CN205503810U - 电磁离合器 - Google Patents

Abstract

一种电磁离合器，包括：主动轮；电磁铁；衔铁组件，能够沿转轴的轴线的方向在第一位置与第二位置之间运动；从动轮组件，随着衔铁组件运动到第一位置或第二位置，其与主动轮相分离或接合；衔铁组件包括永磁体；当向电磁铁施加第一电流时，衔铁组件朝向第一位置运动；当向电磁铁施相反的第二电流时，衔铁组件向所述第二位置运动；还包括一直沿使衔铁组件运动到第二位置的方向施加作用力的弹性件；当衔铁组件运动至第一位置时，衔铁组件的永磁体能够与一可磁化部件相互吸引，使得在减小或断开通向电磁铁的电流的情况下，衔铁组件能够被保持在第一位置。本实用新型具有以下技术效果：对于电磁铁的电磁力要求较小，节能，并且延长电磁铁使用寿命。

Description

电磁离合器

技术领域

本实用新型涉及电磁离合器，特别是用于汽车的发动机冷却系统或空调系统的电磁离合器。

背景技术

电磁离合器是一种在电磁力作用下进行离合作用(即，实现动力的传递与中断)的装置，其通过对离合器中的电磁线圈的通/断电来控制离合器的接合与分离。电磁离合器广泛用于机械、电子/电气等各种领域，例如用于汽车的发动机冷却系统、空调系统等等。

以发动机冷却系统为例，该系统是保证汽车正常工作的关键系统之一。发动机冷却系统包括水泵，其泵送冷却液，使冷却液在发动机冷却回路中快速流动，以吸收发动机工作时产生的热量，将发动机的温度保持在正常或者最佳工作温度下。通常，发动机在水温(冷却液的温度)为90度时达到最佳工作状态。一些现有汽车的水泵的带轮(主动轮)与转轴直接连接，因此，在汽车一启动后水泵一直运转，驱动发动机内部的冷却液不断循环。这种循环导致汽车启动时发动机的温度上升很慢。如果需要使水温达到约90度，在纯怠速状态下，发动机的暖机时间需要约20分钟。

因此，现有技术已经提出了一种在汽车启动时断开带轮与水泵的连接的设计，这能够将发动机暖机时间降低至约5分钟。暖机时间大大缩短，可以使发动机最快地达到最佳工作状态，减少了燃料消耗，更加节能环保。

中国专利申请公开CN102216639A公开了这样一种现有设计。通过致动器(电磁线圈)通电/断电及复位弹簧实现致动器构件160的吸合/分离，进而带动卷绕弹簧104在径向收缩或者扩张，实现带轮与水泵断开或接合。断开带轮与水泵的连接需要致动器(电磁线圈)始终保持通电状态约5分钟。

但是，长时间的通电电流会使致动器(电磁线圈)发热，进而会使致动器绕组电阻增加，电流下降，从而使致动器电磁力下降，进一步引起拨拉装置回位，使卷绕弹簧失去约束而径向扩张到驱动构件内表面，最终引起离合器分离失效。

另外，致动器构件160没有极性，因此仅仅通过电磁铁的电磁力实现对致动器构件的吸合，这对于电磁铁的电磁力要求较高，即，对于电流要求大。因此，会增大能耗，缩短电磁铁使用寿命。

而且，螺旋形弹簧线圈在扩张到离合器内表面时，由于线圈内应力控制问题或者表面由于温度变化附有冷凝水时导致的摩擦系数变化，可能会发生摩擦力不足，造成离合器接合传动失效。

美国专利申请公开US2010/0263981A1公开了另一种现有设计。所公开的离合器设置有：永磁体9；相应导磁装置10、11；电磁铁8；软磁材料制成的衔铁3；以及转子2a。电磁铁通第一方向的电流时，电磁铁与永磁体的磁场叠加并共同作用对衔铁施加向左侧的作用力，衔铁移动至左侧，系统与转子的间隙变小，永磁体/转子对衔铁的作用力增大，并可将衔铁保持在左侧位置，此时电磁铁可断开或减小电流。电磁铁通反方向电流时，电磁铁产生与永磁体相反的磁场，以抵消永磁体对衔铁的作用力，此时衔铁所受到作用力变小，并在弹簧作用力下向右侧移动复位。

该方案中，电磁铁在使衔铁与转子断开时需要抵消永磁体的磁场，而不是直接对衔铁产生作用力，从而需要在电磁铁上提供大电流才能实现该功能，不利于节约能源，且大电流对于电气系统的冲击较大。

另外，该方案中通过衔铁与转子的吸合直接传递带轮的转矩，对于衔铁的强度有较高要求，衔铁比较容易产生大的磨损。

日本专利申请公开JP特开2007-205513公开了又一种现有设计，其离合器设置有电磁铁23、转子22、软磁材料制成的衔铁21、固定在转子中的永磁体28及弹性体29。与前述美国专利申请公开类似地，当电磁铁接通第一方向的电流时，电磁铁与永磁体共同对衔铁施加作用力，使衔铁被吸至左侧，衔铁与永磁体及转子之间的间隙变小，永磁体对衔铁的作用力变大，并且可以仅通过永磁体将衔铁保持在左侧。此时，电磁铁可断电或者减小电流。当电磁铁接通反方向电流时，电磁铁产生与永磁体相反的磁场，以抵消永磁体对衔铁的作用力，衔铁在弹性体作用下向右侧移动复位。该方案中，电磁铁在使衔铁与转子断开时，需要抵消永磁体的磁场，而不是直接对衔铁产生作用力，该方式需要在电磁铁上提供大电流才能实现衔铁的复位，不利于节约能源，且大电流对于电气系统的冲击较大。

中国实用新型专利公告CN202040232U公开了又一种现有设计。在所公开的离合器中，吸盘2中设置有永磁铁21。吸盘与皮带轮保持常态接合状态。在电磁线圈11通电时，产生与永磁铁相排斥的磁场，皮带轮与吸盘分离，即，皮带轮与水泵断开。该方案中，对于电磁线圈的电磁力要求较高，即，对于电流要求大，会增加能耗，且缩短电磁铁使用寿命。另外电磁线圈需要保持较长通电时间，容易发热，同样会增加能耗。该方案中通过吸盘与皮带轮的吸合直接传递皮带轮的转矩，对于吸盘的强度有较高要求，吸盘比较容易产生大的磨损。

中国实用新型专利公告CN203769916U公开了再一种现有设计，其中，在第一旋转体2上固定有第一磁铁501，第一磁铁沿圆周排布，且在径向上极性相反。在电磁铁芯6断电时，吸合盘7被永磁体吸引以与第一旋转体2接合，并将第一旋转体的转动传递至第二旋转体3。电磁铁芯通电时，将吸合盘7从第一旋转体分离，第一旋转体2与第二旋转体3分离。该方案中，吸合盘也是软磁的，而非永磁体，在电磁铁芯通电时，需要抵消永磁体的磁场，而非直接对吸合盘产生作用力，需要大电流，能耗高；当需要断开吸合盘与皮带轮的连接时，电磁铁芯需要长时间通电，也会产生发热及高能耗的问题。另外，吸合盘直接通过摩擦传递扭矩，对于吸合盘的强度有较高要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有较小功率消耗、并具有较长使用寿命的电磁离合器。

本实用新型提供了这样一种电磁离合器，其包括：

具有轴线的转轴；

用于接收外部动力的主动轮；

电磁铁，当向所述电磁铁通电时，所述电磁铁能够产生磁场；

衔铁组件，所述衔铁组件能够沿所述转轴的轴线的方向在第一位置与第二位置之间运动；

安装于所述转轴上的从动轮组件，所述从动轮组件构造成：随着所述衔铁组件运动到第一位置，所述从动轮组件运动而与主动轮相分离；随着所述衔铁组件运动到第二位置，所述从动轮组件运动而与主动轮相接合；

其特征在于，

所述衔铁组件包括永磁体；

当向所述电磁铁施加第一方向的第一电流时，通过所述电磁铁产生的磁场与所述衔铁组件的永磁体之间的第一作用力，所述衔铁组件朝向所述第一位置运动；

当向所述电磁铁施加与第一方向相反的第二方向的第二电流时，通过所述电磁铁产生的磁场与所述衔铁组件的永磁体之间的第二作用力，所述衔铁组件向所述第二位置运动；

所述电磁离合器还包括一直沿使所述衔铁组件运动到第二位置的方向对所述衔铁组件施加作用力的弹性件；以及

当所述衔铁组件运动至第一位置时，所述衔铁组件的永磁体能够与一可磁化部件相互吸引，使得在减小或断开通向所述电磁铁的电流的情况下，所述衔铁组件能够被保持在所述第一位置。

其中：所述第一位置是靠近所述电磁铁的位置，所述第二位置是远离所述电磁铁的位置。

本实用新型具有以下技术效果：

对于电磁铁的电磁力要求较小，即，对于电流要求小，节能；并且延长电磁铁使用寿命。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器的分解透视图；

图2是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器在组装状态下的横截面图；

图3是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器在组装状态下的剖切透视图；

图4是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器的主动轮的透视图；

图5是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器的主动轮的横截面图；

图6-7是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器的从动轮的透视图；

图8是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器的从动轮的横截面图；

图9-10是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器的楔形块的透视图；

图11是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器的楔形块的侧视图；

图12是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器的衔铁架的侧视图；

图13是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器的衔铁架的透视图；

图14是根据本实用新型第一实施例的电磁离合器的衔铁架的局部透视图；

图15是根据本实用新型第二实施例的电磁离合器的透视图；

图16是根据本实用新型第二实施例的电磁离合器的剖视图；

图17根据本实用新型第二实施例的电磁离合器的剖切透视图；

图18是电磁铁的剖视图；

图19-20分别是根据本实用新型第二实施例的电磁离合器的衔铁组件的透视图；

图21是根据本实用新型第二实施例的电磁离合器的从动轮的透视图；

图22-23是图示了根据本实用新型的衔铁组件的运动与离合器接合-分离状态之间的关系的示意图。

具体实施方式

[第一实施例]

下面参考附图1-14介绍根据本实用新型第一实施例的电磁离合器。图1-3示出了根据本实用新型第一实施例的电磁离合器。

根据本实用新型的电磁离合器100主要包括外壳组件、转轴组件、电磁铁、主动轮组件、从动轮组件。

外壳组件包括壳体1、安装于壳体1的外侧之一(图1中被示出在左侧)上的叶轮27以及位于两者之间的叶轮轴承-密封组件(也称为水封)14。壳体1包括限定孔的圆筒形壁1a以及加强筋1b，如图1所示。外壳组件还包括防尘罩3。

转轴组件包括转轴7a和安装于转轴7a上的轴承7。转轴组件从与叶轮27相反的一侧安装到壳体1中，使得轴承7整体基本上被容纳在壳体1中但转轴7a的一端延伸到壳体之外以与叶轮27以及叶轮轴承-密封组件14相接合，如图2所示。

冲折式装配固定环29安装在壳体1的圆筒形壁1a上以将后面所述的电磁铁(具体地，铁轭)装配在壳体1上。该装配固定环29具有分别与各加强筋1b相接合的接合部，以便当将电磁铁安装在壳体上时，在圆周方向上相对于圆筒形壁1a被定位。

电磁铁包括铁轭24和定位于铁轭24内的电磁线圈32。电磁铁安装在用于接收外部动力(例如来自汽车发动机的动力或者其它外部动力)的主动轮(带轮)2内，电磁铁一侧抵靠装配固定环29、另一侧邻近后面描述的主动轮2的径向部件2b，如图1、2所示。铁轭24例如可以由软磁性材料形成(即，铁轭是可磁化部件)，电磁线圈32通电后会在铁轭24上产生磁极。

由用于将电磁线圈的末端固定到铁轭24上的插座28和用于将汽车电缆连接到插座28上的插头25构成的接插件将汽车的电缆与电磁铁的电磁线圈电连接，以便向电磁铁供电或断电。

主动轮2为电磁离合器主动部分的主要构件，优选为带轮。在其他实施例中，主动轮也可以是其他构件，带轮可以与该主动轮固定连接。

图4和图5示出了主动轮2的构造，其中图4是示出主动轮的透视图，图5是示出主动轮的截面图。

如图4和5所示，主动轮包括圆筒形壁2a和在轴向一定位置处从圆筒形壁2a径向向内延伸的、呈圆环形式的径向部件2b。在示例性实施例中，径向部件2b优选的与圆筒形壁2a一体设置在主动轮2内轴向中间位置处。但是，本实用新型不限于此，径向部件2b也可以根据实际情况设置在主动轮2内的其它轴向位置处。

当主动轮2的径向部件2b为软磁材料制成(即，径向部件2b为可磁化部件)时，可以将该径向部件视为第一转子；当主动轮的径向部件为非软磁材料时，也可以设置一个相对于主动轮固定的、由软磁材料制成的第一转子。

如图1-3所示，电磁铁安装在主动轮2内，靠近主动轮2的径向部件2b。

如图4-5所示，径向部件2b设置有隔磁槽，该隔磁槽使电磁铁的磁场能够通过径向部件的引导而作用在后面描述的衔铁组件上。例如可以使电磁铁呈现径向分布的相反极性，以对应于衔铁组件的径向分布磁极的永磁体；或者使电磁铁在轴线方向呈现单个极性，以对应于衔铁组件的轴向分布磁极的永磁体。

衔铁19和衔铁架31构成衔铁组件。从动轮18和楔形块20构成从动轮组件。衔铁组件和从动轮组件安装在主动轮2的径向部件2b与电磁铁相反的一侧。轴承33和挡圈34沿径向安装于后面描述的从动轮18的圆筒形主体与主动轮2的径向部件之间。

衔铁组件包括沿径向或轴向分布磁极的永磁体，例如径向内侧为N极，径向外侧为S极，反之亦可；或者轴向一侧为N极，另一侧为S极。优选方案为径向分布，这样可以使电磁铁所需要的电磁力最小，即电流最小，能耗最低。在本实施例中，通过对圆环形的衔铁19进行磁化，使衔铁19成为永磁体。在可选实施例中，永磁体结构可以是设置在衔铁19上的多个圆形的或者环形的构件。衔铁通过螺钉23与衔铁架31安装在一起。

由从动轮18和楔形块20构成的从动轮组件沿轴向安装在衔铁19与衔铁架31之间。从动轮18如图6-8所示，具有：轴向延伸的圆筒形主体，用于固定(可以是过盈配合，也可以是其他安装方式)在转轴7上(参见图2)；以及在远离主动轮的一端处径向延伸的多个等间隔分布(圆周方向上)的径向臂18a。所述径向臂设有安装孔，用于将衔铁架31、楔形块20通过楔块轴22安装于径向臂上。在所示实例中，设置有三个径向臂。但是本实用新型不限于此，可以根据需要设置数量不同于三的多个径向臂。

可选地，从动轮18在轴向上可以设置为双层结构，其左侧(靠近主动轮一侧)设置有软磁材料制成的圆环形结构181，其可以作为第二转子181(即，第二转子是可磁化部件)；其右侧(远离主动轮一侧)设置有如上所述的多个径向臂18a。径向臂18a可以与从动轮18的圆筒形主体一体设计，也可以是分离的部件通过焊接或其他方式与圆筒形主体固定连接在一起。可选地，多个径向臂18a也可以是从圆筒形主体径向延伸的单个环形结构。

在设置有第二转子181的情况下，楔形块20通过楔块轴22收容在从动轮的双层结构之间，即在第二转子181与多个径向臂18a之间。并且，衔铁组件中的衔铁19及衔铁架31分别设置在第二转子181的轴向两侧，其中衔铁19靠近图1中的左侧，衔铁架31靠近图1中的右侧。

如图9-11所示，楔形块20包括摆臂20a及楔面20b，摆臂20a通过楔块轴22安装在从动轮18的径向臂18a上。楔形块20可绕楔形块轴22旋转。本实施例中，楔块轴22与从动轮18的径向臂18a的配合关系以及楔块轴22与楔形块20的配合关系可以分别是：a过盈配合和间隙配合；或b间隙配合和间隙配合；或c间隙配合和过盈配合。

从动轮18的径向臂18a与楔块轴22左端沉孔冲压配合，形成楔块轴对径向臂18a的左端的止挡面。楔块轴22与衔铁架31相配合的轴径大于楔块轴22与从动轮18的径向臂18a配合的轴径，从而形成对从动轮右侧的止挡面。借此，楔块轴在轴向被限位在从动轮上。衔铁架31也通过楔块轴22安装在从动轮18(的径向臂)上，受楔块轴22导向约束(楔块轴22与衔铁架31是间隙配合)，并能轴向往复移动。当衔铁组件移动至第一位置(在本实施例中图示为左侧)时，衔铁架31抵接在从动轮的径向臂的右侧，当衔铁组件移动至第二位置(在本实施例中图示为右侧)时，衔铁19抵接在从动轮的左侧，即从动轮的端面可以在轴向上对衔铁组件的移动进行限位止挡。

如图12-14所示，衔铁架31具有环形主体31a以及设置在环形主体外周上的多个U形拨叉31b。拨叉包括第一拨杆31b1及第二拨杆31b2，第一拨杆、第二拨杆外侧面相对于转轴轴线可以是圆柱形面，也可以是平面的；第一、第二拨杆上与楔形块配合的配合面311、312相对于转轴轴线为螺旋面或者斜平面，该斜平面与转轴的轴线相交且不垂直。优选方案中，配合面为螺旋面。

当衔铁组件被驱动沿轴向方向移动时，配合面推动装在楔块轴22上的楔形块20，这种推动力存在与圆周方向相切的力分量，使得楔形块绕楔块轴旋转，即，将衔铁组件的轴向运动转换成楔形块圆周方向的旋转运动，从而使楔形块20的楔面与主动轮2的内圆筒形表面摩擦接合或者分离。

可选地，楔形块20上设置有外形呈圆柱形或弧形的金属箍20c，金属箍20c一体或装配设置在楔形块20上，用以与衔铁架31的配合面311、312相配合，减少摩擦，使配合更加顺畅。

图2-3示出了电磁离合器的组装状态，防尘罩(罩帽构件)3与主动轮配合安装，从而在电磁离合器的一侧形成封罩。各部件之间的相互装配可以利用已知手段进行，这里不再详细描述。

下面参考图1描述根据本实用新型的电磁离合器的操作。

首先描述电磁铁通/断电时，衔铁组件的轴向运动。

当向电磁铁通第一方向电流，电磁铁的极性与衔铁组件的永磁体的极性相反/相吸，作用在衔铁组件上。因此，在电磁力作用下，衔铁19与安装在一起的衔铁架31克服弹性件的作用力向第一位置，优选为离合器的分离位置移动。

当衔铁组件移动至第一位置时，衔铁组件中的永磁体会与软磁材料制成的第一转子相吸合。该吸合是有间隙的磁力吸合，在其他实施方式中，对应于其他的离合器结构，该吸合也可以是具有机械接触的磁力吸合。衔铁组件由于自身永磁体与第一转子的软磁材料相吸，因此，即使关闭电磁铁的电流，仅通过衔铁组件的永磁体与第一转子的软磁材料的磁性吸合力作用也可以将衔铁组件保持在第一位置，或者可以通过向电磁铁通减小的电流就可以将衔铁组件保持在第一位置。

当向电磁铁通与第一方向相反的第二方向的电流时，电磁铁所形成的磁场的极性与衔铁组件的永磁体极性相同/相斥，电磁铁排斥/推动衔铁组件向第二位置(接合位置，在本实施例中图示为右侧)移动。在电磁力及弹性件的共同作用下，使衔铁组件向第二位置移动。此时，衔铁组件与第一转子的间隙增大，衔铁组件与第一转子之间的磁性吸合力可以忽略，衔铁组件可以仅在弹性件的作用下保持在第二位置。此时可以停止对电磁铁的供电，以降低能耗。

当在从动轮上设置了第二转子时，该第二转子可以为软磁材料制成。当衔铁组件移动至第二位置时，衔铁组件的永磁体与第二转子吸合，该吸合可以是有机械接触的磁性吸合，或者是有间隙的磁性吸合。衔铁组件与第二转子的吸合力及弹性件对衔铁组件的作用力共同作用更加确保将衔铁组件保持在第二位置。

通过在插座28上整合一个控制部件，例如一个计数换向器，也可以通过车载继电器直接控制电磁线圈32中的电流方向来控制电磁铁的磁极。

如上所述，在本实用新型中，电磁铁通过与永磁体相同或相反的磁极极性直接对含有永磁体的衔铁组件施加相斥或相吸磁性作用力，不需要像现有专利那样克服永磁体对衔铁组件的作用力或者抵消永磁体的磁场。因此，在本实用新型中，电磁铁的作用力可以大幅减小，相对于前述日本专利公开和美国专利公开的电磁离合器，本实用新型的电磁铁中的电流的大小可以降低至现有技术中电流的约一半。同时，在衔铁组件移动至第一位置或者第二位置后，衔铁组件可以无需电磁铁作用力(或仅需很小作用力)即可以保持在相应的位置，即可以停止对电磁铁的供电(或仅需很小电流)，可以大幅减少能耗，即，大电流脉冲的作用时间很短，可以以秒计算。相对于前述现有技术中的电磁铁的数分钟作用时间，在本实用新型中电磁铁的作用时间缩短了两个数量级，大大降低了电磁铁发热的可能。

接下来描述当电磁铁通/断电时，随着衔铁组件的轴向运动，从动轮组件的运动。

当向电磁铁通与第一方向相反的第二方向的电流使得使衔铁组件向第二位置移动时，衔铁组件(衔铁19与衔铁架31)带动位于衔铁组件的衔铁19与衔铁架31之间的从动轮组件运动。当衔铁架31沿轴向向第二位置运动时，衔铁架31的U形拨叉的第二拨杆31b2的配合面311对楔形块20的金属箍20c施加与圆周方向相切的作用力，使得楔形块20绕楔块轴22旋转，楔块轴的轴线与转轴轴线相平行。此时，以楔块轴22为旋转轴线使楔形块20的楔面与主动轮2的圆筒形壁2a的内表面摩擦面接合的方向转动。当楔形块20的楔面与主动轮2的圆筒形壁2a的内表面摩擦接触后，楔形块20会受到与衔铁架31的配合面311的推动力相同方向的来自主动轮2的圆筒形壁2a的内表面的摩擦作用力，使楔形块20与离合器主动轮2的圆筒形壁2a的内表面保持楔入式接合，并将二者之间的摩擦力通过楔块轴22推动从动轮18从而传递旋转动力至转轴。所述楔入式结合是指楔形块的楔面与主动轮的圆筒形壁的内表面的接合点与楔形块旋转轴线的连线以及楔形块旋转轴线与转轴轴线的连线呈一个夹角，且该楔入式结合不是自锁式结合。

将第二拨杆31b2(使楔形块与主动轮接合的拨杆)设计为弹性件，从而使配合面311更好地与楔形块20配合。第二拨杆31b2的弹性变形可以使多个(在图示实例中为三个)楔形块与带轮的压力基本一致。假设因为制造公差/安装公差的原因，楔形块与带轮的接合有先有后，则可以通过第二拨杆的弹性变形使三个楔形块基本同步的与带轮内表面结合。

当衔铁架31随衔铁组件向第一位置方向被驱动移动时，衔铁架31的第一拨杆31b1的配合面312推动楔形块20以楔块轴22为旋转轴线向使楔形块20的楔面与主动轮2的圆筒形壁2a的内表面分离的方向转动，从而使楔面与主动轮2的圆筒形壁2a的内表面分离，实现主动轮与从动轮的旋转动力的分离功能，使得主动轮相对于从动轮空转。

代替的，在其他实施方式中，所述衔铁架也可以与衔铁一起设置在从动轮的左侧，通过对应地设置拨叉的配合面的倾斜/旋转方向，同样可以实现衔铁组件在轴向第一位置及第二位置移动时，使楔形块与主动轮的圆筒形壁的内表面的接合或者分离。

作为衔铁组件的第二位置保持件的弹性件30在沿轴线方向远离第一转子的方向上施加作用力于衔铁组件上，使得弹性件30始终沿将衔铁组件驱动回到第二位置的方向作用，在第二位置，衔铁组件(具体地，衔铁19)与电磁组件的吸合被断开。弹性件可以是螺旋弹簧，也可以片形弹簧，或者波形弹簧。数量也可以依据需要设置为一个，也可以是多个叠加或者分散设置。作用方式可以是拉伸衔铁组件，也可以是偏压衔铁组件。本实施例中，弹性件是一个螺旋弹簧或者多个轴向叠加的波形弹簧，其一端偏压在转轴的端部或后面描述的第二转子的端面，另一端偏压在衔铁组件的衔铁架上。在其他实施例中，弹性件也可以是多个分散设置的螺旋弹簧，其一端抵接在从动轮上，另一端抵接在衔铁组件上。当然也可以采用本技术领域中广泛使用的片形弹簧，具体方式不再赘述。

对于从动轮组件，可以采用现有技术的其它结构，代替本实用新型上述拨叉-楔形块结构。例如中国专利申请公开CN200980145448.X所述的卷绕线圈以及如日本专利公开JP特开2007-205513所述的滚珠式结构。

在电磁铁失效时，水泵可能停止工作，发动机温度上升。包含永磁体的衔铁组件在受水泵传导热量影响下上升到居里点时，即，所述衔铁组件所处环境温度达到设计失磁温度时，所述永磁体磁性降低或消失，进而引起所述衔铁组件的永磁体与所述第一转子的软磁材料之间的相互吸引作用力或者与被施加有减小的第一电流的所述电磁铁产生的磁场与所述衔铁组件的永磁体之间的吸引作用力降低或消失，进而所述弹性件向所述衔铁组件施加的作用力使所述衔铁组件向第二位置运动；当永磁体的衔铁组件恢复到设计温度时，其磁性可以恢复，或者磁序恢复，并由电磁铁对永磁体进行充磁，即永磁体是非永久性失磁的材料，在衔铁组件的永磁体的磁性或者磁力恢复至设计值后，电磁离合器仍然可以正常工作。

考虑到这种情况，优选地，如本实用新型示例性实施例中那样，将衔铁组件和从动轮组件构造成当衔铁组件位于第二位置(衔铁组件的吸合被断开)时，从动轮组件的楔形块与主动轮的内表面楔合。因此，当衔铁组件与第一转子的吸合力或者衔铁组件与第一转子的吸合力与电磁铁对衔铁组件的作用力之和小于弹性件对衔铁组件的作用力时，衔铁组件向第二位置移动，使楔形块20沿着使其楔面与主动轮2的圆筒形壁2a的内表面接合的方向转动，使楔形块与主动轮的圆筒形壁2a的内表面保持楔入式接合，并将二者之间的摩擦力通过楔块轴22推动从动轮18从而将旋转动力传递至转轴，以正常驱动水泵工作，进而实现电磁离合器的安全失效。

本实用新型中，可以采用弹力较小的弹性件30，这样向电磁铁通较小的电流即可将衔铁组件吸引向左移动，电磁铁不容易发热。

此外，在本实用新型中，由于以楔块轴为旋转轴向使楔形块沿着使其楔面与离合器主动轮的圆筒形壁2a的内表面接触的方向转动，当楔形块的楔面(摩擦面)与离合器主动轮的圆筒形壁2a的内表面接触后，楔形块会受到与衔铁架的配合面(优选为螺旋面)推动力相同方向的、来自主动轮的圆筒形壁2a的内表面的摩擦作用力，使楔形块与离合器主动轮的内表面保持楔入式接合；并且，离合器传递的扭矩越大，楔形块与主动轮之间就楔得越紧，传递的扭矩就越大。只要所传递的扭矩不大于使两者发生结构性破坏，离合器就不会出现传动失效的情况。借助于这样的结构特点，即使在楔形块与主动轮之间的摩擦面之间有水或油导致摩擦系数严重下降时，也会由于楔入式结合的作用而保持离合器能传递设计需要的扭矩。

受电磁铁的电磁力作用的包含永磁体的衔铁在电磁力作用下与安装在一起的衔铁架位于接合位置或分离位置时，在电磁力消失后，均由于自身永磁体与周边铁磁性元件(软磁材料)相吸而能够保持所处位置不变，从而实现位置保持功能，可以使电磁铁的工作时间大为缩短。只要能把衔铁推动或拉动到接合位置或分离位置，就可以切断电源，从而使得离合器的电磁线圈绕组通电时间极短，不会产生因发热而使电磁铁功能降低的不利情况。

[第二实施例]

现在将参考附图15-21描述本实用新型的第二实施例。第一实施例中能够用于第二实施例的结构、构造和特征将不再重复描述。

根据本实用新型第二实施例的电磁离合器100′也主要包括外壳组件、转轴组件、电磁铁、主动轮组件、从动轮组件。

参考图15-17，根据第二实施例的电磁离合器与水泵组合在一起，其外壳组件包括水泵体1c和涡壳1d构成的壳体1′和防尘罩3′。叶轮27′以及叶轮轴承-密封组件(水封)14′安装于水泵体1c和涡壳1d之间。

转轴组件也包括转轴7a′和安装于转轴7a′上的轴承7′。转轴组件从与叶轮27′相反的一侧安装到水泵体1c中，使得轴承7′整体基本上被容纳在水泵体1c中并且转轴7a′的一端延伸成与叶轮27′以及叶轮轴承-密封组件14′相接合，如图15-17所示。

如图18所示，电磁铁101包括铁轭24′和定位于铁轭24′内的电磁线圈32′。电磁铁101安装在水泵体1c上并且安装在用于接收外部动力(例如来自汽车发动机的动力或者其它外部动力)的主动轮(带轮)2′内。铁轭24例如可以由软磁性材料形成(即，铁轭24为可磁化部件)，电磁线圈32′通电后会在铁轭24′上产生磁极，如图所示。

由用于将电磁线圈的末端固定到铁轭24′上的插座28′和用于将汽车电缆连接到插座28′上的插头25′构成的接插件将汽车的电缆与电磁铁的电磁线圈电连接，以便向电磁铁供电或断电。插座28′与插头25′之间还可以设置插座底座盖板26′以及控制器27′，如图15所示。

与第一实施例类似，主动轮2′为电磁离合器主动部分的主要构件，优选为带轮。在其他实施例中，主动轮也可以是其他构件，带轮可以与该主动轮固定连接。

与第一实施例不同的是，根据第二实施例的主动轮2′不包括径向向内延伸的、呈圆环形式的能够起到第一转子作用的径向部件，仅包括圆筒形部。

如图16、17所示，轴承33′(例如双列球角接触轴承)和电磁铁101分别轴向串联地安装于水泵体1c的阶梯圆筒形部与主动轮2′之间，与水泵体固定配合，与主动轮2′的圆筒形内壁之间留有间隙。

如图15-17所示，电磁铁101与轴承33′之间设置有定位环35′和挡圈34′。定位环35′限制轴承33′的内圈与电磁铁101之间的间距，避免回转时发生刮擦。挡圈34′限制轴承33′的外圈相对于主动轮2′轴向窜动。

衔铁组件102位于电磁铁101的另一侧(图示的右侧)。如图19-20所示，在如图所示的第二实施例中，衔铁组件102通过一体注塑成型设置。

如第一实施例类似，衔铁组件102包括沿径向或轴向分布磁极的永磁体102b2，例如径向内侧为N极，径向外侧为S极，反之亦可；或者轴向一侧为N极，另一侧为S极。优选方案为径向分布，这样可以使电磁铁所需要的电磁力最小，即电流最小，能耗最低。

如图19-20所示，在第二实施例中，衔铁组件包括沿圆周方向间隔分布的多个槽102b1以及多个永磁体102b2。可选地，永磁体还可以以其它方式设置在衔铁组件中。例如，永磁体为单个环形永磁体，内嵌在衔铁组件中。

衔铁组件102在其与电磁铁相反的一侧上也包括构成拨叉的第一拨杆31b1′和第二拨杆31b2′,用于拨动后面描述的楔形块。在第二实施例中，第一拨杆和第二拨杆具有与第一实施例类似的设计，这里不再重复描述。

如图19所示，衔铁组件102的内圆周侧设有花键槽102a1或花键，与后面将描述的、设置在从动轮的圆筒形部外侧的花键或花键槽相互配合，且相对于从动轮能够轴向移动。

当然，与第一实施例类似，衔铁组件也能够由分离的部件或者部分形成，或者也能够具有其它构造，只要衔铁组件包括永磁体并且其运动能够带动从动轮组件运动即可。

如图15和图21所示，从动轮18′与楔形块20′构成从动轮组件103。从动轮18′可以具有与第一实施例的从动轮18基本类似的结构，即，具有：轴向延伸的圆筒形主体，用于固定在转轴上；以及在远离主动轮的一端处径向延伸的多个等间隔分布(圆周方向上)的径向臂18a′。可选地，从动轮18在轴向上也可以设置为双层结构，其左侧设置有软磁材料制成的圆环形结构，其可以作为第二转子181′；其右侧设置有如上所述的多个径向臂18a′。

根据第二实施例的从动轮18′的圆筒形部(轴部)外侧还设有与前述花键槽102a1配合的花键18a1(或花键槽)并且还可以在第二转子181′左侧设置突起(止位凸台)181a，所述突起181a能够被接收在衔铁组件的槽102b1内以用于限制并且保持从动轮组件103与衔铁组件102之间的间隙。

楔形块20′具有与第一实施例相同或类似的构造，通过销钉22′安装到从动轮18′的径向臂18a′上，且能绕销钉转动。

从动轮组件103整体沿轴向安装在衔铁组件102的与电磁铁相反的一侧，并且从动轮18′的圆筒形部延伸穿过衔铁组件102的中心孔，使得从动轮18′的花键(或花键槽)18a1与衔铁组件的花键槽(或花键)102a1配合以及使得第一拨杆/第二拨杆与楔形块20′配合。

如图16、17所示，从动轮18′的圆筒形部的内圆周与水泵轴固定配合，弹簧盖35安装在衔铁组件102上，弹簧30′(弹性件)的一端抵接弹簧盖35，另一端抵接水泵轴7a′，迫使衔铁组件向远离电磁铁的方向运动。

下面参考图15描述根据第二实施例的电磁离合器的操作。

首先描述电磁铁通/断电时，衔铁组件的轴向运动。

当向电磁铁通第一方向电流，电磁铁的极性与衔铁组件的永磁体的极性相反/相吸，作用在衔铁组件上。因此，在电磁力作用下，衔铁组件克服弹性件的作用力向第一位置，优选为离合器的分离位置移动。

当衔铁组件移动至第一位置(图示为左侧)时，衔铁组件中的永磁体会与电磁铁的铁轭(可磁化部件)相吸合。衔铁组件由于自身永磁体与电磁铁的铁轭(可磁化部件)相吸，因此，与第一实施例类似，即使关闭电磁铁的电流，仅通过衔铁组件的永磁体与电磁铁的铁轭(可磁化部件)的磁性吸合力作用也可以将衔铁组件保持在第一位置，或者可以通过向电磁铁通减小的电流就可以将衔铁组件保持在第一位置。

当向电磁铁通与第一方向相反的第二方向的电流时，电磁铁所形成的磁场的极性与衔铁组件的永磁体极性相同/相斥，电磁铁排斥/推动衔铁组件向右侧移动。在电磁力及弹性件的共同作用下，使衔铁组件向第二位置(接合位置，图示为右侧)移动。此时，衔铁组件与电磁铁的铁轭(可磁化部件)之间的间隙增大，衔铁组件与电磁铁的铁轭之间的磁性吸合力可以忽略，衔铁组件可以仅在弹性件的作用下保持在第二位置。此时可以停止对电磁铁的供电，以降低能耗。

与第一实施例类似，当在从动轮上设置了第二转子时，该第二转子可以为软磁材料(可磁化部件)制成。当衔铁组件移动至第二位置时，与第二转子吸合。衔铁组件与第二转子的吸合力及弹性件对衔铁组件的作用力共同作用更加确保将衔铁组件保持在第二位置。

如上所述，第二实施例可以获得与第一实施例相同的效果，即：电磁铁通过与永磁体相同或相反的磁极极性直接对含有永磁体的衔铁组件施加相斥或相吸磁性作用力，不需要像现有专利那样克服永磁体对衔铁组件的作用力或者抵消永磁体的磁场。因此，电磁铁的作用力可以大幅减小，相对于前述日本专利公开和美国专利公开的电磁离合器，本实用新型的电磁铁中的电流的大小可以降低至现有技术中电流的约一半。同时，在衔铁组件移动至左侧或者右侧后，衔铁组件可以无需电磁铁作用力(或仅需很小作用力)即可以保持在相应的位置，即可以停止对电磁铁的供电(或仅需很小电流)，可以大幅减少能耗，即，大电流脉冲的作用时间很短，可以以秒计算。相对于前述现有技术中的电磁铁的数分钟作用时间，在本实用新型中电磁铁的作用时间缩短了两个数量级，大大降低了电磁铁发热的可能。

当电磁铁通/断电时，随着衔铁组件的轴向运动，从动轮组件的运动与第一实施例类似。

当向电磁铁通与第一方向相反的第二方向的电流使得衔铁组件向第二位置(接合位置，图示为右侧)移动时，衔铁组件的第二拨杆31b2′的配合面对楔形块20′的金属箍施加与圆周方向相切的作用力，使得楔形块20′绕销钉22′旋转，销钉的轴线与转轴轴线相平行。此时，以销钉22′为旋转轴线使楔形块20′的楔面与主动轮2′的圆筒形壁的内表面摩擦面接合的方向转动。当楔形块20′的楔面与主动轮2′的圆筒形壁的内表面摩擦接触后，楔形块20′会受到与第二拨杆31b2′的配合面的推动力相同方向的来自主动轮2′的圆筒形壁的内表面的摩擦作用力，使楔形块20′与离合器主动轮2′的圆筒形壁的内表面保持楔入式接合，并将二者之间的摩擦力通过销钉22′推动从动轮18′从而传递旋转动力至转轴。

与第一实施例相同，将第二拨杆31b2′(使楔块与主动轮接合的拨杆)设计为弹性件，从而使配合面更好地与楔形块20′配合。第二拨杆31b2′的弹性变形可以使多个(在图示实例中为三个)楔形块与带轮的压力基本一致。假设因为制造公差/安装公差的原因，楔形块与带轮的接合有先有后，则可以通过第二拨杆的弹性变形使三个楔形块基本同步的与带轮内表面结合。

当衔铁组件向第一位置方向被驱动移动时，衔铁组件的第一拨杆31b1′的配合面推动楔形块20′以销钉22′为旋转轴线向使楔形块20′的楔面与主动轮2′的圆筒形壁的内表面分离的方向转动，从而使楔面与主动轮2′的圆筒形壁的内表面分离，实现主动轮与从动轮的旋转动力的分离功能，使得主动轮相对于从动轮空转。

根据第二实施例的电磁离合器能够获得与根据第一实施例的电磁离合器完全相同的技术效果。除此之外，在第二实施例中，在衔铁组件运动到第一位置并且减小或者断开电磁铁的电流时，衔铁组件的永磁体直接与电磁铁的铁轭相吸合，主动轮(带轮)不具有径向部件，因此简化了主动轮的结构，进一步降低了电磁离合器的成本。另外，电磁铁的铁轭与轴承33′(双列角接触轴承)轴向并联，减小了电磁离合器的直径。而且，由于衔铁组件与从动轮采用花键槽/花键配合，消除了第一实施例中台阶销(楔块轴)作为导向而可能产生的卡滞作用。

根据以上第一实施例和第二实施例的说明，本领域技术人员还能够想到其它许多变型实施例。下面将示例性(非排它性)地介绍一些变型实施例。

[变型例1]

在第一实施例的电磁离合器的结构中，主动轮2设有由软磁材料(可磁化部件)形成的径向部件作为第一转子，用于在减小或者断开电磁铁的电流时通过与衔铁组件的永磁体相吸合将衔铁组件保持在第一位置。实际上，与第二实施例类似，在第一实施例中，主动轮2也可以不设置径向部件作为第一转子，而是也利用电磁铁的铁轭(可磁化部件)与衔铁组件的永磁体相吸合在在减小或者断开电磁铁的电流时将衔铁组件保持在第一位置。

[变型例2]

在第一实施例和第二实施例中，当衔铁组件运动到靠近电磁铁的第一位置(左侧)时，从动轮组件运动成与主动轮分离，当衔铁组件运动到远离电磁铁的第二位置(右侧)时，从动轮组件(具体地，楔块)运动成与主动轮接合(情形1)。

在这种情形下，可磁化部件，包括主动轮的径向部件(第一转子)或者电磁铁的铁轭，用于在减小或者断开电磁铁的第一电流时通过与衔铁组件的永磁体相吸合将衔铁组件保持在第一位置(从动轮组件与主动轮分离)；弹性件沿着使衔铁组件朝向第二位置(从动轮组件与主动轮接合)的方向对衔铁组件施加作用力；另外，可选地，设置在从动轮组件中的第二转子用于在减小或者断开电磁铁的第二电流时通过与衔铁组件的永磁体相吸合将衔铁组件保持在第二位置(参见图22，其中箭头方向表示衔铁组件的运动方向，箭头上的文字表示箭头两端部件/组件之间的位置或状态关系)。

但是，也可以设想另一种技术方案，通过改变拨叉的方向或者楔形块与主动轮的结合方式，参图23，并结合图1，其中当衔铁组件运动到右侧(远离电磁铁的位置，即本方案中的第一位置)时，从动轮组件运动成与主动轮分离，当衔铁组件运动到左侧(靠近电磁铁的位置，即本方案中的第二位置)时，从动轮组件运动成与主动轮接合(情形2)。

在这种情形下，设置在从动轮组件中的第二转子(可磁化部件)用于在减小或者断开电磁铁的第一电流时通过与衔铁组件的永磁体相吸合将衔铁组件保持在第一位置(从动轮组与主动轮分离)；弹性件沿着使衔铁组件朝向第二位置(从动轮组与主动轮接合)的方向对衔铁组件施加作用力。

本领域技术人员可以根据弹性件的设置位置选择弹性件的作用力的方向(例如，选择拉伸弹簧或者压缩弹簧)，保证弹性件沿着使衔铁组件朝向第二位置(从动轮组与主动轮接合)的方向对衔铁组件施加作用力(参见图23，其中箭头方向表示衔铁组件的运动方向，箭头上的文字表示箭头两端部件/组件之间的位置或状态关系)。

另外，本领域技术人员可以合适地选择从动轮组件与主动轮随着衔铁组件的轴向运动而接合/分离时的运动方向并且由此设置楔块、拨叉(第一和第二拨杆)的配合面。

另外，在上面描述的第一实施例和第二实施例中，在轴向方向上，电磁铁位于左侧，衔铁组件和从动轮组件位于右侧。但是，本领域技术人员能够理解，电磁铁与衔铁组件和从动轮组件在轴向上的位置可以调换。

尽管已经参考示例实施例介绍了本实用新型，但是应当知道，本实用新型并不局限于所述的示例实施例。下面的权利要求的范围将根据最广义的解释，以便包含所有这些变化形式以及等效的结构和功能。

Claims (21)

1.一种电磁离合器，包括：

具有轴线的转轴；

用于接收外部动力的主动轮；

电磁铁，当向所述电磁铁通电时，所述电磁铁能够产生磁场；

衔铁组件，所述衔铁组件能够沿所述转轴的轴线的方向在第一位置与第二位置之间运动；

安装于所述转轴上的从动轮组件，所述从动轮组件构造成：随着所述衔铁组件运动到第一位置，所述从动轮组件运动而与主动轮相分离；随着所述衔铁组件运动到第二位置，所述从动轮组件运动而与主动轮相接合；

其特征在于，

所述衔铁组件包括永磁体；

当向所述电磁铁施加第一方向的第一电流时，通过所述电磁铁产生的磁场与所述衔铁组件的永磁体之间的第一作用力，所述衔铁组件朝向所述第一位置运动；

当向所述电磁铁施加与第一方向相反的第二方向的第二电流时，通过所述电磁铁产生的磁场与所述衔铁组件的永磁体之间的第二作用力，所述衔铁组件向所述第二位置运动；

所述电磁离合器还包括一直沿使所述衔铁组件运动到第二位置的方向对所述衔铁组件施加作用力的弹性件；以及

当所述衔铁组件运动至第一位置时，所述衔铁组件的永磁体能够与一可磁化部件相互吸引，使得在减小或断开通向所述电磁铁的电流的情况下，所述衔铁组件能够被保持在所述第一位置。

2.如权利要求1所述的电磁离合器，其中：所述第一位置是靠近所述电磁铁的位置，所述第二位置是远离所述电磁铁的位置。

3.如权利要求2所述的电磁离合器，其中：所述可磁化部件是沿所述转轴的轴线的方向位于所述电磁铁与衔铁组件之间并且包括软磁材料的第一转子。

4.如权利要求3所述的电磁离合器，其中：所述主动轮具有沿径向延伸的环形径向部件，所述径向部件形成所述第一转子。

5.如权利要求4所述的电磁离合器，其中：第一转子设置有隔磁槽，所述隔磁槽能够引导电磁铁的特定磁场通过第一转子而作用在所述衔铁组件的永磁体上。

6.根据权利要求3所述的电磁离合器，其中：衔铁组件包括具有永磁体的衔铁和用于安装所述衔铁的衔铁架，随着衔铁组件的轴向运动，所述衔铁架带动从动轮组件运动从而与主动轮接合或分离。

7.如权利要求6所述的电磁离合器，其中：所述衔铁与衔铁架分开设置，并且分别设置在从动轮组件的沿所述转轴的轴线的方向的两侧。

8.如权利要求6所述的电磁离合器，其中：所述衔铁包括环形件和沿圆周方向设置于环形件上的一个或多个永磁体或者为环形永磁体。

9.如权利要求8所述的电磁离合器，其中：所述环形件由不可磁化材料制成。

10.如权利要求2所述的电磁离合器，其中：所述电磁铁包括铁轭和定位于铁轭内的电磁线圈，所述可磁化部件是所述电磁铁的铁轭。

11.如权利要求10所述的电磁离合器，其中：所述衔铁组件为一体形成的环形件，所述环形件具有永磁体和用于拨动从动轮组件运动的拨叉。

12.如权利要求11所述的电磁离合器，其中：所述从动轮组件包括带有花键和与所述花键配合的花键槽中的一种的圆筒形部，所述环形件形成有所述花键和花键槽中的另一种，所述衔铁组件的轴向运动通过所述花键与花键槽的配合被轴向引导。

13.如权利要求10所述的电磁离合器，其中：所述电磁离合器还包括双列球角接触轴承，所述轴承与所述电磁铁轴向并列并且位于所述电磁铁的与所述从动轮组件相反的一侧。

14.如权利要求2-13中任一项所述的电磁离合器，其中：当所述衔铁组件运动至第一位置时，所述衔铁组件与所述可磁化部件之间存在预定间隙。

15.如权利要求2-13中任一项所述的电磁离合器，其中：所述电磁离合器还包括第二转子，所述第二转子位于所述衔铁组件的在所述转轴的轴线的方向上与所述电磁铁相反的一侧上，所述第二转子包括软磁材料，当所述衔铁组件运动至所述第二位置时，所述衔铁组件的永磁体与所述第二转子的软磁材料相互吸引。

16.如权利要求1所述的电磁离合器，其中：所述第一位置是远离所述电磁铁的位置，所述第二位置是靠近所述电磁铁的位置。

17.如权利要求16所述的电磁离合器，其中：所述电磁离合器包括第二转子,所述第二转子位于所述衔铁组件的在所述转轴的轴线的方向上与所述电磁铁相反的一侧上，所述第二转子包括软磁材料，所述可磁化部件是所述第二转子。

18.如权利要求17所述的电磁离合器，其中：所述电磁离合器还包括位于衔铁组件的与第二转子相反一侧并且包括软磁材料的第一转子。

19.如权利要求18所述的电磁离合器，其中：所述主动轮具有沿径向延伸的环形径向部件，所述径向部件形成所述第一转子。

20.如权利要求19所述的电磁离合器，其中：第一转子设置有隔磁槽，所述隔磁槽能够引导电磁铁的特定磁场通过第一转子而作用在所述衔铁组件的永磁体上。

21.如权利要求18所述的电磁离合器，其中：所述电磁铁包括铁轭和定位于铁轭内的电磁线圈，所述第一转子是所述电磁铁的铁轭。