CN109737163B - 一种用于发动机主动悬置的动圈式作动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于发动机主动悬置的动圈式作动器，包括端盖、片弹簧、永磁体、推杆、线圈、线圈支架、外衔铁、内衔铁、定距管、紧固套筒，外衔铁设置在内衔铁外侧，内衔铁、外衔铁均安装在端盖上，内衔铁外侧面上设有凹槽，永磁体固定安装在内衔铁的凹槽内；定距管安装在二个片弹簧之间，定距管的顶端和底端分别连接二个片弹簧；线圈设置在外衔铁和内衔铁之间，线圈上连接有线圈支架，线圈支架通过紧固套筒固定在定距管上。本发明可有效解决动子质量过大的问题，提高了作动器对控制信号执行过程中的响应速度以及在发动机激励振幅范围内的刚度线性度，提高了作动器外壳的热量散发能力和使用寿命。

Description

一种用于发动机主动悬置的动圈式作动器

技术领域

本发明涉及发动机技术领域。

背景技术

目前随着混合动力汽车的使用越来越多，发动机频繁地启停以及转速上升率高等特点对汽车乘坐舒适性提出更大的挑战。并且为了提高燃油经济性，在一些高级轿车中闭缸技术得到运用，发动机的一个或多个气缸被关闭，不仅增加了振动阶次的多样性，还加剧了发动机受力不均匀，产生很多不利于舒适性的振动。主动悬置可以根据发动机的实时工况，传感器采集振动信号，并通过控制计算后，由控制器发出指令使作动器产生激振力和来自发动机的振动相互抵消，从而抑制振动传递到车身，实现主动减振，提高乘坐舒适性。从而作动器的好坏将直接决定减振效果。

作动器也称作动机构、执行器。它是一种能提供作动力（或力矩）的装置，其作用是将控制器输出的电量等非机械量转变为应变、位移、力等机械量, 以实现对控制对象的应变驱动、位移驱动、力驱动的目的。因此, 它是振动主动控制系统中必不可少的一个环节。实际应用中对作动器提出的基本性能要求包括: 最大极限应变量、刚度、频带、线性、强度、温度灵敏度、有效性和可靠性等。作动器的种类较多，常用的有电磁作动器、液压作动器、压电作动器、磁致伸缩作动器、电致伸缩作动器、气动作动器等。其中电磁作动器凭借其反应灵敏、输出位移大、适用频带宽等优点，广泛应用主动控制领域。电磁作动器又分为动铁式、动圈式及动磁式三种类型。

现有技术存在以下问题：1）目前用于发动机主动悬置的大多为动磁式，发动机的最大激励频率一般在250HZ以上，而目前主动悬置常用的动磁式作动器由于动子质量较大，其共振频率普遍最高只能达到150Hz左右，无法保证在作动器在高频段的主动减振效果。2）部分有关作动器的现有技术，采用单边安装片弹簧，安装方式及动子质量等因素将造成片状弹簧的初始位置无法处于平面状态，从而出现作动器在工作振幅范围内刚都线性度差，不利于进行控制程序的设计。3）由于发动机主动悬置的安装空间有限，现有的作动器一般都无法配置冷却系统，工作时产生的热量都是通过外壳自然散发。但是由于作动器的外壳散发热量的能力有限，导致作动器的工作温度较高，长时间后可能会导致作动器内部元件的损坏，导致产品性能失效，使用寿命大大缩短。

现有技术中，申请号为CN201610669077.7的发明专利申请公开了一种用于振动主动控制的电磁作动器，包括：端盖、骨架、作动杆、轴毂、机壳、线圈、弹簧片、永磁体以及接线端口，两个轴毂对称地安装在环形的骨架的内部两端；多个永磁体依次紧凑地粘接在骨架的外部并粘接成两圈；端盖与永磁体之间形成气隙，并且两个端盖之间设置有支架，线圈缠绕在所述支架上；绕制好的线圈置于机壳内部，并与接线端口一起注塑成型，线圈通过接线端口与外部电源连接；两个弹簧片分别压装在两个端盖内，所述作动杆贯穿所述轴毂且作动杆与两个弹簧片连接，并且作动杆伸出其中一个弹簧片的一端用于与需减振的装置连接。

发明内容

本发明提供一种用于发动机主动悬置的动圈式作动器，解决现有作动器因动子质量太大、共振频率低于发动机的最大激励频率而导致主动悬置在高频段减振效果较差的问题。

本发明的技术方案是：一种用于发动机主动悬置的动圈式作动器，包括端盖、片弹簧、永磁体、推杆、线圈、线圈支架，端盖包括上端盖和下端盖，上端盖和下端盖上各安装有一个片弹簧，推杆安装在片弹簧中部；所述用于发动机主动悬置的动圈式作动器还包括外衔铁、内衔铁、定距管、紧固套筒；外衔铁设置在内衔铁外侧，内衔铁、外衔铁均安装在端盖上，内衔铁外侧面上设有凹槽，永磁体固定安装在内衔铁的凹槽内；定距管安装在二个片弹簧之间且位于推杆外围，定距管的顶端和底端分别连接二个片弹簧；线圈设置在外衔铁和内衔铁之间，线圈上连接有线圈支架，线圈支架通过紧固套筒固定在定距管上。

线圈与线圈支架通过注塑成型形成一体化元件。

所述的用于发动机主动悬置的动圈式作动器还包括设置在上端盖上面的上防护盖和设置在下端盖下面的下防护盖。

推杆穿过上防护盖中部，上防护盖和推杆相接处设有卡环；下防护盖直接扣在下端盖上。

片弹簧中部设有中心孔，推杆安装在片弹簧的中心孔处。

所述的用于发动机主动悬置的动圈式作动器还包括散热装置；散热装置包括位于外衔铁外侧的机壳和安装在机壳上的散热片。

散热装置采用过盈配合方式安装在外衔铁的外侧。

散热片采用片状结构，或者，采用弯曲的管道结构；散热片与机壳的固定连接方式采用螺钉连接、焊接或粘接。

端盖与片弹簧的固定安装方式采用铆接、焊接或粘接。

本发明的有益效果：

1）本发明的作动器动子部分将非导磁的轻质材料制成的线圈支架与线圈一同利用注塑技术进行一体化注塑成型，实现动子质量轻且安装方便，使作动器的共振频率高于发动机最大激励频率，保证了主动悬置在全频段的减振效果。并且随着动子质量惯性的减小，相应的响应速度也随着反转滞回的减小而提高，特别是当线圈里的电流反向时更为明显，有利于提高控制精度与效果。

2）本发明采用片弹簧结构，可使作动器动子部分进行无摩擦运动，其优点在于不产生摩擦力，从而避免了作动器的机械负担。此外，由于消除了摩擦带来的出力滞后，提高了作动器的响应速度，也就是说，在参照信号发生变化的时候，特别是当控制电流信号反转的时候，作动器产生的作动力不会发生延迟，可以达到精确控制，控制效果将明显提高。

3）本发明采用片弹簧与端盖一体化成型，且两端的片弹簧定距式安装，可使片弹簧初始状态减少变形处于松弛的平面，从而工作过程可充分利用片弹簧刚度在小变形范围内恒定的特性，大大提高了作动器的出力与电流之间的线性关系，为主动悬置的控制带来方便，使其控制算法简化的同时，控制效果也将得到明显改善。

4）本发明对作动器安装散热装置，通过在外衔铁外部安装带有几组铝制散热片的机壳，可以使作动器散热及时且散热效果好，降低了工作发热引起的温度升高对作动器出力性能的限制与影响，同时也大大提高了作动器的使用寿命。

附图说明

图1是用于发动机主动悬置的动圈式作动器的剖视结构示意图；

图2是端盖与片状弹簧一体式结构示意图；

图3是散热片与机壳组成的散热装置示意图；

图中：1、推杆；2、上防护盖；3、端盖；4、外衔铁；5、散热装置；6、下防护盖；7、永磁体；8、片弹簧；9、定距管；10、线圈；11、内衔铁；12、线圈支架；13、紧固套筒；14、卡环；15、散热片；16、机壳。

具体实施方式

发动机悬置是用于减少并控制发动机振动的传递，并起到支承作用的汽车动力总成件。主动减振是一种需要外部能源的减振控制技术，它是通过施加与原振动方向相反的控制力来实现结构减振控制的。

请参考图1至图3，一种用于发动机主动悬置的动圈式作动器，包括：推杆1、上防护盖2、端盖3、外衔铁4、散热装置5、下防护盖6、永磁体7、片弹簧8、定距管9、线圈10、内衔铁11、线圈支架12、紧固套筒13、卡环14、散热片15、机壳16。上端盖和下端盖分别连接在机壳的顶面和底面，外衔铁4、永磁体7、定距管9、线圈10、内衔铁11、线圈支架12、紧固套筒13均安装在机壳内。其中，两组永磁体7固定在内衔铁11的凹槽内，同时与外衔铁4一并安装在端盖3上组成定子组件；线圈10与线圈支架12通过注塑成型形成一体化元件，并通过紧固套筒13固定在定距管9上，从而与推杆1共同组成动子组件；片弹簧8分别安装在定子组件的端盖3中，并通过中心孔与动子组件的推杆1固定，实现了动子组件与定子组件之间的无摩擦连接；另外，散热装置5(包括机壳和散热片)通过过盈配合安装在外衔铁4的外侧；端盖3包括上端盖和下端盖，上防护盖2安装在上端盖上，上防护盖和推杆相接处设有卡环14；而下防护盖6直接扣在下端盖上，起到防止油渍灰尘等进入作动器内部的作用。在两片弹簧中间位置安装定距管9。

本发明的工作原理是由永磁体7形成恒定磁场，而当线圈10通以变化的交流电时，线圈10、线圈支架12及推杆1等组成的动子组件将沿轴向进行上下往复振动，从而输出激振力和来自发动机的振动相互抵消，达到主动减振效果。

图1所示，作动器的定子与动子之间是通过片弹簧8进行径向对准安装的，采用这种安装方式可在线圈10通电时，动子可沿轴向进行无摩擦运动，避免了摩擦力所带来滞后特性，这对于提高作动器的响应速度是十分有利的。

图2所示，片弹簧8是由片状材料直接冲压成型，其表面可设计成S型的开孔或凹槽的结构。该类片弹簧的径向刚度与其轴向刚度相比是非常高的，这样的设计可以确保即使在轴向移动的情况下，也可以保证径向对准。并且其轴向刚度值在小变形范围内是恒定的。

在作动器整体组装前，先将片弹簧8与端盖3通过专用设备及特定夹具工装进行一体化成型后待用，其成型方式包括翻边铆压等。其相比于在作动器组装时通过螺钉等方式安装片弹簧，该方式可以单独使用夹具工装来保证片弹簧在与端盖成型后不变形，仍保持松弛的平面状态。并且如图1所示在端盖-片弹簧一体化元件安装到作动器上时，在两片弹簧中间位置安装定距管9，以确保作动器整体组装完后，片弹簧的初始状态依然尽可能保持无变形的平面状态，这对于提高作动器在工作位移范围内的刚度线性是非常有利的。

图3中示例结构，作动器的散热装置5主要由散热片15及机壳16组成。散热片安装在机壳外侧面上，散热片由多块片状结构的高导热材料制成，其极大程度增大了外壳的散热面积，提高了散热速度与效果。并且通过螺钉固定在机壳上，结构紧凑，拆装方便，是一种比较理想的散热方式。

本发明可以采用以下替代方案：1、片弹簧也可以考虑从片状材料中切割出来额机加件，这种做法简单且制造价格低廉，当然通过激光切割或者蚀刻制造也是可以的；并且所述的端盖与片弹簧的固定安装方式除铆接外，也可以考虑焊接、粘接等方式；2、散热片除片状结构之外，也可以选择弯曲的管道结构；并且散热片与机壳的固定方式除螺钉连接外，也可以选择焊接、粘接等方式。

为了解决因动子质量过大，作动器固有频率无法高于发动机最大激励频率，导致主动悬置的高频减振能力与效果较差的问题。本发明采用动圈式结构，与动磁式结构中动子部分的高密度永磁体和衔铁材料相比，除载流线圈外，其固定安装部件可采用非磁性的轻质材料。比如说采用铝，镁，塑料和/或者纤维复合材料等。另外，本发明通过将线圈支架与线圈一起进行一体化注塑成型，避免了使用其它的线圈安装夹具带来质量的增加；并且线圈支架可设计成凹槽、穿孔等结构以减轻重量，其有利于进一步减小作动器动子质量，使作动器的共振频率高于发动机最大激励频率，保证了主动悬置在全频段的减振效果。

为了提高作动器的响应速度及刚度线性度问题，本发明除了第1点提到的通过减小动子的质量惯性，相应的响应速度将随作动器反转滞回的减小而提高。并且通过采用片弹簧作为系统弹簧，可实现作动器的无摩擦运动，避免了因摩擦带来的出力滞后现象，提高作动器的响应速度。另外，本发明用过将片弹簧与端盖一体式压装成型，并且将两端片弹簧进行定距式安装，可减小片弹簧初始状态的变形量，使其尽可能处于松弛的平面状态，从而充分发挥片弹簧刚度在小变形范围恒定的特性，提高了作动器在发动机激励振幅内的刚度线性度。

为了解决作动器在长时间通电工作时因发热过高而限制产品性能以及使用寿命的问题。本发明通过在作动器外衔铁外部安装散热装置，该散热装置由高导热材质的机壳与散热片组成。散热片通过螺钉连接到机壳表面，安装极为方便。并且散热片为垂直机壳安装的多组栅格结构的冲压成型件，结构紧凑，且极大地增加散热面积。同时在散热装置和衔铁之间涂抹导热介质，以达到最大程度的提高作动器的散热速度和效果，克服了作动器因为长时间工作温度过高对产品性能与使用寿命方面造成的不良影响。

本发明可有效解决动子质量过大的问题，解决了现有作动器因动子质量太大、共振频率低于发动机的最大激励频率，导致主动悬置在高频段减振效果较差的问题，提高了作动器对控制信号执行过程中的响应速度以及在发动机激励振幅范围内的刚度线性度，提高了作动器外壳的热量散发能力，降低作动器因工作发热引起的温度过高对出力性能的限制及使用寿命的影响。

以下从三方面将本发明与现有技术作简单比较。

第一，现有技术中涉及到电磁式的作动器大多为动磁式的电磁作动器，由于发动机的最大激励频率一般在250HZ以上，而目前主动悬置常用的动磁式作动器由于动子质量较大，其共振频率普遍最高只能达到150Hz左右，无法保证在作动器在高频段的主动减振效果，因此动磁式作动器不是很适合发动机主动悬置；而本发明为动圈式作动器，可有效解决动子质量过大的问题。

第二，现有技术中的动圈式的作动器，多采用单边安装片弹簧，安装方式及动子质量等因素将造成片状弹簧的初始位置无法处于平面状态，从而出现作动器在工作振幅范围内刚都线性度差，不利于进行控制程序的设计。如上所述，本发明在这些方面有较大改进。

第三，由于发动机主动悬置的安装空间有限，现有的作动器一般都无法配置冷却系统，工作时产生的热量都是通过外壳自然散发。但是由于作动器的外壳散发热量的能力有限，导致作动器的工作温度较高，长时间后可能会导致作动器内部元件的损坏，导致产品性能失效，使用寿命大大缩短。本发明增加的散热装置解决了这些问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于发动机主动悬置的动圈式作动器，包括端盖、片弹簧、永磁体、推杆、线圈、线圈支架，端盖包括上端盖和下端盖，上端盖和下端盖上各安装有一个片弹簧，推杆安装在片弹簧中部；其特征是，所述用于发动机主动悬置的动圈式作动器还包括外衔铁、内衔铁、定距管、紧固套筒；外衔铁设置在内衔铁外侧，内衔铁、外衔铁均安装在端盖上，内衔铁外侧面上设有凹槽，永磁体固定安装在内衔铁的凹槽内；定距管安装在二个片弹簧之间且位于推杆外围，定距管的顶端和底端分别连接二个片弹簧；线圈设置在外衔铁和内衔铁之间，线圈上连接有线圈支架，线圈支架通过紧固套筒固定在定距管上；

所述的用于发动机主动悬置的动圈式作动器还包括散热装置；散热装置包括位于外衔铁外侧的机壳和安装在机壳上的散热片；

散热装置采用过盈配合方式安装在外衔铁的外侧；

散热片采用片状结构，或者，采用弯曲的管道结构；散热片与机壳的固定连接方式采用螺钉连接、焊接或粘接。

2.根据权利要求1所述的用于发动机主动悬置的动圈式作动器，其特征是，线圈与线圈支架通过注塑成型形成一体化元件。

3.根据权利要求1所述的用于发动机主动悬置的动圈式作动器，其特征是，还包括设置在上端盖上面的上防护盖和设置在下端盖下面的下防护盖。

4.根据权利要求3所述的用于发动机主动悬置的动圈式作动器，其特征是，推杆穿过上防护盖中部，上防护盖和推杆相接处设有卡环；下防护盖直接扣在下端盖上。

5.根据权利要求1所述的用于发动机主动悬置的动圈式作动器，其特征是，片弹簧中部设有中心孔，推杆安装在片弹簧的中心孔处。

6.根据权利要求1所述的用于发动机主动悬置的动圈式作动器，其特征是，端盖与片弹簧的固定安装方式采用铆接、焊接或粘接。

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