CN110410192A - 离合器及发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供的离合器及发动机，涉及离合器领域。旨在改善现有的机械式风扇冷却效率较低的问题。离合器中，壳体用于与风扇连接；转轴的一端用于与动力源传动连接，转轴的另一端通过轴承安装在壳体内；离合组件设置在壳体与转轴之间，以使转轴与壳体接合或者分离。发动机包括离合器。离合组件断开，转轴与壳体分离，转轴通过与轴承的摩擦力带动壳体以及风扇转动；离合组件连接，转轴与壳体接合，转轴通过离合组件带动壳体以及风扇转动，相比仅通过现有的离合器实现转轴驱动壳体，本实施例中的离合器使风扇处于不同的调速状态下，使得风扇转速能够与动力源的散热需求更加匹配，提高风扇的冷却效率。
Description
技术领域
本发明涉及离合器领域，具体而言，涉及一种离合器及发动机。
背景技术
机械式风扇作为发动机上冷却系统的重要组成部分，由发动机的曲轴进行带动，消耗的功率约占发动机输出功率的5％-8％，是柴油发动机功率的消耗者之一。
目前，机械式风扇存在冷却效率较低的问题。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种离合器，其能够改善现有机械式风扇冷却效率较低的问题。
本发明的目的还包括，提供了一种发动机，其能够改善现有机械式风扇冷却效率较低的问题。
本发明的实施例可以这样实现：
本发明的实施例提供的离合器，包括：壳体，壳体用于与风扇连接；
转轴以及轴承，转轴的一端用于与动力源传动连接，转轴的另一端安装于轴承内，轴承安装于壳体内；
离合组件，离合组件设置在壳体与转轴之间，以使转轴与壳体接合或者分离。
另外，本发明的实施例提供的离合器还可以具有如下附加的技术特征：
可选地：离合组件包括弹性件以及压电叠堆；
弹性件设置在壳体内且与转轴间隔设置，压电叠堆设置在弹性件内；
压电叠堆用于在通电状态下使弹性件发生形变，以使弹性件抵住转轴；且用于在断电状态下使弹性件复位，以使弹性件脱离转轴。
可选地：弹性件的中部设置有孔，转轴穿过孔，转轴的外壁与孔的内壁间隔设置。
可选地：弹性件上设置有安装槽以及设置在安装槽槽壁上的凸起部；
压电叠堆置于安装槽内，压电叠堆的一端连接凸起部，压电叠堆的另一端连接安装槽的槽壁，且相对于抵住凸起部的一端远离孔的孔心。
可选地：安装槽的槽壁与压电叠堆靠近孔的孔心的一侧之间，以及与压电叠堆远离孔的孔心的一侧之间均设置间隙。
可选地：安装槽包括依次连接形成燕尾槽的第一壁、第二壁以及第三壁，第二壁相对于第一壁以及第三壁靠近孔的孔心，第一壁以及第三壁以过转轴的轴线的平面为对称面对称设置；
凸起部设置在第二壁。
可选地：安装槽包括依次连接形成燕尾槽的第四壁、第五壁以及第六壁，第五壁与第二壁对应且相对于第二壁远离孔的孔心，第四壁与第三壁连接，第六壁与第一壁连接，第四壁以及第六壁以过转轴的轴线的平面为对称面对称设置。
可选地：压电叠堆的数量为两个，两个压电叠堆设置在同一个安装槽内，且以过转轴的轴线的平面为对称面对称设置；
其中一个压电叠堆的一端连接于凸起部，另一端连接于第四壁；
另一个压电叠堆的一端连接于凸起部，另一端连接于第六壁。
可选地：压电叠堆的数量为六个，六个压电叠堆均分为沿孔的周向方向间隔设置且均匀分布的三个压电组，每个压电组内的两个压电叠堆设置在同一个安装槽内，且以过转轴的轴线的平面为对称面对称设置。
本发明的实施例还提供了一种发动机。发动机包括离合器。
本发明实施例的离合器及发动机的有益效果包括，例如：
离合器中，离合组件断开，转轴与壳体分离，转轴通过与轴承的摩擦力带动壳体以及风扇转动；离合组件连接，转轴与壳体接合，转轴通过离合组件带动壳体以及风扇转动，在两种状态下转轴对壳体的驱动力大小不同，相比仅通过现有的离合器实现转轴驱动壳体，本实施例中的离合器使风扇处于不同的调速状态下，根据动力源的散热需求决定采用轴承还是离合组件传动风扇，使得风扇转速能够与动力源的散热需求更加匹配，提高风扇的冷却效率。
发动机，包括上述离合器，在该离合器的作用下，能够扩大风扇的调速范围，使风扇的速度与发动机的散热需求更加匹配，从而提高风扇的冷却效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的离合器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的离合组件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的离合组件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的离合组件的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的弹性件变形量的示意图。
图标：10-离合器；100-壳体；200-转轴；300-轴承；400-离合组件；410-弹性件；411-孔；420-安装槽；421-凸起部；422-第一壁；423-第二壁；424-第三壁；425-第四壁；426-第五壁；427-第六壁；430-压电叠堆。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
机械式风扇作为发动机上冷却系统的重要组成部分，由发动机的曲轴进行带动，消耗的功率约占发动机输出功率的5％-8％，在追求环保与低能耗的趋势下，机械式风扇存在冷却效率不高问题。目前发动机本体与风扇之间通过离合器实现连接以及断开，离合器主要为硅油离合器及电磁离合器，硅油离合器相对于其他温控式离合器成本低但调速灵敏度不足，导致风扇的转速与发动机本体所需要的散热需求存在滞后的问题；电磁离合器具有调速功能，但是只有一种调速状态，存在风扇转速与发动机本体所需的散热需求不相匹配的问题，风扇转速慢或者快的问题，使用硅油离合器风扇及电磁离合器，风扇的冷却效率都存在较低的问题。本实施例提供的离合器以及发动机能够解决该技术问题。
本实施例提供的发动机包括离合器，还包括发动机本体以及风扇，发动机本体设置有动力源，发动机本体上设置动力轴，动力轴与风扇之间通过离合器传动连接。
下面接合图1至图5对本实施例提供的离合器10进行详细的描述。
请参照图1，本发明实施例提供的离合器10，包括：壳体100，壳体100用于与风扇连接；转轴200以及轴承300，转轴200的一端用于与动力源传动连接，转轴200的另一端安装于轴承300内，轴承300安装于壳体100内；离合组件400，离合组件400设置在壳体100与转轴200之间，以使转轴200与壳体100接合或者分离。
常态下，转轴200与壳体100之间通过轴承300连接，离合组件400处于断开状态，轴承300与壳体100分离。当动力源(比如发动机本体)处于低负载等散热需求很小的状态下，转轴200转动且通过轴承300的摩擦力带动壳体100转动，以带动风扇转动；当动力源(比如发动机本体)处于中负载或者重负载等散热需求很大的状态下，离合组件400连接，转轴200与壳体100接合，转轴200转动且通过离合组件400带动壳体100转动，以带动风扇转动。转轴200通过离合组件400带动风扇转动的速度大于转轴200通过轴承300带动风扇转动的速度，使得风扇有两种调速状态，能够与动力源的散热需求更加匹配。
继续参照图1，本实施例中，轴承300的数量为两个，两个轴承300依次间隔安装于壳体100内，转轴200的一端同时安装于两个轴承300内，离合组件400安装于两个轴承300之间。轴承300、离合组件400以及轴承300依次设置，能够保证转轴200以及离合组件400安装的稳定性。
具体地，壳体100内沿着轴向方向依次间隔设置有第一台阶部以及第二台阶部。其中一个轴承300设置在第一台阶部且端部抵靠第一台阶部，离合组件400设置在第二台阶部且端部抵靠第二台阶部，离合组件400与另一个轴承300之间设置有挡块，用于限位离合组件400的轴向位置。
请参照图2，本实施例中，离合组件400包括弹性件410以及压电叠堆430；弹性件410设置在壳体100内且与转轴200间隔设置，压电叠堆430设置在弹性件410内；压电叠堆430用于在通电状态下使弹性件410发生形变，以使弹性件410抵住转轴200；且用于在断电状态下使弹性件410复位，以使弹性件410脱离转轴200。离合组件400也可以采用硅油离合器10或者电磁离合器10。
“压电叠堆430”，叠堆压电陶瓷，是指叠层式微位移压电陶瓷或多层堆叠式压电陶瓷微动装置，作为机电换能器能将电信号转换成机械位移并应用于调节控制系统。其中，压电叠堆430的通电，可以通过弹性件410上设置穿孔411，供电线穿过，再通过滑环结构与固定设置的电源连接，也可以采用无线通电的方式供电。
常态下，弹性件410与转轴200之间具有间隙，转轴200与壳体100处于分离状态。通过改变施加在压电叠堆430上电压的大小，可以改变压电叠堆430的变形量。在压电叠堆430通电后，压电叠堆430伸长，推动弹性件410发生形变，弹性件410抵住转轴200，转轴200与壳体100处于接合状态，转轴200通过弹性件410带动壳体100转动。在压电叠堆430断电后，压电叠堆430恢复，弹性件410恢复，弹性件410与转轴200之间重新形成间隙，此时转轴200转动不能够带动弹性件410转动。增大加在压电叠堆430上的电压，能够增大压电叠堆430的变形量，从而增大弹性件410与转轴200之间的摩擦力，进而能够增大壳体100以及风扇的转动速度。通过电流的通断控制弹性件410与转轴200的接触及分离时间，进而控制风扇的工作时间。承上述，通过对风扇转动速度以及转动时间地控制，使风扇的转速能够与动力源的散热需求更加匹配。
请参照图2，本实施例中，弹性件410的中部设置有孔411，孔411用于安装转轴200，转轴200的外壁与孔411的内壁间隔设置。具体地，弹性件410呈环状结构，弹性件410套在转轴200的外侧，环状结构安装更加方便。或者，弹性件410设置多块，多块弹性件410沿着转轴200的周向方向间隔设置在壳体100上，每快弹性件410内设置有压电叠堆430。
请参照图2，弹性件410上设置有安装槽420以及设置在安装槽420槽壁上的凸起部421；压电叠堆430置于安装槽420内，压电叠堆430的一端连接凸起部421，压电叠堆430的另一端连接安装槽420的槽壁，且相对于抵住凸起部421的一端远离孔411的孔心。具体地，凸起部421相对于压电叠堆430靠近孔411的孔心。设置凸起部421，压电叠堆430通电后伸长产生的驱动力施加在凸起部421上，凸起部421具有集中作用力的作用，压电叠堆430安装也更加方便。具体地，压电叠堆430的长度延伸方向与过孔心的平面呈夹角设置，减小压电叠堆430以及离合组件400的占用空间。
继续参照图2，安装槽420的槽壁与压电叠堆430靠近孔411的孔心的一侧之间，以及与压电叠堆430远离孔411的孔心的一侧之间均设置间隙。安装槽420的槽壁与压电叠堆430靠近孔411的孔心的一侧设置间隙，安装槽420的槽壁与压电叠堆430远离孔411的孔心的一侧之间也设置间隙。在压电叠堆430的两侧设置间隙，削弱弹性件410在压电叠堆430两侧的弹性作用力，减小压电叠堆430推动弹性件410的阻力，增强压电叠堆430通电后的推动效果。
继续参照图2，安装槽420包括依次连接形成燕尾槽的第一壁422、第二壁423以及第三壁424，第二壁423相对于第一壁422以及第三壁424靠近孔411的孔心，第一壁422以及第三壁424以过转轴200的轴线的平面为对称面对称设置；凸起部421设置在第二壁423。具体地，第二壁423为沿着孔411的周向方向延伸的弧形壁，第一壁422以及第三壁424位于第二壁423远离孔411的孔心的一侧；第一壁422以及第三壁424朝向孔411的孔心的边沿分别与第二壁423连接。凸起部421设置在第二壁423的中部。其中，第一壁422以及第三壁424以过转轴200的轴线的平面为对称面对称设置，过转轴200的轴线的平面穿过凸起部421的中部。
具体地，第一壁422、第二壁423以及第三壁424在压电叠堆430靠近孔411的孔心的一侧形成燕尾槽，减小压电叠堆430推动凸起部421移动的阻力，在压电叠堆430通电变形后，更易推动弹性件410变形。
继续参照图2，安装槽420包括依次连接形成燕尾槽的第四壁425、第五壁426以及第六壁427，第五壁426与第二壁423对应且相对于第二壁423远离孔411的孔心，第四壁425与第三壁424连接，第六壁427与第一壁422连接，第四壁425以及第六壁427以过转轴200的轴线的平面为对称面对称设置。
具体地，第四壁425以及第六壁427位于第五壁426靠近孔411的孔心的一侧，第四壁425以及第六壁427远离孔411的孔心的一侧边沿分别与第五壁426连接，第四壁425靠近孔411的孔心的一侧边沿与第三壁424连接，第六壁427靠近孔411的孔心的一侧边沿与第一壁422连接。第四壁425、第五壁426以及第六壁427在压电叠堆430远离孔411的孔心的一侧形成燕尾槽，用于留出压电叠堆430变形的空间。具体地，第一壁422、第二壁423、第三壁424、第四壁425、第五壁426以及第六壁427共同构成一个X形的槽。
继续参照图2，压电叠堆430数量为两个，两个压电叠堆430设置在同一个安装槽420内，且以过转轴200的轴线的平面为对称面对称设置；其中一个压电叠堆430的一端连接于凸起部421，另一端连接于第四壁425；另一个压电叠堆430的一端连接于凸起部421，另一端连接于第六壁427。具体地，在第四壁425与第五壁426之间设置有第一连接壁，第五壁426与第六壁427之间设置有第二连接壁，其中一个压电叠堆430的一端与第一连接壁连接，另一端与凸起部421的侧部连接，另一个压电叠堆430的一端与第二连接壁连接，另一端与凸起部421的侧部连接。
请参照图3，压电叠堆430的数量为六个，六个压电叠堆430均分为沿孔411的周向方向间隔设置且均匀分布的三个压电组，每个压电组内的两个压电叠堆430设置在同一个安装槽420内，且以过转轴200的轴线的平面为对称面对称设置。继续参照图3，在压电叠堆430通电后，压电叠堆430的形变方向如图3中A方向，凸起部421受力方向如图3中的B方向，从而推动弹性件410的部分朝着B方向移动，以抵住转轴200。
继续参照图3，弹性件410的外周壁依次间隔设置有缺口。具体地，缺口的数量为三个，依次沿着周向方向间隔设置且均匀分布。设置缺口，能够减轻弹性件410的重量。
请参照图4以及图5，可以得出压电叠堆430通电后，弹性件410的变形量为图5中的H，图5中的虚线示意变形后的压电叠堆430。
本实施例提供的离合器10以及发动机至少具有以下的优点：
轴承300以及离合组件400结合，使风扇具有两种调速状态，使得风扇的转速能够与动力源所需的散热需求更加匹配。离合组件400基于逆压电效应，采用压电叠堆430，当动力源处于低负载需散热时，转轴200通过轴承300带动壳体100以及风扇低速转动，当动力源处于中载需散热时，调节压电叠堆430上加载的电压以及频率，根据动力源需求，转轴200通过弹性件410带动壳体100转动，当动力源处于重载需散热时，压电叠堆430受的电压调节到最值，转轴200通过弹性件410带动壳体100以及风扇以最高的速度转动。提高风扇的冷却效率。同时，压电叠堆430体积小，推重比大，相比电磁离合器10，还具有抗干扰的效果。
发动机，发动机低负载情况下，压电叠堆430断电，离合组件400断开，转轴200通过轴承300带动壳体100以及风扇低速转动。发动机中载情况下，控制器控制压电叠堆430两端的电压以及频率，使得转轴200与壳体100按照一定的时间比例接触以及分离，风扇根据发动机的散热需求以不同的转速工作。发动机重载情况下，控制器控制压电叠堆430两端的电压达到最值，转轴200与壳体100持续接合，风扇以最大的转速工作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种离合器，其特征在于，包括：
壳体(100)，所述壳体(100)用于与风扇连接；
转轴(200)以及轴承(300)，所述转轴(200)的一端用于与动力源传动连接，所述转轴(200)的另一端安装于所述轴承(300)内，所述轴承(300)安装于所述壳体(100)内；
离合组件(400)，所述离合组件(400)设置在所述壳体(100)与所述转轴(200)之间，以使所述转轴(200)与所述壳体(100)接合或者分离。
2.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于：
所述离合组件(400)包括弹性件(410)以及压电叠堆(430)；
所述弹性件(410)设置在所述壳体(100)内且与所述转轴(200)间隔设置，所述压电叠堆(430)设置在所述弹性件(410)内；
所述压电叠堆(430)用于在通电状态下使所述弹性件(410)发生形变，以使所述弹性件(410)抵住所述转轴(200)；且用于在断电状态下使所述弹性件(410)复位，以使所述弹性件(410)脱离所述转轴(200)。
3.根据权利要求2所述的离合器，其特征在于：
所述弹性件(410)的中部设置有孔(411)，所述转轴(200)穿过所述孔(411)，所述转轴(200)的外壁与所述孔(411)的内壁间隔设置。
4.根据权利要求3所述的离合器，其特征在于：
所述弹性件(410)上设置有安装槽(420)以及设置在所述安装槽(420)槽壁上的凸起部(421)；
所述压电叠堆(430)置于所述安装槽(420)内，所述压电叠堆(430)的一端连接所述凸起部(421)，所述压电叠堆(430)的另一端连接所述安装槽(420)的槽壁，且相对于抵住所述凸起部(421)的一端远离所述孔(411)的孔心。
5.根据权利要求4所述的离合器，其特征在于：
所述安装槽(420)的槽壁与所述压电叠堆(430)靠近所述孔(411)的孔心的一侧之间，以及与所述压电叠堆(430)远离所述孔(411)的孔心的一侧之间均设置间隙。
6.根据权利要求5所述的离合器，其特征在于：
所述安装槽(420)包括依次连接形成燕尾槽的第一壁(422)、第二壁(423)以及第三壁(424)，所述第二壁(423)相对于所述第一壁(422)以及所述第三壁(424)靠近所述孔(411)的孔心，所述第一壁(422)以及所述第三壁(424)以过所述转轴(200)的轴线的平面为对称面对称设置；
所述凸起部(421)设置在所述第二壁(423)。
7.根据权利要求6所述的离合器，其特征在于：
所述安装槽(420)包括依次连接形成燕尾槽的第四壁(425)、第五壁(426)以及第六壁(427)，所述第五壁(426)与所述第二壁(423)对应且相对于所述第二壁(423)远离所述孔(411)的孔心，所述第四壁(425)与所述第三壁(424)连接，所述第六壁(427)与所述第一壁(422)连接，所述第四壁(425)以及所述第六壁(427)以过所述转轴(200)的轴线的平面为对称面对称设置。
8.根据权利要求7所述的离合器，其特征在于：
所述压电叠堆(430)的数量为两个，两个所述压电叠堆(430)设置在同一个所述安装槽(420)内，且以过所述转轴(200)的轴线的平面为对称面对称设置；
其中一个所述压电叠堆(430)的一端连接于所述凸起部(421)，另一端连接于所述第四壁(425)；
另一个所述压电叠堆(430)的一端连接于所述凸起部(421)，另一端连接于所述第六壁(427)。
9.根据权利要求8所述的离合器，其特征在于：
所述压电叠堆(430)的数量为六个，六个所述压电叠堆(430)均分为沿所述孔(411)的周向方向间隔设置且均匀分布的三个压电组，每个所述压电组内的两个所述压电叠堆(430)设置在同一个所述安装槽(420)内，且以过所述转轴(200)的轴线的平面为对称面对称设置。
10.一种发动机，其特征在于：
所述发动机包括权利要求1-9任一项所述的离合器。
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