CN106763290A - 一种全线性新型离合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全线性新型离合器，它包括：壳体，皮带轮，轴承，上盖，轴连轴承，主轴，水封，导线，线圈槽，线圈，衔铁，弹片，弹片座，磁流体置室和PWM脉冲信号发生器，该离合器能够有效改变现有离合器功能和性能，使现有离合器的功能性能更好满足使用需要，兼顾电磁离合器反应速度快的优点；克服电磁离合器只有开关特性，没有中间特性的缺点，兼顾硅油离合器柔性传递扭矩的优点；克服中间扭矩不可控制的缺点。

Description

一种全线性新型离合器

技术领域

本发明涉及精确控制水泵的输出流量的水泵离合器，具体是一种全线性新型离合器，速度控制可以从零速到全速全程控制。

背景技术

迄今为止，广泛使用于汽车、拖拉机、船舶、家电、发电机组、工程机械等机械工程所用的离合器主要是电磁离合器和硅油离合器，这些离合器都是改变负载的输出特性，改变负载的输出转速，以适应工作环境对负载的要求。

汽车空调离合器绝大部分采用电磁离合器。通过连接在发动机上的皮带轮驱动电磁离合器的皮带轮，根据空调温度的高低，通过ECU控制空调离合器线圈的通断来控制温度。这就像我们室内的定频空调，定频空调现在已被更高级节能的变频空调在取代。本发明专利类似取代现有汽车空调离合器的变频空调离合器，让汽车空调离合器升级为变频空调离合器。

现有汽车风扇离合器大量采用硅油风扇离合器和电磁风扇离合器，电磁风扇离合器反应速度快，但只有开关特性，对风扇冲击大，节能效果有限。硅油风扇离合器是柔性连接，但反应速度较慢，控制精度差。节能效果有限。本发明很好解决两种离合器的缺点，使得两种离合器的优点得到体现。既能高精度控制离合器的转速，反应速度在毫秒级。

发动机水泵离合器，汽车发动机水泵离合器还没有大面积推广，现有国内外采用的是电磁离合器，是只能通断不能变速。本发明专利可以精确控制水泵的转速，以满足发动机热平衡的需要。

工业控制离合器大量采用电磁离合器，多条流水线控制等，只能控制通断不能调整速度。本发明很好的解决了这类问题，用一台电机控制多条流水线，没条流水线转速可以通过离合器控制。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种能够精确控制输出转速、反应速度快、适用范围广、高可靠、高节能、长寿命的新型离合器。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种全线性新型离合器，它包括：壳体，皮带轮，轴承，上盖，轴连轴承，主轴，水封，所述的主轴的外侧套设有轴连轴承，轴连轴承的一端与壳体相连，轴连轴承的另一端延伸至上盖中，上盖与皮带轮相连接，皮带轮通过轴承与壳体连接，主轴的径向设有的水封与壳体连接，它还包括：导线，线圈槽，线圈，衔铁，弹片，弹片座，磁流体置室和PWM脉冲信号发生器，所述的皮带轮和轴承的中间处设有线圈槽，线圈槽内设有线圈，线圈下方设有的导线与PWM脉冲信号发生器相连，WM脉冲信号发生器与ECU相连，弹片座套设在主轴的上端，弹片座上设有弹片，弹片的下方设有衔铁，上盖、皮带轮、轴承和轴连轴承构成磁流体置室。

PWM即脉冲宽度调制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种技术，对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

磁流体又称磁性液体、铁磁流体或磁液，是一种新型的功能材料，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。是由直径为纳米量级的磁性固体颗粒、基载液以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。该流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性。

作为本发明的进一步优选，所述的弹片、衔铁和线圈的位置相对，通过控制线圈的通电，从而使磁流体发生流变效应并具备磁性，磁流体使衔铁逐渐向线圈方向靠近，从而控制皮带轮跟随主轴高速旋转，通过控制线圈断电，磁流体无磁性吸引力，衔铁与线圈分离，皮带轮跟随轴连轴承从动降速旋转。

作为本发明的进一步优选，所述的皮带轮与衔铁的间隙为0.3mm～1mm。

作为本发明的进一步优选，所述的弹片的厚度为1mm～2mm。

作为本发明的进一步优选，所述的磁流体置室为密封腔体。

作为本发明的进一步优选，磁流体置室内填充60％～80％的磁流体，磁流体由导磁粉体材料、低粘度硅油和活性剂组成，根据输出需要配制不同比例。

作为本发明的进一步优选，上盖内设有将转速信号反馈给ECU的转速测定装置，所述转速测定装置包括滑动电接触元件、霍尔开关、以及随上盖一起相对霍尔开关转动的多极磁环，所述多极磁环包括12个N极、S极交替排列的永磁体，随上盖的转动使霍尔开关周期性导通或截止。

滑动电接触元件的输入端连接电磁线圈提供PWM信号，输入端还连接霍尔开关形成闭环控制系统，滑动电接触元件的输入端至少有五根线，其中两根连接电磁线圈，通过改变磁流体粘度控制风扇转速；另外两根为霍尔开关提供电源；还有一根连接霍尔开关将转速信号反馈给ECU，实现对风扇的闭环(PID)控制。

工作原理：在发动机刚启动时，由于水温较低，ECU收到水温过低的信号后，向线圈发出断电信号，皮带轮与衔铁分离，壳体跟上盖作低速运行，发动机快速暖机，此时的磁流体置室内设置的磁流体处于液态状态，白痴流动特性；当发动机水温逐渐上升到高温限定值时，ECU收到水温过高的信号后向电磁线圈发出PWM脉冲信号，在固定负载的情况下，输出转速与线圈电流成线性关系，线圈根据PWM脉冲信号限定通电时间，线圈通电后产生磁场，磁流体在磁场的作用下发生流变效应，呈现类似固态形式，磁流体使衔铁逐渐向线圈方向靠近直至贴合，从而使皮带轮缓慢从速于主轴直至达到主轴转速；当PWM脉冲信号限定的通电时间到后，线圈断电，磁流体无磁性吸引力，衔铁与线圈分离，皮带轮跟随轴连轴承从动降速旋转。通过控制电磁铁和耦合衔铁片与磁流体配合，能够有效改变现有离合器功能和性能，使现有离合器的功能性能更好满足使用需要，兼顾电磁离合器反应速度快的优点；克服电磁离合器只有开关特性，没有中间特性的缺点，兼顾硅油离合器柔性传递扭矩的优点；通过PWM脉冲信号发生器控制占空比从而控制皮带轮的转速逐渐加快并从速于主轴，从而兼顾硅油离合器柔性传递扭矩的优点，通过PWM脉冲信号发生器控制占空比从而克服中间扭矩不可控制的缺点。

有益效果：本发明所述的一种全线性新型离合器，与现有技术相比，具有以下有点：

1、能有效运用于汽车、船舶、家电、工业控制的各个领域，应用范围广，节能效果好；

2、通过控制线圈的通电和断电，使线圈和耦合衔铁片与磁流体配合，从而分别控制皮带轮跟随主轴高速旋转或跟随轴连轴承从动降速旋转，速度控制可以从零速到全速，能够有效改变现有离合器功能和性能，使现有离合器的功能性能更好满足使用需要，节能效果更明显，使用更方便；

3、克服电磁离合器只有开关特性，没有中间转速特性的缺点，解决了离合器由开关控制到全线性变速精密控制的功能；

4、通过PWM脉冲信号发生器控制线圈通电，从而使磁流体的粘度增强并具备磁性，通过PWM脉冲信号发生器控制占空比从而控制皮带轮的转速逐渐加快并从速于主轴，从而兼顾硅油离合器柔性传递扭矩的优点；

5、通过PWM脉冲信号发生器控制占空比从而控制皮带轮的转速逐渐加快并从速于主轴，从而兼顾硅油离合器柔性传递扭矩的优点，通过PWM脉冲信号发生器控制占空比从而克服中间扭矩不可控制的缺点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明用于发动机风扇离合器的结构示意图；

图3为本发明用于汽车空调离合器的结构示意图；

图4为本发明用工业控制离合器的结构示意图；

其中：1.壳体、4.导线、5.皮带轮、6.线圈槽、7.线圈、8.轴承、10.衔铁、11.弹片、12.弹片座、13.上盖、16.磁流体置室、17.轴连轴承、18.主轴、19.水封。

具体实施方式

下面结合附图，进一步阐明本发明。

如图1所示，本发明所述的一种全线性新型离合器，它包括：壳体1，皮带轮5，轴承8，上盖13，轴连轴承17，主轴18，水封19，导线4，线圈槽6，线圈7，衔铁10，弹片11，弹片座12，磁流体置室16和PWM脉冲信号发生器20。

主轴18的外侧套设有轴连轴承17，轴连轴承17的一端与壳体1相连，轴连轴承17的另一端延伸至上盖13中，上盖13与皮带轮5相连接，皮带轮5通过轴承8与壳体1连接，带轮5和轴承8的中间处设有线圈槽6，线圈槽6内设有线圈7，线圈7下方设有的导线4与PWM脉冲信号发生器20相连，弹片座12套设在主轴18的上端，弹片座12上设有弹片11，弹片11的下方设有衔铁10，上盖13、皮带轮5、轴承8和轴连轴承17构成磁流体置室16，磁流体置室16内填充有60％～80％的磁流体，主轴18的径向设有的水封19与壳体1连接。

在发动机刚启动时，由于水温较低，ECU收到水温过低的信号后，向线圈7发出断电信号，皮带轮5与衔铁10分离，壳体1跟上盖13作低速运行，发动机快速暖机；当发动机水温逐渐上升到高温限定值时，ECU收到水温过高的信号后向线圈7发出PWM脉冲信号，在固定负载的情况下，输出转速与线圈7电流成线性关系，线圈7根据PWM脉冲信号限定通电时间，线圈7通电后，磁流体的粘度增强并具备磁性，磁流体使衔铁10逐渐向线圈7方向靠近直至贴合，从而使皮带轮5缓慢从速于主轴18直至达到主轴18转速；当PWM脉冲信号限定的通电时间到后，线圈7断电，磁流体无磁性吸引力，衔铁10与线圈7分离，皮带轮5跟随轴连轴承17从动降速旋转。

实施例

如图2所示为发动机风扇离合器的结构图，发动机主轴18转动，衔铁10、上盖13、轴承8、磁流体置室16内的磁流体和通电线圈7相互作用，PWM脉冲信号发生器20控制线圈7通断电，连接壳体1的风扇输出转速会随着PWM信号的变化而变化，达到精确控制风扇风量的目的。

图3为汽车空调离合器的结构图，发动机带动皮带轮5转动，衔铁10、皮带轮5、磁流体置室16内的磁流体和通电线圈7相互作用，PWM脉冲信号发生器20控制线圈7通断电，压缩机输出转速会随着PWM信号的变化而变化，达到精确控制空调输出温度的目的。

图4为工业控制离合器的结构图，电机带动主轴18转动，衔铁10、主轴18、磁流体置室16内的磁流体、通电线圈7相互作用，PWM脉冲信号发生器20控制线圈7通断电，从动输出转速会随着PWM信号的变化而变化，达到精确控制输出转速的目的。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全线性新型离合器，它包括：壳体(1)，皮带轮(5)，轴承(8)，上盖(13)，轴连轴承(17)，主轴(18)，水封(19)，所述的主轴(18)的外侧套设有轴连轴承(17)，轴连轴承(17)的一端与壳体(1)相连，轴连轴承(17)的另一端延伸至上盖(13)中，上盖(13)与皮带轮(5)相连接，皮带轮(5)通过轴承(8)与壳体(1)连接，主轴(18)的径向设有的水封(19)与壳体(1)连接，其特征在于，它还包括：导线(4)，线圈槽(6)，线圈(7)，衔铁(10)，弹片(11)，弹片座(12)，磁流体置室(16)和PWM脉冲信号发生器(20)，所述的皮带轮(5)和轴承(8)的中间处设有线圈槽(6)，线圈槽(6)内设有线圈(7)，线圈(7)下方设有的导线(4)与PWM脉冲信号发生器(20)相连，PWM脉冲信号发生器(20)与ECU相连，弹片座(12)套设在主轴(18)的上端，弹片座(12)上设有弹片(11)，弹片(11)的下方设有衔铁(10)，上盖(13)、皮带轮(5)、轴承(8)和轴连轴承(17)构成磁流体置室(16)。

2.根据权利要求1所述的一种全线性新型离合器，其特征在于：所述的弹片(11)、衔铁(10)和线圈(7)的位置相对。

3.根据权利要求1所述的一种全线性新型离合器，其特征在于：所述的皮带轮(5)与衔铁(10)的间隙为0.3mm～1mm。

4.根据权利要求1所述的一种全线性新型离合器，其特征在于：所述的弹片(10)的厚度为1mm～2mm。

5.根据权利要求1所述的一种全线性新型离合器，其特征在于：所述的磁流体置室(16)为密封腔体。

6.根据权利要求1所述的一种全线性新型离合器，其特征在于：所述的磁流体置室(16)内设有磁流体。

7.根据权利要求6所述的一种全线性新型离合器，其特征在于：所述的磁流体置室(16)内填充60％～80％的磁流体。

8.根据权利要求1所述的一种全线性新型离合器，其特征在于：所述的上盖(13)内设有将转速信号反馈给ECU的转速测定装置。