ДИФФЕРЕНЦИАЛ С ОГРАНИЧЕННЫМ СКОЛЬЖЕНИЕМ И МЕХАНИЗМ КОНТРОЛЯ ЕГО ВКЛЮЧЕНИЯ
DIFFERENTIAL WITH LIMITING SLIPPAGE AND DIFFERENTIAL THROW-IN CONTROL MECHANISM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к дифференциалам с регулируемой тягой, и более конкретно к таким дифференциалам такого типа, которые могут быть заторможены и даже заблокированы в результате некоторого входного воздействия, например механического входного воздействия или электрического входного сигнала.
Кроме того, настоящее изобретение относится к механизмам и системам контроля включения и системам данного типа, которые могут применяться для регистрации изменения состояния дифференциала с регулируемой тягой, например, переключения между разблокированным и заблокированным состоянием.
Уровень техники
Дифференциалы с регулируемой тягой, к типу которых относится настоящее изобретение, обычно включают в себя картер, образующий отделение для шестерен и расположенный в нем набор шестерен дифференциала, включающий в себя, по меньшей мере, одну входную шестерню и две выходные полуосевые шестерни. Описание настоящего изобретения приводится для дифференциала с коническими шестернями, хотя для специалистов в данной области техники понятно, что изобретение не ограничено этой конструкцией и может применяться для дифференциалов с другими типами зацепления, такими как спиральное или планетарное. Обычно, по меньшей мере, между одной из полуосевых шестерен и соседней прилегающей поверхностью картера помещается пакет муфт таким образом, что пакет муфт или механизм блокировки при введении его в действие ограничивает вращение данной шестерни относительно картера. В большинстве дифференциалов описанного типа включение пакета муфт или механизма блокировки (для снижения дифференциального действия) достигается одним из нескольких различных способов.
В одном из способов в блокируемом дифференциале данного типа, проиллюстрированном и описанном в патенте US Re 28004, права на который принадлежат правообладателю настоящего изобретения и который прилагается к данному документу для справки, пакет муфт является нормально выключенным. Когда одна из шестерен начинает вращаться относительно другой, механизм контроля скорости регистрирует разницу скоростей шестерен и при помощи механизма со скошенными кулачками жестко фиксирует пакет муфт. В прилагающемся патенте механизм контроля скорости включает в себя центробежный механизм, выход которого образует входное воздействие, вызывающее блокировку дифференциала.
В патенте US 5019021, также принадлежащем правообладателю настоящего изобретения и включенном в данный патент для справки, показан другой способ снижения дифференциального действия. В этом патенте показан и описан "дифференциал с ограниченным скольжением", в котором усилие, прикладываемое к пакету муфт, изменяется под действием внешнего электрического входного сигнала, благодаря чему меняется степень проскальзывания между элементами пакета муфт. Таким образом, величина момента, передаваемого от одной полуосевой шестерни к другой, тоже меняется. Специалистам в данной области техники хорошо известно, что в дифференциале повышенного трения всегда имеет место некоторое проскальзывание или разница скоростей между двумя полуосевыми шестернями в случае движения автомобиля при любых условиях сцепления, отличных от оптимальных. В вышеупомянутом прилагаемом патенте "входным воздействием" для дифференциала является электрический входной сигнал, но внутри дифференциала имеется еще одно входное воздействие, представляющие собой осевое перемещение одной из пластин приводного устройства с работающими по скошенным контактным поверхностям шариками, перемещение которого в осевом направлении изменяет нагрузку, приложенную к пакету муфт, хорошо известным специалистам в данной области техники образом.
И, наконец, в патенте US 6551209, права на который также принадлежат правообладателю настоящего изобретения и который включен в данный документ для справки, проиллюстрирован другой способ блокировки дифференциала. В вышеупомянутом включенном в данный документ патенте показан и описан блокирующийся дифференциал, в котором отсутствует пакет фрикционных муфт, а вместо него используется устройство механической блокировки. В дифференциале цитируемого патента 209 имеется приводное устройство со скошенными шариками, которое под действием электрического входного сигнала вводит набор пальцев в соответствующие отверстия в полуосевой шестерне дифференциала, таким образом, фиксируя полуосевую шестерню относительно картера дифференциала. Для целей настоящего изобретения перемещение пальцев к полуосевой шестерне или от нее для получения либо заблокированного, либо разблокированного состояния соответственно также рассматривается как "входное воздействие" для приспособления ограничения вращения выходной шестерни относительно картера дифференциала.
Таким образом, из обзора вышеописанных типов дифференциалов повышенного трения и блокируемых дифференциалов видно, что существует ряд различных механизмов, известных специалистам в данной области техники, которые обычно используются для ограничения (замедления) или предотвращения вращения одной из выходных полуосевых шестерен относительно картера дифференциала. Однако следует заметить, что общей особенностью конструкций большинства дифференциалов повышенного трения и блокируемых дифференциалов известного уровня техники, и в особенности внедренных в производство правообладателем настоящего изобретения, является наличие некоторого элемента, перемещающегося в осевом направлении, в процессе работы механизма, осуществляющего функцию ограничения проскальзывания или блокировки дифференциала.
В последнее время растет число автомобилей (в особенности легковых и легких грузовых), в трансмиссию которых встроена какая-либо система повышения устойчивости или сцепления. Примерами таких систем являются система контроля сцепления (СКС), антиблокировочная система тормозов (АБС) и электронная программа повышения устойчивости (ЭПУ). Вполне обычным и желательным для подобных систем является наличие какого-либо устройства изменения сцепления и предпочтительно дифференциала с ограниченным скольжением или блокируемого дифференциала с электрическим приводом. Для максимально эффективной и безопасной работы подобных систем важно, чтобы логическая схема управления системы получала некоторый обратный сигнал от дифференциала, по которому логическая схема управления в любой момент времени могла бы определить, находится ли дифференциал во включенном (заблокированном) состоянии или в отключенном (разблокированном) состоянии.
К сожалению, регистрация заблокированного состояния (или разблокированного состояния) блокируемого дифференциала или регистрация увеличения прижимного усилия муфты (снижения прижимного усилия муфты) подразумевает регистрацию некоторого параметра типа осевого перемещения элемента внутри картера дифференциала, обычно вращающегося внутри неподвижного внешнего корпуса. Одним из кажущихся очевидными способов установки датчика на вращающемся картере является закрепление датчика на внешней стороне картера и передача генерируемого электрического сигнала от дифференциала к микропроцессору автомобиля при помощи токосъемных контактных колец. К сожалению, подобная конструкция, как правило, не является технически осуществимой. В большинстве дифференциальных устройств отсутствует возможность прикрепления чего-либо к внешней поверхности (внешнему диаметру) картера дифференциала (или выступания элементов в радиальном направлении в его сечении), поскольку на заводе при сборке моста должна быть обеспечена возможность одевания зубчатого венца на внешний диаметр картера и прикрепления его к фланцу картера при помощи болтов.
Другим препятствием, с которым встречаются специалисты в данной области техники при разработке приспособлений для регистрации изменения состояния дифференциала с ограниченным скольжением или блокируемого дифференциала, является тот факт, что используемая измерительная система должна быть способна сохранять работоспособность и эффективно работать в довольно тяжелых условиях. Например, измерительное устройство и вся система должны предсказуемо работать в широком диапазоне температур (например, от -40°С до 190°С). Кроме того, измерительное устройство должно работать в смазке на основе нефтехимических веществ без снижения точности выходного сигнала измерительной системы, показывающей текущее состояние дифференциала.
Раскрытие изобретения
Соответственно задачей настоящего изобретения является разработка усовершенствованного дифференциального механизма и усовершенствованного измерительного устройства и узла для его использования в дифференциале, которые устраняют вышеописанные проблемы, существующие на текущем уровне техники.
Другой задачей настоящего изобретения является разработка такого усовершенствованного дифференциального механизма и усовершенствованной измерительной системы для него, в котором сформулированная выше задача решается без какого-либо изменения конструкции базового дифференциального механизма и без существенного увеличения габаритов собранного дифференциального механизма.
Более конкретной задачей настоящего изобретения является разработка такого усовершенствованного дифференциального механизма и измерительной системы для него, в котором для регистрации изменения состояния дифференциала используется осевое перемещение внутри дифференциала элемента, являющегося деталью дифференциального механизма, а не некоторого дополнительного «специального» элемента.
Вышеописанные и другие задачи изобретения достигаются в усовершенствованном дифференциальном механизме, включающем в себя корпус с осью вращения и отделение для шестерен, шестерни дифференциала помещены в отделение для шестерен и включают в себя, по меньшей мере, один сателлит и первою и вторую полуосевые шестерни. Механизм снабжен приспособлением для ограничения вращения первой полуосевой шестерни относительно картера дифференциала, приводным приспособлением для включения приспособления ограничения вращения, причем приводное приспособление срабатывает под воздействием входного сигнала и перемещает приспособление ограничения вращения из выключенного состояния во включенное. Приспособление ограничения вращения включает в себя элемент, который расположен вблизи одного из осевых торцов картера и может перемещаться в направлении оси вращения между первым положением, соответствующим выключенному состоянию приспособления ограничения вращения, и вторым положением, соответствующим включенному состоянию.
Усовершенствованный дифференциальный механизм отличается тем, что измерительный узел, расположенный около одного из осевых торцов картера и включающий в себя чувствительный элемент и стеночный элемент, расположен вдоль оси между приспособлением ограничения вращения и приводным приспособлением. Стеночный элемент включает в себя неферромагнитный участок, расположенный в осевом направлении между чувствительным элементом и подвижным элементом, благодаря чему перемещение подвижного элемента между первым и вторым положениями вызывает соответствующее изменение магнитного потока, связывающего чувствительный элемент и подвижный элемент.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения разработан механизм, включающий в себя картер, определяющий ось и отделение, механизм включает в себя приводное приспособление для включения механизма, при этом приводное приспособление срабатывает под воздействием входного сигнала и переводит механизм из выключенного состояния во включенное состояние. Механизм включат в себя перемещающийся в осевом направлении элемент, расположенный около одного осевого торца картера и выполненный с возможностью перемещения в направлении оси между первым положением, соответствующим выключенному состоянию механизма, и вторым положением, соответствующим включенному состоянию.
Усовершенствованный механизм отличается тем, что измерительный узел расположен рядом с одним осевым торцом между механизмом и приводным приспособлением. Стеночный элемент включает в себя неферромагнитный участок, расположенный в осевом направлении между чувствительным элементом и подвижным элементом, благодаря чему перемещение подвижного элемента между первым и вторым положениями вызывает соответствующее изменение магнитного потока, связывающего чувствительный элемент и подвижный в осевом направлении элемент. Чувствительный элемент включает в себя электромагнитную катушку, установленную около одного осевого торца картера и расположенную в основном концентрично с осью.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. Осевое сечение блокирующегося дифференциала, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, находящегося в выключенном, разблокированном состоянии.
Фиг.2. Увеличенный вид в сечении, аналогичном сечению по фиг.1, но в другой плоскости.
Фиг.3. Пространственный вид части дифференциального механизма, показанного на фиг.1 и 2.
Фиг.4. Увеличенный схематизированный вид продольного сечения, аналогичного сечению по фиг.2, иллюстрирующий важный аспект настоящего изобретения.
Фиг.5. График зависимости напряжения от времени, отражающий взаимосвязь, используемую в одном из вариантов осуществления изобретения в измерительном устройстве.
Фиг.6. Электрическая схема, представляющая часть варианта осуществления электрической схемы управления, которая может использоваться совместно с устройством контроля зацепления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На чертежах, не ограничивающих данное изобретение, фиг.1 представляет собой осевое сечение дифференциала повышенного трения, и более конкретно блокируемого дифференциала, включающего в себя настоящее изобретение. Особенности конструкции и работы дифференциалов общего типа, к которому относится данное изобретение, и конкретного типа, показанного на фиг.1, могут быть пояснены с использованием вышеприведенных патентов. В частности, общее устройство и работа блокируемого дифференциала, показанного на фиг.1, практически аналогичны описанному в вышеприведенном патенте US 6551209.
Однако, как уже было отмечено, настоящее изобретение может быть полезным не только для блокируемых дифференциалов, но также может давать преимущества при использовании в дифференциалах с ограниченным скольжением, по меньшей мере, в тех из них, которые включают в себя какой-либо элемент, расположенный внутри дифференциала и перемещающийся внутри картера дифференциала таким образом, что перемещение элемента характеризует переход между состоянием проскальзывания и состоянием ограниченного проскальзывания. Кроме того, использование настоящего изобретения не ограничивается какой-либо конкретной конфигурацией дифференциала, за исключением специально отмеченных в пунктах прилагаемой формулы изобретения. И, наконец, следует отметить, что в одном аспекте настоящее изобретение включает в себя измерительный узел и систему, которые могут эффективно использоваться для контроля изменения состояния связанного с ними механизма, который включает в себя расположенный в нем элемент, в которых перемещение элемента соответствует изменению рабочего состояния связанного с ними механизма.
Дифференциальный механизм (блокируемый дифференциал), показанный на фигуре 1, содержит картер 11, который образует отделение для шестерен, обозначенное общей позицией 13. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения и только в качестве примера картер 11 состоит из цельного единого корпуса, и все детали внутри дифференциала вставляются через окно (на фигуре не показано) в картер 11, что хорошо известно специалистам в данной области техники. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено какой-либо конкретной конфигурацией картера 11 или какой-либо конкретной конфигурацией окна или даже наличием подобного окна. Момент к дифференциалу обычно подводится через входной зубчатый венец (на фигуре не показан), который крепится к фланцу 15 (показанному частично) картера 11 любым подходящим способом, например при помощи болтов (на фигуре также не показаны).
Внутри отделения 13 для шестерен расположен набор шестерен дифференциала, включающий пару входных сателлитов 17, которые установлены на оси 19 сателлита с возможностью вращения. Обычно ось 19 сателлита фиксируется относительно картера любым подходящим способом, например при помощи стопорного штифта 21. Сателлиты 17 являются входными шестернями набора шестерен дифференциала и находятся в зацеплении с парой полуосевых шестерен 23 и 25. На полуосевых шестернях 23 и 25 выполнены прямые внутренние шлицы 27 и 29 соответственно, которые могут входить в зацепление с соответствующими внешними шлицами пары полуосей (на фигуре не показаны). Картер 11 включает в себя участки 31 и 33 кольцевых ступиц, на которые устанавливается пара комплектов подшипников (на фигуре не показаны), которые используются для обеспечения опоры дифференциального механизма, позволяющей ему вращаться относительно внешнего корпуса дифференциала (также на фигуре не показан).
Как хорошо известно специалистам в данной области техники, при обычном прямолинейном движении автомобиля между правой и левой полуосевыми шестернями 23 и 25 отсутствует разница в скоростях вращения и, следовательно, сателлиты 17 не вращаются относительно оси 19. Картер 11, сателлиты 17 и полуосевые шестерни 23 и 25 вращаются относительно оси вращения А (показанной только на фигурах 1 и 2) как одно целое.
Следует понимать, что блокируемый дифференциал настоящего изобретения может работать в одном из нескольких режимов. Дифференциал может работать в режиме "ручного управления", т.е. в режиме, при котором водитель вручную выбирает заблокированный режим и дифференциал работает в заблокированном режиме почти сразу после начала движения автомобиля. В другом варианте блокируемый дифференциал может работать в "автоматическом режиме", когда, как в одном из возможных примеров, микропроцессор автомобиля отслеживает параметры условий эксплуатации, такие как проскальзывание забегающего колеса, и передает соответствующий электрический входной сигнал к блокируемому дифференциалу, вызывая блокировку полуосевой шестерни 25 относительно картера 11 для предотвращения дальнейшего дифференциального действия.
Понятно, что в случае работы блокируемого дифференциала в автоматическом режиме при определенных условиях эксплуатации, таких, которые имеют место при повороте автомобиля или наличии небольшой разницы в размерах шин, допускается некоторая разница в скоростях вращения полуосевых шестерен 23 и 25. Однако в соответствии с настоящим изобретением в блокируемом дифференциале может наличествовать или отсутствовать пакет муфт или другое аналогичное устройство, которое просто снижает или ограничивает дифференциальное действие, а вместо этого в нем может осуществляться выбор только между включенным состоянием, показанным на фигуре 1, и выключенным заблокированным состоянием, не показанным отдельно на фигурах.
В соответствии с фигурой 2 в сочетании с фигурой 1 блокируемый дифференциал настоящего изобретения включает в себя устройство ограничения вращения, обозначенное в сборе позицией 35. Для лучшего объяснения работы устройства 35 ограничения вращения сошлемся на вышеприведенный патент US 6551209. Специалистам в области дифференциалов следует понимать, что, поскольку настоящее изобретение не ограничено какой-либо определенной конструкцией или режимом работы устройства 35 ограничения вращения за исключением специально отмеченных в пунктах прилагаемой формулы изобретения, в данном документе приводится лишь краткое описание устройства 35, включенное в него только для описания уровня техники и в качестве примера. Картер 11 включает в себя торцевую стенку 37, в которой выполнены два массива отверстий. Первый массив отверстий (показан на фигуре 1) образует множество отверстий 39 под палец, которые выполнены в осевом направлении по всей осевой протяженности торцевой стенки 37. Внутри каждого отверстия 39 находится подвижный в осевом направлении практически цилиндрический палец 41 (также далее в данном тексте и в прилагаемых пунктах формулы изобретения называемый "блокирующий элемент"). Второй массив отверстий (см. фигуру 2) образует множество отверстий 43 под пружины, которые на фигуре 2 идут со стороны левого края торцевой стенки 37, таким образом, что внутри каждого отверстия 43 установлена витая пружина сжатия 45.
Левый край каждой пружины 45 сжатия опирается на внутреннюю скошенную пластину 47 (см. также фигуру 3) привода, в сборе обозначенного позицией 49. Привод 49 с работающими по скошенной контактной поверхности шариками также включает в себя внешнюю скошенную пластину 51, и множество кулачковых элементов (шариков) 53 расположены между внутренней скошенной пластиной 47 и внешней скошенной пластиной 51 так, как это хорошо известно специалистам в области приводов с работающими по скошенной контактной поверхности шариками. Привод 49 с работающими по скошенной контактной поверхности шариками может рассматриваться как часть устройства 35 ограничения вращения.
Снаружи картера 11 (слева от привода 49 с работающими по скошенной контактной поверхности шариками на фигурах 1 и 2) в осевом направлении установлен электромагнитный привод, обозначенный в сборе позицией 55, который предпочтительно включает в себя кольцевую электромагнитную катушку 57, расположенную радиально снаружи от и служащего ей опорой кольцевого опорного элемента 59. Опорный элемент 59 расположен вокруг части участка 31 кольцевой ступицы, имеющего больший диаметр, таким образом, что электромагнитный привод 55 является неподвижным (т.е. зафиксированным относительно внешнего корпуса дифференциала, который не показан на фигурах), а картер 11 может свободно вращаться внутри и относительно него. Электромагнитный привод 55 в определенных аспектах проиллюстрирован и описан более подробно в одном или большем числе вышеупомянутых патентов.
Включение электромагнитной катушки 57 происходит под действием электрического входного сигнала, передаваемого на катушку 57 через два электрических провода 61 (см. фигуру 2), цифра 61 в дальнейшем используется для обозначения либо самих проводов, либо электрического входного сигнала.
Как показано в основном на фигурах 2 и 3, в непосредственной близости от электромагнитной катушки 57 расположена кольцевая приводная пластина 63, которая зафиксирована любым подходящим способом, например при помощи шлицевого соединения, для того чтобы исключить ее вращение относительно внешней скошенной пластины 51. Связь между приводной пластиной 63 и внешней скошенной пластиной 51 более подробно описывается далее при описании измерительного устройства настоящего изобретения. Поэтому, как это хорошо известно специалистам в данной области техники и проиллюстрировано и описано в вышеприведенных патентах, когда к катушке 57 подводится ток, возникающие линии магнитного потока проходят через ведущую пластину 63 и вводят пластину во фрикционный контакт с соседними поверхностями трения на корпусе 65 катушки. Корпус 65 катушки предпочтительно зафиксирован от вращения относительно внешнего корпуса дифференциала, не показанного на фигурах, но представленного на фигуре 2 символом заземления, обозначенным позицией 66. В результате замедляется вращение кольцевой приводной пластины 63 и, следовательно, внешней скошенной пластины 51 относительно картера 11.
Однако внутренняя скошенная пластина 47 зафиксирована посредством выступов 67 (см. фигуру 3) таким образом, что она вращается вместе с картером 11 и, следовательно, под действием скосов вызывает перемещение внутренней скошенной пластины 47 вправо в осевом направлении (на фигурах 1-3) в сторону, противоположную силе поджатия пружин сжатия 45. Как видно в основном на фигуре 1, "внешняя" грань полуосевой шестерни 23 (т.е. грань со стороны торцевой стенки 37) имеет множество отверстий 69, причем отверстия 69 расположены массивом, совпадающим с массивом пальцевых отверстий 39. Следовательно, поскольку массивы отверстий 39 и отверстий 69 расположены по окружности друг напротив друга (положение, показанное на фигуре 51), при включении электромагнитной катушки 57 внутренняя скошенная пластина 47 переместится вправо на фигуре 1 и введет элементы 41 в зацепление с отверстиями 69, таким образом, блокируя полуосевую шестерню 23 относительно картера 11 (включенное или заблокированное состояние).
Большинство из того, что было описано до этого момента, уже является известным в основном из вышеупомянутых прилагаемых патентов. Теперь со ссылками на все фигуры чертежей в их сочетании друг с другом опишем важный аспект настоящего изобретения. Как уже утверждалось выше, одной из целей данного изобретения является обеспечение возможности регистрации перехода в блокированное или разблокированное состояние (т.е. обеспечение возможности регистрации изменения состояния механизма), с использованием осевого перемещения внутри механизма элемента, являющегося частью механизма.
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения исключительно в качестве примера "подвижный в осевом направлении элемент" включает в себя внутреннюю скошенную пластину 47 привода 49 с работающими по скошенным контактным поверхностям шариками. В соответствии с одним аспектом изобретения внутренняя скошенная пластина 47 сама выполняет роль "подвижного в осевом направлении элемента" для целей, описанных в прилагаемых пунктах формулы изобретения, и отсутствует необходимость в какой-либо дополнительной структуре, служащей целью, отслеживаемой измерительным приспособлением, которое будет описано ниже.
Далее в основном со ссылками на фигуры 2, 3 и 4 описывается измерительное устройство настоящего изобретения. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения корпус 65 катушки является двуполостным (т.е. корпус катушки 65 имеет не только полость для электромагнитной катушки 57 (приводной катушки), но также имеет полость, внутри которой располагается измерительная катушка 71), его работа описывается ниже. Измерительная катушка 71 может представлять собой простую электромагнитную катушку или подмагниченную катушку. В обоих случаях измерительная катушка 71 (также далее в данном документе и в прилагающихся пунктах формулы изобретения называемая "чувствительный элемент") предпочтительно является измерительным устройством "бесконтактного" типа в том смысле, в каком этот термин понимается в области измерительных устройств. Как хорошо известно специалистам в области электромагнитных приводов, корпус 65 катушки включает в себя ферромагнитный элемент, как и кольцевая приводная пластина 63, которая является частью электромагнитной цепи для введения в действие привода 49 с работающими по скошенным контактным поверхностям шариками. Внутренняя скошенная пластина 47 также предпочтительно включает в себя ферромагнитный элемент из соображений, которые станут понятны далее.
Однако в соответствии с важным аспектом изобретения внутренняя в радиальном направлении часть приводной пластины 63, расположенная непосредственно рядом с измерительной катушкой 71, заменяется кольцевым оконным элементом 73, который хорошо виден на фигурах 3 и 4. Термин "оконный" используется по отношению к элементу 73 в основном для объяснения того, что в целях настоящего изобретения оконный элемент 73 не является ферромагнитным и, следовательно, электромагнитная цепь (или электромагнитный поток) не "удерживается" внутри оконного элемента 73, а наоборот, линии поля потока F (см. фигуру 4) могут свободно проходить через него. В противоположность этому, как хорошо известно в области электромагнетизма, линии потока, возникающие при включении катушки 57, находятся в пределах приводной пластины 63 и проходят через нее в вертикальном направлении. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения и исключительно в качестве примера кольцевой оконный элемент 73 обладает структурной целостностью и износостойкостью, достаточными для передачи момента от кольцевой приводной пластины 63 к внешней скошенной пластине 51. Как также хорошо известно специалистам в данной области техники, алюминиевый оконный элемент 73 несколько повышает плотность потока по сравнению с воздухом.
В то же самое время, как хорошо видно на фигуре 4, кольцевой оконный элемент 73 расположен в осевом направлении между измерительной катушкой 71 и внутренней скошенной пластиной 47, подвижным в осевом направлении элементом рассматриваемого варианта осуществления изобретения. Когда ток подается на измерительную катушку 71, электромагнитный поток F будет иметь вид, показанный на фигуре 4. Линии потока F проходят через корпус 65 катушки вокруг измерительной катушки 71, проходят через оконный элемент 73, через прилегающий воздушный зазор, затем через часть внутренней скошенной пластины 47. Как известно из предыдущего краткого описания устройства 35 ограничения вращения и электромагнитного привода 55, внутренняя скошенная пластина 47 перемещается в осевом направлении (см. стрелку на фигуре 4) между первым состоянием (см. фиг.2), соответствующим отключенному состоянию устройства 35, и вторым состоянием (положением, к которому перемещается скошенная пластина 47 на фигуре 4), соответствующим включенному состоянию устройства 35.
В соответствии с важным аспектом изобретения при изменении осевого положения внутренней скошенной пластины 47 изменяется длина линий магнитного потока, но на нее не влияет оконный элемент 73. Изменения длины линий потока, которые вызываются удалением или приближением внутренней скошенной пластины 47 относительно измерительной катушки 71, приводят соответственно либо к уменьшению, либо к увеличению плотности (или индуктивности) потока F. Изменения в плотности потока (или индуктивности) могут регистрироваться или контролироваться при помощи внешней электрической схемы, которая может преобразовывать замеренную плотность потока (или индуктивность) в величину, характеризующую изменения осевого расстояния между измерительной катушкой 71 и скошенной пластиной 47.
2
Далее будем ссылаться в основном на фигуру 5, на которой показан график изменения напряжения по времени, иллюстрирующий важную взаимосвязь, используемую в одном из вариантов осуществления измерительного устройства настоящего изобретения. При разработке изобретения были исследованы несколько различных устройств, реализующих бесконтактные способы измерения, включающих способ, известный под названием «Измерения при помощи импульсной индукции». В устройстве измерения при помощи импульсной индукции на измерительную катушку 71 подается заданная сила тока ("Импульс постоянного тока" на фигуре 5). Этот известный ток вызывает образование магнитного поля, которое индуцирует магнитный поток F, показанный на фигуре 4. Этот поток F накапливает энергию в материалах (Энергия=1/2 L). Подача заданного тока затем резко прекращается, вызывая исчезновение (затухание) потока F и рассеяние энергии. Изменения потока F вызывают возникновение индукционных токов во внутренней скошенной пластине 47, но затухание индукционных токов происходит медленно из-за внутреннего сопротивления ферромагнитной скошенной пластины 47.
По мере протекания вышеописанных индукционных токов через скошенную пластину 47 эти индукционные токи также создают магнитное поле, которое в свою очередь индуцирует ток в измерительной катушке 71, в результате чего возникает обратная ЭДС (электродвижущая сила). При измерении возникающего напряжения (от обратной ЭДС) на измерительной катушке 71 получается отрицательный пик напряжения («пик» на фигуре 5), затухающий по экспоненте, как это показано на фигуре 5. Скорость затухания отрицательного пика является функцией индукции, которая, в свою очередь, непосредственно связана с величиной воздушного зазора между измерительной катушкой 71 и внутренней скошенной пластиной 47. Однако специалистам в области измерительных устройств следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено вышеописанной или любой другой конкретной измерительной концепцией, если это специально не отмечено в прилагаемых пунктах формулы изобретения.
Существует множество хорошо известных измерительных систем и настоящее изобретение не ограничивается измерениями на основе импульсной индукции. Для определения расстояния путем измерения частоты колебания могут использоваться колебательные контуры с подобранным резонансным контуром, в которых индуктор и конденсатор образуют осциллятор, настроенный на определенную частоту. Поскольку данная концепция может использоваться для регистрации любого металла, при ее использовании при слишком высокой частоте не удастся проникнуть сквозь алюминий. В этой концепции не используется схема входного каскада настроенного осциллятора. Также могут использоваться другие известные системы бесконтактных магнитных датчиков и линейных датчиков. При разработке настоящего изобретения было обнаружено, что метод измерения на основе импульсной индукции является относительно простым и эффективным при использовании в данных конкретных условиях.
С точки зрения конкретного применения для настоящего изобретения вышеописанная концепция измерения входит в предпочтительный вариант осуществления изобретения, отчасти потому что она оказалась эффективной в широком диапазоне рабочих температур (от примерно -40°С до примерно 190°С) и при помещении в различные смазки на основе нефтехимических веществ (типа трансмиссионных масел). Ни колебания температур, ни наличие различных масел не оказали отрицательного влияния на способность точной регистрации изменения состояния (осевого перемещения) скошенной пластины 47.
На фигуре 6 показан участок электрической схемы управления, в целом обозначенный позицией 81, который может использоваться для реализации концепции измерений, показанной и описанной со ссылками на фигуру 5. На схеме, показанной на фигуре 6, импульсная цепь (показанная на фигуре 5 как импульс постоянного тока) является входом для управляющей схемы 81. Выходом управляющей схемы 81 является аналоговый сигнал 91, который характеризует расстояние между внутренней скошенной пластиной 47 и контрольной катушкой 71.
Изобретение подробно описано в вышеприведенной спецификации и предполагается, что специалистам в данной области техники не составит труда произвести различные изменения и модификации изобретения на основе изучения данной спецификации. Предполагается, что все подобные изменения и модификации включены в изобретение в той мере, в которой они находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.