可控地传递扭矩，所述第一耦合构件和所述第二耦合构件被支撑为围绕公共旋转轴线相对于彼此旋转，所述第一耦合构件包括具有槽的耦合表面，所述槽的尺寸和形状被设置为用于接收并且象征性地保持所述锁定构件，所述锁定构件包括：

用于接合构件的第一端表面；

用于接合构件的第二端表面；以及

位于所述第一端表面和所述第二端表面之间的细长的主体部分，所述主体部分被构造为实现所述锁定构件围绕枢转轴线的枢转运动，所述锁定构件的所述第一端表面和所述第二端表面在所述枢转运动期间能相对于所述第一耦合构件和所述第二耦合构件在接合位置和分离位置之间移动，由此能在所述第一耦合构件和所述第二耦合构件之间产生单向扭矩传递，并且其中所述锁定构件的质心偏离所述枢转轴线并且所述质心在所述分离位置中与包含所述公共旋转轴线和所述枢转轴线的第一径向线基本上对齐并且所述质心在所述接合位置中与位于偏离所述第一径向线的第二径向线上的所述公共旋转轴线对齐，使得所述质心相对于所述枢转轴线的力矩臂随着所述锁定构件从所述接合位置开始移动而减小，以帮助所述锁定构件进行分离。

2.根据权利要求1所述的锁定构件，其中，所述主体部分包括用于实现所述枢转运动的突出的球形部分。

3.根据权利要求1所述的锁定构件，其中，所述锁定构件为径向锁定构件。

4.根据权利要求2所述的锁定构件，其中，所述枢转轴线基本上位于所述球形部分的中心处。

5.根据权利要求1所述的锁定构件，其中，所述主体部分包括偏离所述质心的突出的球形部分，所述球形部分适于被接收在所述第一耦合构件的承窝部分内以实现所述枢转运动，所述第一耦合构件适于经由所述球形部分被枢转地连接至所述锁定构件。

6.根据权利要求3所述的锁定构件，其中，所述锁定构件为可控的锁定构件。

7.根据权利要求6所述的锁定构件，其中，所述锁定构件为球窝支柱。

8.根据权利要求1所述的锁定构件，其中，所述质心相对于所述枢转轴线的所述力矩臂随着所述锁定构件从所述接合位置开始移动而从最大值减小到在所述分离位置处基本为零，以帮助所述锁定构件进行分离。

9.一种可接合的耦合组件，其包括：

第一耦合构件和第二耦合构件，所述第一耦合构件和所述第二耦合构件被支撑为围绕公共旋转轴线相对于彼此旋转；

锁定构件，其用于在所述第一耦合构件和所述第二耦合构件之间可控地传递扭矩，

所述第一耦合构件包括具有槽的耦合表面，所述槽的尺寸和形状被设置为用于接收并且象征性地保持所述锁定构件，所述槽具有承窝部分，

所述锁定构件包括：

用于接合构件的第一端表面；

用于接合构件的第二端表面；以及

位于所述第一端表面和所述第二端表面之间的细长的主体部分，所述主体部分包括在球窝交界面处被接收并保持在所述承窝部分内的突出的球形部分，以实现所述锁定构件围绕枢转轴线的枢转运动，所述锁定构件的所述第一端表面和所述第二端表面在所述枢转运动期间能相对于所述第一耦合构件和所述第二耦合构件在接合位置和分离位置之间移动，由此能在所述第一耦合构件和所述第二耦合构件之间产生单向扭矩传递，并且

其中所述槽的所述承窝部分在所述球窝交界面处具有延伸跨过包含所述公共旋转轴线和所述枢转轴线的径向线并且伸入到所述槽中的臂，所述承窝部分的所述臂包裹所述球形部分的一部分。

10.根据权利要求9所述的组件，其中，所述枢转轴线基本上位于所述球形部分的中心。

11.根据权利要求9所述的组件，其中，所述球形部分偏离所述锁定构件的质心。

12.根据权利要求9所述的组件，其中，所述锁定构件为支柱。

13.根据权利要求9所述的组件，其中所述锁定构件是可控的锁定构件。

14.根据权利要求9所述的组件，其中，所述槽的所述承窝部分的与所述承窝部分在所述球窝交界面处的臂相对的部分延伸跨过包含所述公共旋转轴线和所述枢转轴线的所述径向线。

15.根据权利要求9所述的组件，其中，除了当所述锁定构件处于所述接合位置之外，所述锁定构件与所述第一耦合构件之间的接触被限制于所述球窝交界面，在此期间其中一个构件接合端表面压紧所述槽的后壁，使得来自所述其中一个构件接合端表面的接触力在所述锁定构件从所述分离位置朝向所述接合位置移动时离开所述槽的后壁。

16.根据权利要求9所述的组件，其中，所述锁定构件的质心偏离所述枢转轴线，使得所述质心相对于所述枢转轴线的力矩臂随着所述锁定构件从所述接合位置开始移动而减小，以帮助所述锁定构件进行分离。

17.一种超越式耦合和控制组件，其包括：

所述第一耦合构件包括具有槽的第一表面以及具有通道的第二表面，所述槽的尺寸和形状被设置为用于接收并且象征性地保持所述锁定构件，所述通道与所述槽连通以将驱动力传递给所述锁定构件，从而驱动所述槽内的所述锁定构件，使得所述锁定构件在接合位置与分离位置之间移动，所述槽具有承窝部分，

所述锁定构件包括：

用于接合构件的第一端表面；

用于接合构件的第二端表面；以及

18.根据权利要求17所述的组件，其中，所述枢转轴线基本上位于所述球形部分的中心。

19.根据权利要求17所述的组件，其中，所述球形部分偏离所述锁定构件的质心。

20.根据权利要求17所述的组件，其中，所述锁定构件为球窝支柱。

21.根据权利要求17所述的组件，其还包括被接收在所述通道内用于提供所述驱动力的线性致动器。

22.根据权利要求21所述的组件，其中，所述线性致动器包括实心柱塞，所述实心柱塞在第一轴向位置和第二轴向位置之间移动，以控制所述组件的操作模式。

23.根据权利要求21所述的组件，其中，所述锁定构件被偏置构件偏置为从所述接合位置朝向所述分离位置移动。

24.根据权利要求19所述的组件，其还包括复位弹簧，以用于在所述锁定构件上施加与所述球窝交界面处的所述驱动力和摩擦力相对的弹簧力。

25.根据权利要求17所述的组件，其中，所述槽的所述承窝部分的与所述承窝部分在所述球窝交界面处的臂相对的部分延伸跨过包含所述公共旋转轴线和所述枢转轴线的所述径向线。

26.根据权利要求17所述的组件，其中，除了当所述锁定构件处于所述接合位置之外，所述锁定构件与所述第一耦合构件之间的接触被限制于所述球窝交界面，在此期间其中一个构件接合端表面压紧所述槽的后壁，使得来自所述其中一个构件接合端表面的接触力在所述锁定构件从所述分离位置朝向所述接合位置移动时离开所述槽的后壁。

27.根据权利要求17所述的组件，其中，所述锁定构件的质心偏离所述枢转轴线，使得所述质心相对于所述枢转轴线的力矩臂随着所述锁定构件从所述接合位置开始移动而减小，以帮助所述锁定构件进行分离。

28.一种超越式耦合和控制组件，其包括：

被支撑为相对于彼此旋转的第一耦合构件和第二耦合构件；

用于在所述第一耦合构件和所述第二耦合构件之间可控地传递扭矩的锁定构件，所述第一耦合构件包括具有槽的第一表面以及具有通道的第二表面，所述槽的尺寸和形状被设置为用于接收并且象征性地保持所述锁定构件，所述通道与所述槽连通以将驱动力传递给所述锁定构件，所述驱动力用于使所述锁定构件相对于所述第一耦合构件和所述第二耦合构件移动到接合位置，由此能在所述第一耦合构件和所述第二耦合构件之间产生单向扭矩传递，所述槽具有承窝部分，所述锁定构件包括：用于接合构件的第一端表面；用于接合构件的第二端表面；以及位于所述第一端表面和所述第二端表面之间的细长的主体部分，所述主体部分包括在球窝交界面处被接收并保持在所述承窝部分内的突出的球形部分，以实现所述锁定构件围绕枢转轴线的枢转运动，所述锁定构件的所述第一端表面和所述第二端表面在所述枢转运动期间能相对于所述第一耦合构件和所述第二耦合构件在接合位置和分离位置之间移动；

被接收在所述通道内用于提供所述驱动力的致动器；以及

设置在形成于槽板中的凹部中的复位弹簧，其用于在所述锁定构件上施加弹簧力，所述弹簧力用于使所述锁定构件相对于所述第一耦合构件和所述第二耦合构件移动到分离位置，

其中所述槽的所述承窝部分在所述球窝交界面处具有延伸跨过包含公共旋转轴线和所述枢转轴线的径向线并且伸入到所述槽中的臂，所述承窝部分的所述臂包裹所述球形部分的一部分。