CN114198479A - 一种磁吸式变矩器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种磁吸式变矩器，该变矩器包括：主动齿轮和从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮的转动轴线相同，主动齿轮的第二表面和从动齿轮的第三表面分别设置多个轮齿，第二表面和第三表面的轮齿相互啮合，每个轮齿包含两个曲面齿面，齿面的任一点曲率中心均位于轮齿的几何中心与转动轴线构成的平面的同一侧，第二表面与其上轮齿的齿面凸弧面的夹角为锐角或直角，第三表面与其上轮齿的齿面凸弧面的夹角为锐角或直角；信号控制器，在信号控制器内设置有至少一个磁阻电流传感器；第一表面和/或第四表面设置有至少一个励磁线圈，励磁线圈与信号控制器通过引线电气连接。本发明实施例中，磁吸式变矩器达到高传输效率和高可靠性的效果。
Description
技术领域
本发明实施例涉及力矩传递技术领域，尤其涉及一种磁吸式变矩器。
背景技术
目前力矩传递，特别是发动机与变速箱之间的力矩传递，主要是通过液力变矩器或离合结构实现。
液力变矩器传输操作简便，可靠性高，使用寿命长，但由于变距液在力矩传输过程中天然的动能损耗及延迟，使得传输效率有限，同时响应速率不高。离合结构力矩传输，能够实现通过机械结构直接咬合，传输速率快，力矩传输损耗低，效率较高，但操作较液力变矩器复杂，且机械咬合材料损耗显著，寿命较低。
因此，目前变矩器在效率与长期可靠性之间存在矛盾。
发明内容
本发明实施例提供一种磁吸式变矩器，以实现变矩器的高效和高可靠性。
本发明实施例提供了一种磁吸式变矩器，包括：
主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮具有第一表面和第二表面，所述从动齿轮具有第三表面和第四表面，所述第二表面和所述第三表面相对，所述从动齿轮与所述主动齿轮的转动轴线相同，且所述第一表面、所述第二表面、所述第三表面和所述第四表面均与所述转动轴线交点处的切平面相互平行，所述第二表面和所述第三表面分别设置多个轮齿，所述多个轮齿以所述转动轴线为中心呈圆周分布在相应的表面上，所述第二表面和所述第三表面的轮齿相互啮合，每个所述轮齿包含两个曲面齿面，所述齿面的任一点曲率中心均位于所述轮齿的几何中心与所述转动轴线构成的平面的同一侧，所述第二表面与其上轮齿的齿面凸弧面的夹角为锐角或直角，所述第三表面与其上轮齿的齿面凸弧面的夹角为锐角或直角；
信号控制器，在所述信号控制器内设置有至少一个磁阻电流传感器；
所述第一表面和/或所述第四表面设置有至少一个励磁线圈，所述励磁线圈与所述信号控制器通过引线电气连接。
进一步地，还包括：密封外壳，所述密封外壳内填充有非磁性绝缘填充液体。
进一步地，所述转动轴线上设置有主动齿轮驱动连杆，所述主动齿轮驱动连杆与所述主动齿轮的第一表面相交并延伸至所述密封外壳外部。
进一步地，所述转动轴线上设置有从动齿轮驱动连杆，所述从动齿轮驱动连杆与所述从动齿轮的第四表面相交并延伸至所述密封外壳外部。
进一步地，所述第一表面或所述第四表面上的励磁线圈的磁场大小相等，且磁场方向与转动轴线夹角相同。
进一步地，所述磁阻电流传感器包括设置在晶圆基片表面的磁阻元件，所述磁阻元件为霍尔元件、各项异性磁阻、巨磁阻或者隧道结磁阻。
进一步地，所述磁阻电流传感器内部设置有电流排线，所述电流排线的电流方向与所述磁阻元件的灵敏度方向垂直。
进一步地，所述电流排线的电流幅值与单个所述励磁线圈内电流幅值线性正相关。
进一步地，所述主动齿轮和所述从动齿轮的材料均为磁性材料。
进一步地，所述主动齿轮的轮齿齿厚小于或等于所述从动齿轮的槽宽，所述从动齿轮的轮齿齿厚小于或等于所述主动齿轮的槽宽。
本发明实施例中，磁吸式变矩器以磁阻电流传感器为核心控制单元，且以同向曲面齿面齿轮为关键力矩传输结构，将同向曲面齿面齿轮与高精度磁阻电流传感器复合，利用同向曲率齿面齿轮结构实现齿轮间高速平滑咬合，且降低机械接触损耗，基于磁电阻材料自身阻值对于外部磁场变化响应速度快、灵敏度高、可靠性好的特性，精确快速控制励磁线圈内的励磁电流，通过励磁线圈实现轮齿间精确高速锁止及释放，实现励磁线圈中电流的高频精确控制，从而实现快速、高效、稳定和低损耗的力矩传输，使得磁吸式变矩器达到高传输效率、高响应频率、高可靠性和操作简便的效果。
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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图虽然是本发明的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本发明的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本发明的权利要求范围之内。
图1是本发明实施例提供的一种磁吸式变矩器的示意图；
图2是轮齿在主动齿轮表面排布的示意图；
图3是轮齿在从动齿轮表面排布的示意图；
图4是主动齿轮与从动齿轮的轮齿吸合方式与运动方向的示意图；
图5是轮齿在主动齿轮表面排布的示意图；
图6是轮齿在从动齿轮表面排布的示意图；
图7是信号控制器的示意图。
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，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，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。基于本发明中的实施例所揭示和提示的基本概念，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1所示，为本发明实施例提供的一种磁吸式变矩器的示意图。本实施例提供的磁吸式变矩器包括：主动齿轮101和从动齿轮102，主动齿轮101具有第一表面103和第二表面104，从动齿轮102具有第三表面105和第四表面106，第二表面104和第三表面105相对，从动齿轮102与主动齿轮101的转动轴线111相同，且第一表面103、第二表面104、第三表面105和第四表面106均与转动轴线111交点处的切平面相互平行，第二表面104和第三表面105分别设置多个轮齿107，所述多个轮齿107以转动轴线111为中心呈圆周分布在相应的表面上，第二表面104和第三表面105的轮齿107相互啮合，每个轮齿107包含两个曲面齿面，齿面的任一点曲率中心均位于轮齿107的几何中心与转动轴线111构成的平面的同一侧，第二表面104与其上轮齿107的齿面凸弧面的夹角为锐角或直角，第三表面105与其上轮齿107的齿面凸弧面的夹角为锐角或直角；信号控制器109，在信号控制器109内设置有至少一个磁阻电流传感器；第一表面103和/或第四表面106设置有至少一个励磁线圈108，励磁线圈108与信号控制器109通过引线110电气连接。
本实施例中，主动齿轮101和从动齿轮102相对设置，主动齿轮101具有轮齿所在面和无轮齿面，从动齿轮102具有轮齿所在面和无轮齿面。其中，主动齿轮101的第一表面103即为主动齿轮101的无轮齿面，主动齿轮101的第二表面104即为主动齿轮101的轮齿所在面，从动齿轮102的第三表面104即为从动齿轮102的轮齿所在面，从动齿轮102的第四表面106即为从动齿轮102的无轮齿面。主动齿轮101的第二表面104和从动齿轮102的第三表面105相对设置，使主动齿轮101的轮齿所在面和从动齿轮102的轮齿所在面面向设置。
主动齿轮101具有转动轴线111，从动齿轮102与主动齿轮101具有同一转动轴线111，主动齿轮101和从动齿轮102均以转动轴线111为轴旋转，则第一表面103、第二表面104、第三表面105和第四表面106均与转动轴线111交点处的切平面相互平行。
如图2所示，主动齿轮101的轮齿所在面104设置有多个轮齿107，该多个轮齿107以转动轴线111为中心呈圆周均匀分布在主动齿轮101的第二表面104上。如图3所示，从动齿轮102的轮齿所在面105也设置有多个轮齿107'，该多个轮齿107'以转动轴线111为中心呈圆周均匀分布在从动齿轮102的第三表面105上。第二表面104上的轮齿和第三表面105上的轮齿107'相互啮合。其中齿宽方向为圆周径向。
如图4所示，主动齿轮101的第二表面104上设置有多个轮齿107，从动齿轮102的第三表面105上设置有多个轮齿107'，每个主动齿轮轮齿107和每个从动齿轮轮齿107'均包含两个曲面齿面。主动齿轮轮齿107中，每个曲面齿面的任一点曲率中心均位于主动齿轮轮齿107的几何中心与转动轴线111构成的平面的同一侧；从动齿轮轮齿107'中，每个曲面齿面的任一点曲率中心均位于从动齿轮轮齿107'的几何中心与转动轴线111构成的平面的同一侧。
如图5所示，主动齿轮101的第二表面104与其上轮齿107的齿面凸弧面的夹角301为锐角或直角。如图6所示，从动齿轮102的轮齿形貌与主动齿轮101的轮齿形貌相同，从动齿轮102的第三表面105与其上轮齿107'的齿面凸弧面的夹角304为锐角或直角。可选主动齿轮101的轮齿107齿厚302小于或等于从动齿轮102的槽宽306，从动齿轮102的轮齿107'齿厚305小于或等于主动齿轮101的槽宽303。齿面为凸弧面的轮齿有利于主动齿轮101在高转速下与从动齿轮102咬合。轮齿最大齿厚小于或等于对向轮齿的最小槽宽，留出了主动齿轮101与从动齿轮102的轮齿连接咬合空间，有利于两者轮齿咬合。
本实施例中，可选主动齿轮101的无轮齿面103上设置有至少一个励磁线圈108，且从动齿轮102的无轮齿面106上设置有至少一个励磁线圈108。在其他实施例中，还可选仅主动齿轮的无轮齿面上设置有至少一个励磁线圈，或者，仅从动齿轮的无轮齿面上设置有至少一个励磁线圈。励磁线圈108通过引线110与信号控制器109电气连接。可选第一表面103或第四表面106上的励磁线圈108的磁场大小相等，且磁场方向与转动轴线111夹角相同。
当转动轴线111旋转时，带动主动齿轮101和从动齿轮102旋转，则位于同一转动轴线111的从动齿轮102受驱动作用接近主动齿轮101，随后给主动齿轮101和从动齿轮102上的励磁线圈108均加载电流，以此产生反极性磁场。其中，一侧齿轮加载电流的励磁线圈108位于其轮齿后方，另一侧齿轮加载电流的励磁线圈108位于其轮齿后方，则两侧齿轮的励磁线圈108产生反极性磁场，可使主动齿轮轮齿107的凸面与对向的从动齿轮轮齿107'的凹面沿201方向互相吸合，即主动齿轮轮齿107的轮齿齿顶与从动齿轮轮齿107'的轮齿齿根吸合，齿轮旋转方向202为主动齿轮轮齿107凹面，以此实现主动齿轮101与从动齿轮102连接。之后，将主动齿轮101和从动齿轮102上励磁线圈108加载电流，实现轮齿充分吸合，保证力矩传输效率最大化。
当力矩传输需要终止时，励磁线圈108停止加载电流或加载电流产生同极性磁场，控制主动齿轮101与从动齿轮102分离，由于主动齿轮轮齿107与对向的从动齿轮轮齿107'的轮齿弧度及旋转方向作用，主动齿轮轮齿107与对向的从动齿轮轮齿107'的轮齿可平滑快速脱离，主动齿轮101力矩不再传输至从动齿轮102。
如图1所示，可选磁吸式变矩器还包括：密封外壳112，密封外壳112内填充有非磁性绝缘填充液体113。可选主动齿轮101和从动齿轮102的材料均为磁性材料。主动齿轮101及从动齿轮102采用磁性材料，主动齿轮101、从动齿轮102和励磁线圈108均密封于密封外壳112内部，并在密封外壳112内部灌注非磁性绝缘填充液体113，可以防止轮齿氧化，实现润滑、散热以及主动齿轮101与从动齿轮102接触前间接力矩传输的功能。励磁线圈108与位于密封外壳112外部的信号控制器109通过引线110形成电气连接，便于外部信号控制器109对磁吸式变矩器进行信号处理和控制。
如图1所示，可选转动轴线111上设置有主动齿轮驱动连杆114，主动齿轮驱动连杆114与主动齿轮101的第一表面103相交并延伸至密封外壳112外部。转动轴线111上设置有从动齿轮驱动连杆114'，从动齿轮驱动连杆114'与从动齿轮102的第四表面106相交并延伸至密封外壳112外部。本实施例中，主动齿轮驱动连杆114给主动齿轮101施加驱动力，当主动齿轮101受到来自主动齿轮驱动连杆114的驱动力时沿转动轴线111旋转，使从动齿轮102受从动齿轮驱动连杆114'控制接近主动齿轮101。
本发明实施例中，磁吸式变矩器以磁阻电流传感器为核心控制单元，且以同向曲面齿面齿轮为关键力矩传输结构，将同向曲面齿面齿轮与高精度磁阻电流传感器复合，利用同向曲率齿面齿轮结构实现齿轮间高速平滑咬合，且降低机械接触损耗，基于磁电阻材料自身阻值对于外部磁场变化响应速度快、灵敏度高、可靠性好的特性，精确快速控制励磁线圈内的励磁电流，通过励磁线圈实现轮齿间精确高速锁止及释放，实现励磁线圈中电流的高频精确控制，从而实现快速、高效、稳定和低损耗的力矩传输，使得磁吸式变矩器达到高传输效率、高响应频率、高可靠性和操作简便的效果。
示例性的，在上述技术方案的基础上，可选磁阻电流传感器包括设置在晶圆基片表面的磁阻元件，磁阻元件为霍尔元件、各项异性磁阻、巨磁阻或者隧道结磁阻。可选磁阻电流传感器内部设置有电流排线，电流排线的电流方向与磁阻元件的灵敏度方向垂直。可选电流排线的电流幅值与单个励磁线圈内电流幅值线性正相关。
如图7所示，密封外壳的外部设置有信号控制器109，信号控制器109通过引线511与密封外壳内部的器件电连接，信号控制器109内部设置磁阻电流传感器401。磁阻电流传感器401内部设置有电流排线402和晶圆基片404，还包括设置在晶圆基片404表面的多个磁阻元件403，可选磁阻元件403为霍尔元件、各向异性磁阻、巨磁阻或隧道结磁阻中的任意一种。电流排线402中电流方向203垂直于磁阻元件403的灵敏度方向204。
电流排线402通过引线510与驱动电路405相连接，驱动电路405通过引线511与密封外壳内部密封的励磁线圈相连接，电流排线402中电流幅值与励磁线圈内电流幅值线性正相关。驱动电路405还通过引线510与上位机相连，磁阻元件403通过引线512与上位机相连。
当主动齿轮和从动齿轮需要咬合时，上位机通过引线510控制驱动电路405向指定位置的励磁线圈加载电流，同时驱动电路405将加载电流按比例加载于电流排线402上，电流排线402以此产生沿磁阻元件403的灵敏度方向204方向的磁场。磁阻元件403感测磁场，并将磁场强度转变为电阻值变化继而转换为电压变化，最终通过引线512反馈至上位机，以确定当前时刻励磁线圈磁场强度。
上位机基于对励磁线圈磁场强度以及齿轮位置信息，实现对主动齿轮和从动齿轮的精确控制，从而保证力矩高效，快速，稳定的传输。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种磁吸式变矩器，其特征在于，包括：
主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮具有第一表面和第二表面，所述从动齿轮具有第三表面和第四表面，所述第二表面和所述第三表面相对，所述从动齿轮与所述主动齿轮的转动轴线相同，且所述第一表面、所述第二表面、所述第三表面和所述第四表面均与所述转动轴线交点处的切平面相互平行，所述第二表面和所述第三表面分别设置多个轮齿，所述多个轮齿以所述转动轴线为中心呈圆周分布在相应的表面上，所述第二表面和所述第三表面的轮齿相互啮合，每个所述轮齿包含两个曲面齿面，所述齿面的任一点曲率中心均位于所述轮齿的几何中心与所述转动轴线构成的平面的同一侧，所述第二表面与其上轮齿的齿面凸弧面的夹角为锐角或直角，所述第三表面与其上轮齿的齿面凸弧面的夹角为锐角或直角；
信号控制器，在所述信号控制器内设置有至少一个磁阻电流传感器；
所述第一表面和/或所述第四表面设置有至少一个励磁线圈，所述励磁线圈与所述信号控制器通过引线电气连接。
2.根据权利要求1所述的磁吸式变矩器，其特征在于，还包括：密封外壳，所述密封外壳内填充有非磁性绝缘填充液体。
3.根据权利要求1或2所述的磁吸式变矩器，其特征在于，所述转动轴线上设置有主动齿轮驱动连杆，所述主动齿轮驱动连杆与所述主动齿轮的第一表面相交并延伸至所述密封外壳外部。
4.根据权利要求3所述的磁吸式变矩器，其特征在于，所述转动轴线上设置有从动齿轮驱动连杆，所述从动齿轮驱动连杆与所述从动齿轮的第四表面相交并延伸至所述密封外壳外部。
5.根据权利要求1所述的磁吸式变矩器，其特征在于，所述第一表面或所述第四表面上的励磁线圈的磁场大小相等，且磁场方向与转动轴线夹角相同。
6.根据权利要求1所述的磁吸式变矩器，其特征在于，所述磁阻电流传感器包括设置在晶圆基片表面的磁阻元件，所述磁阻元件为霍尔元件、各项异性磁阻、巨磁阻或者隧道结磁阻。
7.根据权利要求6所述的磁吸式变矩器，其特征在于，所述磁阻电流传感器内部设置有电流排线，所述电流排线的电流方向与所述磁阻元件的灵敏度方向垂直。
8.根据权利要求7所述的磁吸式变矩器，其特征在于，所述电流排线的电流幅值与单个所述励磁线圈内电流幅值线性正相关。
9.根据权利要求1所述的磁吸式变矩器，其特征在于，所述主动齿轮和所述从动齿轮的材料均为磁性材料。
10.根据权利要求1所述的磁吸式变矩器，其特征在于，所述主动齿轮的轮齿齿厚小于或等于所述从动齿轮的槽宽，所述从动齿轮的轮齿齿厚小于或等于所述主动齿轮的槽宽。
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