CN114110037B - 一种双稳态电磁离合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双稳态电磁离合器，包括第一部件、第二部件和弹性部件；第一部件包括磁轭，磁轭上设有若干铁芯，铁芯上设有电磁线圈，第二部件包括衔铁盘和导磁盘，导磁盘固定在衔铁盘上远离磁轭的一侧，衔铁盘上固定有若干磁钢，铁芯与磁钢对应设置；弹性部件用于保持衔铁盘和磁轭处于常态分离位置；相邻两个电磁线圈为一组，同一组内的两个电磁线圈绕制构成一组磁极相同的绕组，且对应的两个磁钢设置构成一组磁极相同的磁动势组。该双稳态电磁离合器在分离状态与接合状态无需通电或消耗任何其他形式的能量，具有无耗能、无发热和使用寿命长的优点，并且电磁的利用率高，不存在漏磁现象。

Description

一种双稳态电磁离合器

技术领域

本发明属于电磁离合器技术领域，特别涉及一种双稳态电磁离合器。

背景技术

随着汽车行业的不断发展，电磁离合器在新能源汽车上的应用越来越多，对电磁离合器的性能要求也越来越高。然而，目前传统电磁离合器存在诸多的缺点及问题，例如存在耗能、发热、电磁力受电流波动影响等缺点，导致电磁离合器发热量大，使离合器能耗大，在一定程度上影响电磁离合器的性能及使用寿命。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提出一种双稳态电磁离合器，包括第一部件、第二部件和弹性部件；

所述第一部件包括磁轭，所述磁轭上设有若干铁芯，所述铁芯上设有电磁线圈，所述第二部件包括衔铁盘和导磁盘，所述导磁盘固定在所述衔铁盘上远离所述磁轭的一侧，所述衔铁盘上固定有若干磁钢，所述铁芯与所述磁钢对应设置；

所述弹性部件用于保持所述衔铁盘和所述磁轭处于常态分离位置；

相邻两个所述电磁线圈为一组，同一组内的两个所述电磁线圈绕制构成一组磁极相同的绕组，且对应的两个所述磁钢设置构成一组磁极相同的磁动势组。

进一步地，所述磁轭上设有导向销，所述衔铁盘上设有导向孔；所述导向销与所述导向孔形成轴向相对移动导向。

进一步地，所述导向销的外圆周上设有限位凸缘，所述限位凸缘与所述导向孔配合，使所述铁芯与所述磁钢接合时保持气隙。

进一步地，所述导向销采用铁磁材料；

相邻两个所述导向销以及分别绕制在相邻两个所述导向销上的两个感应线圈为一组，同一组内的两个所述感应线圈绕制构成一组磁极相同的绕组，同一组内的两个所述导向销穿过所述导向孔与所述导磁盘上的感应块形成轴向气隙；根据所述感应线圈输出的电流信号判断所述衔铁盘相对所述磁轭的位置。

进一步地，所述导磁盘与所述感应块之间设有隔磁套。

进一步地，所述弹性部件为弹簧，所述弹簧套设在所述导向销上，所述弹簧的一端与所述磁轭固定连接。

进一步地，所述衔铁盘上靠近所述导磁盘的一侧设有定位凸缘，所述导磁盘套设在所述定位凸缘上。

进一步地，所述衔铁盘上设有磁钢槽，所述磁钢固定在所述磁钢槽内。

进一步地，所述磁轭靠近所述衔铁盘的一侧上设有限位板，所述限位板用于使所述铁芯和所述磁钢在接合时保持预设气隙。

进一步地，各所述电磁线圈之间采用并联、串联、分组串联、分组并联或混联中的任意方式进行连接。

本发明的优点及有益效果是：

本发明的双稳态电磁离合器在分离状态与接合状态均无需通电或消耗任何其他形式的能量，具有无耗能、无发热和使用寿命长的优点，有效防止了因电源失效出现的离合器突然断开等风险，从而提高整个系统的安全性和可靠性；同时，该双稳态电磁离合器中，通过将相邻两个电磁线圈设置为一组，并且使同一组内两个电磁线圈绕制构成一组磁极相同的绕组以及对应两个磁钢设置构成一组磁极相同的磁动势组，从而使同一组内的两个电磁线圈构成一个封闭的磁路回路，有效的避免漏磁现象，提高磁钢和电磁线圈利用率，达到电磁离合器的轻量化和紧凑性设计。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明的实施例1中双稳态电磁离合器的爆炸结构图。

图中：1、磁轭；2、铁芯；3、电磁线圈；4、衔铁盘；5、导磁盘；6、磁钢；7、导向销；8、导向孔；9、限位凸缘；10、感应线圈；11、感应块；12、隔磁套；13、定位凸缘；14、磁钢槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

实施例1

本实施例提出一种双稳态电磁离合器，该双稳态电磁离合器包括第一部件、第二部件和弹性部件。其中，第一部件为固定部件，第二部件为活动部件，固定部件在电磁离合器上的轴向上保持位置固定，从动部件沿电磁离合器的轴向能够进行移动，使得电磁离合器能够在接合位置和分离位置之间切换。当然，第一部件也可以为活动部件，而第二部件为固定部件。

具体地，如图1所示，第一部件包括磁轭1、铁芯2和电磁线圈3，其中多个铁芯2沿磁轭1的圆周方向布设在磁轭1的同一侧面上，多个电磁线圈3则分别套设在多个铁芯2上，并且电磁线圈3通电时能够产生电磁力。

第二部件包括衔铁盘4和导磁盘5。其中，导磁盘5固定在衔铁盘4上远离磁轭1的一侧，并且磁轭1、衔铁盘4和导磁盘5三者形成沿电磁离合器的轴向对应设置关系。衔铁盘4上设有多个磁钢6，并且多个磁钢6的轴线分别与多个铁芯2的轴线处于同一直线，以便于铁芯2与磁钢6进行准确接合。

在本实施例中，根据磁轭和衔铁盘的尺寸设置了8个铁芯和8个磁钢，以保证磁轭与衔铁盘之间的接合稳定性。在其他实施例中，则可以根据不同设计要求，调整铁芯和磁钢的设置数量和位置。另外，本实施例的磁轭和导磁盘均采用整体式结构设计，即磁轭和导磁盘均采用圆环结构设计，当然也可以根据使用环境的不同将磁轭和/或导磁盘设计为非圆环结构形式。

弹性部件用于调整衔铁盘4和磁轭1之间的位置关系。其中，在本实施例中，弹性部件设置在衔铁盘4与磁轭1之间，并且弹性部件具有压缩状态的预紧力，从而使衔铁盘4和磁轭1能够保持在自然状态下的分离位置。

本实施例中，由于铁芯的独立设置，可以使电磁线圈产生的磁感应强度相对于磁钢更为集中和密集，从而获得更高的电能转化率。此时，根据同极相斥、异极相吸原理，通过控制电磁线圈在正向通电和反向通电之间切换，可以形成具有很大差值的电磁力，进而配合弹性部件实现对衔铁盘与磁轭之间位置关系的调整。

当电磁线圈进行正向通电时，电磁线圈产生的电磁力增加铁芯与磁钢之间的接合力，从而驱动衔铁盘克服弹性部件的预紧力而移动至与磁轭进行接合的位置。

当电磁线圈进行反向通电时，电磁线圈产生的电磁力降低铁芯与磁钢之间的接合力，从而使衔铁盘在弹性部件的预紧力作用下向远离磁轭的方向移动，从而将衔铁盘推至与磁轭分离的位置。

优选的，在本实施例中，将相邻两个电磁线圈设置为一组，并且同一组内的两个电磁线圈绕制构成一组磁极相同的绕组，即构成庶极式绕组，与其对应的两个磁钢设置构成一组磁极相同的磁动势组。此时，位于同一组内的两个电磁线圈在通电后与磁轭形成U型磁路，再通过对应磁钢以及导磁盘，形成闭合的环形磁路，这样可以有效避免漏磁现象的发生，提高电磁利用率，提高磁钢和电磁线圈的利用率。

本实施例中双稳态电磁离合器的工作原理为：

当电磁线圈处于不通电状态时，电磁线圈不对铁芯产生电磁力，弹性部件的预紧力大于铁芯与磁钢之间的自然接合力，从而使衔铁盘与磁轭在弹性部件的预紧力作用下处于自然分离位置，即衔铁盘与磁轭之间保持大气隙。

当电磁线圈处于正向通电时，电磁线圈对铁芯产生正向电磁力，使铁芯与磁钢之间的接合力升高至大于弹性部件的预紧力，从而使衔铁盘移动至与磁轭处于接合位置，即衔铁盘与磁轭之间形成小气隙；其中，此时切断电磁线圈的通电，消除电磁线圈产生的电磁力后，铁芯与磁钢之间形成的接合力会依然保持在大于弹性件预紧力的状态，从而使衔铁盘保持在与磁轭处于接合位置，而电磁线圈处于不消耗电能状态。

当电磁线圈处于反向通电时，电磁线圈对铁芯产生反向电磁力，使铁芯与磁钢之间的接合力降低至小于弹性部件的预紧力，而使衔铁盘在弹性部件预紧力作用下移动至与磁轭处于分离位置，即衔铁盘与磁轭之间形成更大尺寸气隙。

综上，本实施例的双稳态电磁离合器在分离状态与接合状态均无需通电或消耗任何其他形式的能量，具有无耗能、无发热和使用寿命长的优点，有效防止了因电源失效出现的离合器突然断开等风险，从而提高整个系统的安全性和可靠性。同时，在本实施例的双稳态电磁离合器中，通过将相邻两个电磁线圈设置为一组，并且使同一组内两个电磁线圈绕制构成一组磁极相同的绕组以及对应两个磁钢设置构成一组磁极相同的磁动势组，从而使同一组内的两个电磁线圈构成一个封闭的磁路回路，有效的避免漏磁现象，提高磁钢和电磁线圈利用率，达到电磁离合器的轻量化和紧凑性设计。

在本实施例中，如图1所示，磁轭1上还设有导向销7，在衔铁盘4上设有与导向销7沿轴向对应的导向孔8。此时，当衔铁盘4与磁轭1形成轴向对应设置时，导向销7的端部正好插入导向孔8中，并且导向销7能够在导向孔8内轴向移动。此时，通过导向销7与导向孔8之间的配合，可以使衔铁盘4与磁轭1只形成轴向相对移动，而不发生相对转动，从而保证该双稳态电磁离合器在分离和接合过程中，电磁线圈3和磁钢6的位置保持一一对应关系，进而保证该双稳态电磁离合器在分离和接合之间切换的准确可靠性。

进一步地，如图1所示，在本实施例的导向销7上还设有限位凸缘9。限位凸缘9设置在导向销7的外圆周上，并且其外径尺寸大于导向孔8的孔径尺寸。此时，当双稳态电磁离合器处于接合状态时，导向销7伸入导向孔8并且限位凸缘9与衔铁盘4形成直接接触，从而使铁芯2与磁钢6之间保持在接合位置。这样，不仅可以利用限位凸缘9与衔铁盘4的直接接触形成定位铁芯2与磁钢6之间的间隙距离，而且还可以避免铁芯2与磁钢6长时间直接接触而产生磨损，从而提高对铁芯2与磁钢6的保护，延长双稳态电磁离合器的使用寿命。

其中，在本实施例中，导向销7采用铁磁材料，并且导向销7上设有感应线圈10，并且将绕制在相邻两个导向销7上的两个感应线圈10设置为一组，而同一组内的两个感应线圈10绕制构成一组磁极相同的绕组。此时，同一组内的两个导向销7穿过导向孔8与导磁盘5上设置的感应块11形成轴向气隙，即同一组内的两个导向销7与同一感应块11对应，其中，在双稳态电磁离合器在分离位置时，导向销7与感应块11之间的气隙较大，而在双稳态电磁离合器在接合位置时，导向销7与感应块11之间的气隙较小。

由于导向销和感应块之间的轴向气隙影响感应线圈的感应系数，即轴向气隙的大小不同对应的感应线圈输出的电流信号不同。因此，通过给感应线圈一个输入电流信号，然后根据感应线圈输出的电流信号来确定导向销与感应块之间的气隙大小，进而判断出衔铁盘相对磁轭的位置，即判断出双稳态电磁离合器的状态。

在本实施例中，感应线圈和感应块基于双稳态电磁离合器结构进行设计，这样可以在不增加电磁离合器的体积以及不影响电磁离合器对称性的前提下，实现电磁离合器状态的监测，具有集成化程度高、结构简单且制造成本低的优点。

此外，在本实施例中，由于导向销上设有限位凸缘，从而可以借助限位凸缘对绕制在导向销上的感应线圈进行轴向位置的限位，防止感应线圈发生轴向位置移动。

另外，结合图1所示，在导磁盘5与感应块11之间还设有隔磁套12。借助隔磁套12起到屏蔽导磁盘5上磁路的作用，使感应线圈10产生的感应磁路和电磁线圈3产生的电磁磁路相互独立，互不干扰。其中，隔磁套12优选为隔磁铝套。

在本实施例中，弹性部件选用压缩弹簧，并且套设在导向销上，具体地，弹簧套设在感应线圈的外侧，而弹簧的一端则直接与磁轭形成固定连接。通过选用弹簧作为弹性部件，可充分利用双稳态电磁离合器内部的空间体积，使其结构更为紧凑。

在本实施例中，如图1所示，衔铁盘4上靠近导磁盘5的一侧还设有定位凸缘13，并且导磁盘5套设在定位凸缘13上，从而实现导磁盘5和衔铁盘4的定位连接，并且保证导磁盘5和衔铁盘4处于同一轴向直线上。

结合图1所示，在本实施例的衔铁盘4上设有磁钢槽14，并且磁钢6固定在磁钢槽14内。具体地，磁钢通过灌胶或注塑方式固定在磁钢槽内，从而降低衔铁盘的厚度尺寸，进一步降低整个离合器的尺寸，达到小型化设计。

此外，根据不同设计要求，磁钢的顶端面可以采用不同形状，例如矩形、正方形、三角形或圆形。

另外，在本实施例中，各电磁线圈之间可以采用如下任意一种方式进行连接：并联、串联、分组串联、分组并联或混联，即各电磁线圈可以采用串联或分组串联的方式进行连接，也可以采用并联或分组并联的方式进行连接，还可以采用混联的方式进行连接，先采用串并联的方式进行连接，例如选取多个电磁线圈串联为一组，再将已串联好的若干组电磁线圈进行并联。

实施例2

本实施例中，第一部件为固定部件，第二部件为活动部件，与实施例1的区别在于，弹性部件设有拉伸的预紧力，并且弹性部件设置在第二部件与外部结构之间，例如该双稳态电磁离合器用于与变速箱配合使用时，就可以选用变速箱壳体作为外部结构进行弹性部件的设置，从而形成对第二部件的常态拉拽作用力，使衔铁盘与磁轭形成常态的分离位置关系。

本实施例中的双稳态电磁离合器的工作原理为：

当电磁线圈处于不通电状态时，电磁线圈不对铁芯产生电磁力，弹性部件的拉伸预紧力大于铁芯与磁钢之间的自然接合力，从而使衔铁盘与磁轭在弹性部件的预紧力作用下处于自然分离位置，即衔铁盘与磁轭之间保持大气隙。

当电磁线圈处于正向通电时，电磁线圈对铁芯产生正向电磁力，使铁芯与磁钢之间的接合力升高至大于弹性部件的拉伸预紧力，从而使衔铁盘移动至与磁轭处于接合位置，即衔铁盘与磁轭之间形成小气隙；其中，此时切断电磁线圈的通电，消除电磁线圈产生的电磁力后，铁芯与磁钢之间形成的接合力会依然保持在大于弹性件拉伸预紧力的状态，从而使衔铁盘保持在与磁轭处于接合位置，而电磁线圈处于不消耗电能状态。

当电磁线圈处于反向通电时，电磁线圈对铁芯产生反向电磁力，使铁芯与磁钢之间的接合力降低至小于弹性部件的拉伸预紧力，而使衔铁盘在弹性部件预紧力作用下移动至与磁轭处于分离位置，即衔铁盘与磁轭之间形成更大尺寸气隙。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，磁轭和导磁盘采用分体结构设计，即分别由多个部分组合而成，这样在不影响铁芯和导向销在磁轭上设置，以及磁路设计的情况下，将磁轭和导磁盘设计为分体式结构可以根据该双稳态电磁离合器的实际使用环境进行调整，进而便于电磁离合器在动力传递结构中更好地布置。当然，也可以仅将磁轭或导磁盘设计为分体式结构。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于，在磁轭中靠近衔铁盘的一侧上设有限位板，限位板沿轴向设置，用于控制铁芯和磁钢处于接合状态时的气隙尺寸，使铁芯和磁钢在接合时保持预设气隙，防止铁芯与磁钢长时间直接接触而产生磨损。

另外，根据设计和使用环境的不同，例如根据低噪环境使用要求，还可以在限位板上可设置减震垫，利用减震垫达到减震和降低噪声的效果。

实施例5

本实施例与实施1的区别在于，衔铁盘上的定位凸缘设置衔铁盘的外圆周上，定位凸缘的内径与导磁盘的外径一致，从而利用导磁盘的外径实现衔铁盘与导磁盘之间的定位固定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种双稳态电磁离合器，其特征在于，包括第一部件、第二部件和弹性部件；

所述第一部件包括磁轭，所述磁轭上设有若干铁芯，所述铁芯上设有电磁线圈，所述第二部件包括衔铁盘和导磁盘，所述导磁盘固定在所述衔铁盘上远离所述磁轭的一侧，所述衔铁盘上固定有若干磁钢，所述铁芯与所述磁钢对应设置；

所述弹性部件用于保持所述衔铁盘和所述磁轭处于常态分离位置；

相邻两个所述电磁线圈为一组，同一组内的两个所述电磁线圈绕制构成一组磁极相同的绕组，且对应的两个所述磁钢设置构成一组磁极相同的磁动势组；

所述磁轭上设有导向销，所述衔铁盘上设有导向孔；所述导向销与所述导向孔形成轴向相对移动导向；

所述导向销采用铁磁材料；

相邻两个所述导向销以及分别绕制在相邻两个所述导向销上的两个感应线圈为一组，同一组内的两个所述感应线圈绕制构成一组磁极相同的绕组，同一组内的两个所述导向销穿过所述导向孔与所述导磁盘上的感应块形成轴向气隙；根据所述感应线圈输出的电流信号判断所述衔铁盘相对所述磁轭的位置。

2.根据权利要求1所述的双稳态电磁离合器，其特征在于，所述导向销的外圆周上设有限位凸缘，所述限位凸缘与所述导向孔配合，使所述铁芯与所述磁钢接合时保持气隙。

3.根据权利要求1所述的双稳态电磁离合器，其特征在于，所述导磁盘与所述感应块之间设有隔磁套。

4.根据权利要求1所述的双稳态电磁离合器，其特征在于，所述弹性部件为弹簧，所述弹簧套设在所述导向销上，所述弹簧的一端与所述磁轭固定连接。

5.根据权利要求1所述的双稳态电磁离合器，其特征在于，所述衔铁盘上靠近所述导磁盘的一侧设有定位凸缘，所述导磁盘套设在所述定位凸缘上。

6.根据权利要求1所述的双稳态电磁离合器，其特征在于，所述衔铁盘上设有磁钢槽，所述磁钢固定在所述磁钢槽内。

7.根据权利要求1所述的双稳态电磁离合器，其特征在于，所述磁轭靠近所述衔铁盘的一侧上设有限位板，所述限位板用于使所述铁芯和所述磁钢在接合时保持预设气隙。

8.根据权利要求1-7任一项所述的双稳态电磁离合器，其特征在于，各所述电磁线圈之间采用并联、串联、分组串联、分组并联或混联中的任意方式进行连接。