CN111577885A - 一种组合电磁铁自动换挡装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组合电磁铁自动换挡装置，包括壳体，其特征在于，在所述壳体内壁上依次设有四组电磁铁，包括第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁和第四电磁铁，所述壳体内还设有滑动轴、设于所述第一电磁铁与滑动轴之间的第一顶套、设于所述第二电磁铁与滑动轴之间的第一滑动铁芯、设于所述第三电磁铁与滑动轴之间的第二滑动铁芯和设于所述第四电磁铁与滑动轴之间的第二顶套，通过给电磁铁通电产生电磁力从而带动滑动轴移动，以实现自动换挡的功能。本发明采用电磁力柔性换挡技术，无需弹簧就能实现精准复位，有效解决了现有电机驱动换挡装置顶齿、挡位难挂进、磨损较大等问题，以及采用弹簧限位的电磁铁换挡装置限位不准、能耗大的弊端。

Description

一种组合电磁铁自动换挡装置

技术领域

本发明涉及变速器技术领域，特别涉及一种组合电磁铁自动换挡装置。

背景技术

目前，汽车自动换挡装置多数是采用电机驱动。换挡驱动电机、拨叉和同步器是一种刚性连接，在换挡过程中容易出现顶齿、挡位难挂进、磨损较大等问题；电机驱动换挡经过一定速比转换后响应较慢；电机驱动换挡是一个闭环控制，需实时监测换挡力换挡位移的变化，对于自动变速器控制策略和应用软件都提出了较高要求。

在中国发明专利说明书CN106949237A中公开了一种双控三位电磁换挡器，其采用电磁铁与永磁铁结合的方式控制挡位的切换，由于永磁铁能提供的磁力有限，此发明会存在换挡力不足的问题。在中国实用新型专利说明书CN206522478U中公开了一种三位电磁脉冲高压换向阀，其原理也是电流通过线圈产生磁场，处于磁场内的导磁体被磁化而相吸，但是该专利中移动铁芯在回中位时采用弹簧复位，在工作位电磁铁一直处于得电状态。若电磁功率较高、工作时间较长，采用弹簧复位则会产生较大能耗。

因此，有必要提供一种换挡快速、简单，工作能耗低的的电磁换挡装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合电磁铁自动换挡装置，旨在解决现有技术中换挡时容易出现顶齿、挡位难挂进、磨损较大、工作能耗高的技术问题。

本发明提供一种组合电磁铁自动换挡装置，包括壳体，在所述壳体内壁上依次设有四组电磁铁，包括第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁和第四电磁铁，所述壳体内还设有滑动轴、设于所述第一电磁铁与所述滑动轴之间的第一顶套、设于所述第二电磁铁与所述滑动轴之间的第一滑动铁芯、设于所述第三电磁铁与所述滑动轴之间的第二滑动铁芯和设于所述第四电磁铁与所述滑动轴之间的第二顶套，通过给电磁铁通电产生电磁力从而带动滑动轴移动，以实现自动换挡的功能。

进一步地，所述第一电磁铁和所述第四电磁铁沿轴向对称设置、所述第二电磁铁和所述第三电磁铁沿轴向对称设置、所述第一顶套和所述第二顶套沿轴向对称设置、所述第一滑动铁芯和所述第二滑动铁芯沿轴向对称设置。

进一步地，所述第二电磁铁和所述第三电磁铁其一为高挡位电磁铁，另一为低挡位电磁铁。

进一步地，所述电磁铁均包括线圈，包围在所述线圈外的绕线骨架，以及设于所述绕线骨架外的后端盖和前端盖。

进一步地，所述前端盖一端呈锥面，所述第一顶套、第一滑动铁芯、第二滑动铁芯、第二顶套与所述前端盖的对应端也呈相对应的锥面。

进一步地，所述电磁铁还包括隔磁环，设于所述第一电磁铁与所述第一顶套之间、所述第二电磁铁与所述第一滑动铁芯之间、所述第三电磁铁与所述第二滑动铁芯之间和所述第四电磁铁与所述第二顶套之间，使电磁铁通电时仅在锥面处产生磁感。

进一步地，所述滑动轴为阶梯轴，在轴面形成高低差的轴肩，用于所述滑动轴的移动限位。

进一步地，所述第一滑动铁芯和所述第二滑动铁芯采用过盈配合固定在所述滑动轴上，所述第一顶套和所述第二顶套与所述滑动轴之间保持间隙，通过推顶所述轴肩实现所述滑动轴的移动。

进一步地，所述壳体与所述滑动轴的接连处设有衬套，用于减小所述壳体与所述滑动轴之间的磨损。

本发明提供的组合电磁铁自动换挡装置的有益效果在于：本发明采用电磁力柔性换挡技术，电磁力换挡相比现有的电机换挡响应会更快，换挡时间会更短，换挡过程简单，不需要监测换挡力与换挡位移的变化，使得自动变速器控制策略和应用软件更为简单。在回中间过渡挡位置时，最左端和最右端两个电磁铁同时得电，产生一推一顶的两个力，实现了的挡位精准复位，避免产生过位移，此结构不需采用弹簧复位，从而降低了电磁换挡装置的工作能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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的附图。

图1是组合电磁铁自动换挡装置的结构图；

图2是组合电磁铁自动换挡装置处于高挡位置时的结构图；

图3是电磁铁内部的结构图。

图中标记的含义为：1-壳体，2-第一电磁铁，3-第一顶套，4-第二电磁铁，5-第一滑动铁芯，6-第二滑动铁芯，7-第三电磁铁，8-第二顶套，9-第四电磁铁，10-滑动轴，11-衬套，12-隔磁环，13-后端盖，14-电磁线圈，15-绕线骨架，16-前端盖，A-轴肩，B-轴肩。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”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，仅是为了便于描述，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专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种组合电磁铁自动换挡装置，包括壳体1，在壳体1内壁上依次设有四组电磁铁，包括第一电磁铁2、第二电磁铁4、第三电磁铁7和第四电磁铁9，壳体1内还设有滑动轴10、设于第一电磁铁2与滑动轴10之间的第一顶套3、设于第二电磁铁4与滑动轴10之间的第一滑动铁芯5、设于第三电磁铁7与滑动轴10之间的第二滑动铁芯6和设于第四电磁铁9与滑动轴10之间的第二顶套8，通过给电磁铁通电产生电磁力从而带动滑动轴10移动，以实现自动换挡的功能。

为解决换挡过程中的顶齿和磨损问题，本发明实施例采用柔性的电磁力驱动方式来实现自动换挡功能。根据电磁力的计算式：F＝(1/2δ²)I²N²u₀S₀，式中：δ为气隙长度，I为线圈电流，N为线圈匝数，u₀为磁导率，S₀为气隙面积。由上式可知，电磁力的大小与气隙的长度平方成反比，可将其等效为一个非线性弹簧模型，根据挂挡驱动力的大小，设定初始气隙长度(即挂挡行程)、线圈电流和线圈匝数，在挂挡过程中出现顶齿时，换挡电磁力会根据顶齿的阻碍力自行减小，从而使挂挡拨叉做出退让。与现有的电机驱动刚性挂挡相比，电磁力柔性换挡可解决顶齿、挡位难挂进、磨损较大等问题。

当高挡位电磁铁或低挡位电磁铁通电通电时，产生电磁吸引力，带动滑动轴10移动至高挡或低挡位置，实现了从中间挡自动切换至高、低挡的功能；同理，当挡位正处于高挡位置或低挡位置时，另外两个电磁铁通电，产生电磁吸引力，带动滑动轴10移动，且防止产生过位移，精准的移动至中间挡位置，实现从高、低挡自动切换至中间挡位。

作为本实施方式的进一步优选，第一电磁铁2和第四电磁铁9沿轴向对称设置、第二电磁铁4和第三电磁铁7沿轴向对称设置、第一顶套3和第二顶套8沿轴向对称设置、第一滑动铁芯5和第二滑动铁芯6沿轴向对称设置。

如图1所示，组合电磁铁自动换挡装置内部呈轴对称模式，使得滑动轴10从中间过渡挡位置切换至高挡位置与滑动轴10从中间过渡挡位置切换低挡位置的工作原理相同，滑动轴10从高挡位置切换至中间过渡挡位置与滑动轴10从高挡位置切换至中间过渡挡位置的工作原理相同。

作为本实施方式的进一步优选，第二电磁铁4和第三电磁铁7其一为高挡位电磁铁，另一为低挡位电磁铁。

本实施方式以第二电磁铁4为高挡位电磁铁，第三电磁铁7为低挡位电磁铁为例。

滑动轴10要从中间过渡挡位置切换至高挡位置时，仅第二电磁铁4得电，第二电磁铁4与第一滑动铁芯5之间产生电磁吸引力，第一滑动铁芯5带动滑动轴10移动至高挡位置；滑动轴10要从中间过渡挡位置切换至低挡位置时，仅第三电磁铁7得电，第三电磁铁7与第二滑动铁芯6之间产生电磁吸引力，第二滑动铁芯6带动滑动轴10移动至低挡位置。滑动轴10要从高挡位置切换至中间过渡挡位置时，第一电磁铁2和第四电磁铁9同时得电，第一顶套3与第一电磁铁2之间产生电磁力，推动滑动轴10向右移动，第二顶套8与第四电磁铁9之间也产生电磁力，限定了第二顶套8的位置，从而实现滑动轴10的右移限位；同理，滑动轴10要从低挡位置切换至中间过渡挡位置时，第二顶套8与第四电磁铁9之间产生电磁力，推动滑动轴10向左移动，第一顶套3与第一电磁铁2之间也产生电磁力，限定了第一顶套3的位置，从而实现滑动轴10的左移限位。

作为本实施方式的进一步优选，电磁铁均包括线圈14，包围在线圈14外的绕线骨架15，以及设于绕线骨架15外的后端盖13和前端盖16。

请参阅图1、图2和图3，第一电磁铁2、第二电磁铁4、第三电磁铁7和第四电磁铁9均包括线圈14，包围在线圈14外的绕线骨架15，以及设于绕线骨架15外的后端盖13和前端盖16。

作为本实施方式的进一步优选，前端盖16一端呈锥面，第一顶套3、第一滑动铁芯5、第二滑动铁芯6、第二顶套8与前端盖16的对应端也呈相对应的锥面。

请参阅图1、图2和图3，当滑动轴10从中间过渡挡位置切换至高挡位置时，第二电磁铁4通电，第二电磁铁前端盖16与第一滑动铁芯5之间产生电磁力，第一滑动铁芯5带动滑动轴10向左移动，第二电磁铁前端盖16的锥面与第一滑动铁芯5的锥面抵接，实现滑动轴10移动限位，从而达到换挡的目的。

作为本实施方式的进一步优选，电磁铁还包括隔磁环12，设于第一电磁铁2与第一顶套3之间、第二电磁铁4与第一滑动铁芯5之间、第三电磁铁7与第二滑动铁芯6之间和第四电磁铁9与第二顶套8之间，使电磁铁通电时仅在锥面处产生磁感。

第一电磁铁2、第二电磁铁4、第三电磁铁7和第四电磁铁9还包括隔磁环12，分别设于第一电磁铁2与第一顶套3之间、第二电磁铁4与第一滑动铁芯5之间、第三电磁铁7与第二滑动铁芯6之间和第四电磁铁9与第二顶套8之间，如图2所示，当第二电磁铁4通电后，第二电磁铁前端盖16与第一滑动铁芯5贴合，隔磁环12的作用是使第一滑动铁芯5仅在锥面处产生磁感，从而带动滑动轴10向左移动至第二电磁铁前端盖16的锥面与第一滑动铁芯5的锥面相抵接。

作为本实施方式的进一步优选，滑动轴10为阶梯轴，在轴面形成高低差的轴肩，用于滑动轴10的移动限位。

作为本实施方式的进一步优选，第一滑动铁芯5和第二滑动铁芯6采用过盈配合固定在滑动轴10上，第一顶套3和第二顶套8与滑动轴10之间保持间隙，通过推顶轴肩实现滑动轴10的移动。

如图1、图2所示，当滑动轴10处于高挡位置，要切换至中间过渡挡位置时，第一电磁铁2和第四电磁铁9同时通电时，第一顶套3与第一电磁铁2的前端盖16之间产生电磁力，第一顶套3推动轴肩A从而推动滑动轴10移动。此时第二顶套8与第四电磁铁9的前端盖16之间产生电磁力，限定了第二顶套8的位置，第二顶套8顶在滑动轴10的轴肩B上，从而使滑动轴10在往中间过渡挡的位置移动时不会产生过位移。

作为本实施方式的进一步优选，壳体1与滑动轴10的接连处设有衬套11，用于减小壳体1与滑动轴10之间的磨损。

衬套11用于减小壳体1与滑动轴10之间的磨损，如果不用衬套，磨损后需要更换零件，不安全且成本高昂。衬套一是起衬垫作用，二是衬套磨损了，可直接更换衬套，因其加工方便，比起更换零件，更换衬套成本低，也更简单方便。

本实施例以第二电磁铁4为高挡位电磁铁，第三电磁铁7为低挡位电磁铁为例，换挡过程如下：

从中间过渡挡位置切换至高挡位置：仅第二电磁铁4得电，第二电磁铁4与第一滑动铁芯5之间产生电磁力相互吸引，隔磁环12使得仅在锥面处产生磁感，因第一滑动铁芯5采用过盈配合固定在滑动轴10上，所以随着电磁力相吸，第一滑动铁芯5带动滑动轴10向左移动，第二电磁铁前端盖16与第一滑动铁芯5贴合，第二电磁铁前端盖16的锥面与第一滑动铁芯5的锥面抵接，实现滑动轴10移动限位，滑动轴10移动至高挡位置。

从中间过渡挡位置切换至低挡位置：仅第三电磁铁7得电，第三电磁铁7与第二滑动铁芯6之间产生电磁吸引力，隔磁环12使得仅在锥面处产生磁感，因第二滑动铁芯6采用过盈配合固定在滑动轴10上，所以随着电磁力相吸，第二滑动铁芯6带动滑动轴10向右移动，第三电磁铁前端盖16的锥面与第二滑动铁芯6的锥面抵接，实现滑动轴10移动限位，滑动轴10移动至低挡位置。

从高挡位置切换至中间过渡挡位置：第一电磁铁2和第四电磁铁9同时得电，第一顶套3的锥面处与第一电磁铁前端盖16的锥面处产生磁感相吸，第一顶套3推动滑动轴10上的轴肩A从而推动滑动轴10向右移动。此时第二顶套8的锥面处与第四电磁铁前端盖16的锥面处产生电磁力相吸，限定了第二顶套8的位置，第二顶套8顶在滑动轴10的轴肩B上，从而实现滑动轴10的右移限位，使滑动轴10在往中间过渡挡的位置移动时不会产生过位移，从而实现精准换挡。

要从低挡位置切换至中间过渡挡位置：同理，第一电磁铁2和第四电磁铁9同时得电，第二顶套8的锥面处与第四电磁铁前端盖16的锥面处产生磁感相吸，第二顶套8推动滑动轴10上的轴肩B从而推动滑动轴10向左移动，此时第一顶套3的锥面处与第一电磁铁前端盖16的锥面处也产生磁感相吸，限定了第一顶套3的位置，第一顶套3顶在滑动轴10的轴肩A上，从而实现滑动轴10的左移限位，使滑动轴10在往中间过渡挡的位置移动时不会产生过位移，从而实现精准换挡。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种组合电磁铁自动换挡装置，包括壳体(1)，其特征在于，在所述壳体(1)内壁上依次设有四组电磁铁，包括第一电磁铁(2)、第二电磁铁(4)、第三电磁铁(7)和第四电磁铁(9)，所述壳体(1)内还设有滑动轴(10)、设于所述第一电磁铁(2)与所述滑动轴(10)之间的第一顶套(3)、设于所述第二电磁铁(4)与所述滑动轴(10)之间的第一滑动铁芯(5)、设于所述第三电磁铁(7)与所述滑动轴(10)之间的第二滑动铁芯(6)和设于所述第四电磁铁(9)与所述滑动轴(10)之间的第二顶套(8)，通过给电磁铁通电产生电磁力从而带动滑动轴(10)移动，以实现自动换挡的功能。

2.如权利要求1所述的组合电磁铁自动换挡装置，其特征在于，所述第一电磁铁(2)和所述第四电磁铁(9)沿轴向对称设置、所述第二电磁铁(4)和所述第三电磁铁(7)沿轴向对称设置、所述第一顶套(3)和所述第二顶套(8)沿轴向对称设置、所述第一滑动铁芯(5)和所述第二滑动铁芯(6)沿轴向对称设置。

3.如权利要求1或2所述的组合电磁铁自动换挡装置，其特征在于，所述第二电磁铁(4)和所述第三电磁铁(7)其一为高挡位电磁铁，另一为低挡位电磁铁。

4.如权利要求1或2所述的组合电磁铁自动换挡装置，其特征在于，所述电磁铁均包括线圈(14)，包围在所述线圈(14)外的绕线骨架(15)，以及设于所述绕线骨架(15)外的后端盖(13)和前端盖(16)。

5.如权利要求4所述的组合电磁铁自动换挡装置，其特征在于，所述前端盖(16)一端呈锥面，所述第一顶套(3)、第一滑动铁芯(5)、第二滑动铁芯(6)、第二顶套(8)与所述前端盖(16)的对应端也呈相对应的锥面。

6.如权利要求5所述的组合电磁铁自动换挡装置，其特征在于，所述电磁铁还包括隔磁环(12)，设于所述第一电磁铁(2)与所述第一顶套(3)之间、所述第二电磁铁(4)与所述第一滑动铁芯(5)之间、所述第三电磁铁(7)与所述第二滑动铁芯(6)之间和所述第四电磁铁(9)与所述第二顶套(8)之间，使电磁铁通电时仅在锥面处产生磁感。

7.如权利要求1或2所述的组合电磁铁自动换挡装置，其特征在于，所述滑动轴(10)为阶梯轴，在轴面形成高低差的轴肩，用于所述滑动轴(10)的移动限位。

8.如权利要求7所述的组合电磁铁自动换挡装置，其特征在于，所述第一滑动铁芯(5)和所述第二滑动铁芯(6)采用过盈配合固定在所述滑动轴(10)上，所述第一顶套(3)和所述第二顶套(8)与所述滑动轴(10)之间保持间隙，通过推顶所述轴肩实现所述滑动轴(10)的移动。

9.如权利要求1或2所述的组合电磁铁自动换挡装置，其特征在于，所述壳体(1)与所述滑动轴(10)的接连处设有衬套(11)，用于减小所述壳体(1)与所述滑动轴(10)之间的磨损。

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