一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置及其实现方法

摘要

本发明公开了一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置，包括轴、第一轴承及第二轴承、线圈、转子、皮带轮、风扇非线性调速模块、从动盘、安装法兰盘、单向离合解耦轮、风扇及电子控制元件。本发明还提供一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置的实现方法。本发明克服了现有技术中容易产生相对滑转、结构复杂、高温容易失效、风扇叶片易断裂、发动机工作的可靠性差、皮带磨损大及产生噪声大等问题，具有结构简单、控制精度高、响应快、振动小、噪声低及具有非线性调速和减振作用等特点。

权利要求

1.一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置，其特征在于：包括套设在轴上的第一轴承及第二轴承，第一轴承外部套设线圈，线圈外部设有转子，转子外部设置皮带轮，皮带轮内部和转子的外端面设置风扇非线性调速模块，风扇非线性调速模块外端面设置从动盘，从动盘套设在第二轴承上，从动盘外端设置安装法兰盘，安装法兰盘一端面固接单向离合解耦轮，单向离合解耦轮另一端面与风扇安装法兰固接，风扇安装法兰与风扇连接，线圈与电子控制元件连接。

2.根据权利要求1所述的电磁控制发动机冷却风扇驱动装置，其特征在于：所述风扇非线性调速模块包括传动销柱、键、衔铁、弹簧、通磁盘、隔环、摩擦盘和磁铁；其中，衔铁套设在转子上，且皮带轮通过键连接衔铁并传递力矩，衔铁与弹簧、通磁盘和隔环通过传动销柱紧密连接，隔环外端面设置摩擦盘，隔环和摩擦盘设有通孔，通孔中设置磁铁，磁铁与通磁盘连接。

3.根据权利要求1所述的电磁控制发动机冷却风扇驱动装置，其特征在于：所述单向离合解耦轮包括单向离合器、弧形螺旋弹簧和弧形螺旋弹簧安装盘；其中，弧形螺旋弹簧安装盘与安装法兰盘固接，弧形螺旋弹簧安装盘上安装弧形螺旋弹簧，弧形螺旋弹簧通过壳体与单向离合器及弧形螺旋弹簧安装盘连接。

4.根据权利要求1所述的电磁控制发动机冷却风扇驱动装置，其特征在于：所述轴为阶梯轴。

5.根据权利要求1所述的电磁控制发动机冷却风扇驱动装置，其特征在于：所述从动盘一端面上设有散热片。

6.一种如权利要求1～5任一项所述的电磁控制发动机冷却风扇驱动装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、通过电子控制元件采集预定参数的信息，并经过编辑的程序转化为电信号；

（2）、线圈根据电子控制元件传递的电流大小，产生相对应大小的磁场，磁场穿过转子产生磁力吸引衔铁；

（3）、衔铁在电磁力的作用下向皮带轮一侧沿皮带轮轴线方向移动，从而控制通磁盘施加在隔环上的压紧力；

（4）、隔环压紧力的大小控制了摩擦盘与从动盘之间摩擦力的大小，从而调节从动盘转速的高低；

（5）、当摩擦盘与从动盘之间的摩擦力变大时，从动盘会带动风扇高速旋转；当摩擦盘与从动盘之间的摩擦力变小时，风扇便在低转速工况下工作；

（6）、当皮带轮的转速大于风扇的转速，此时单向离合器处于结合状态，皮带轮带动风扇一起旋转；当皮带轮的转速低于风扇的转速时，单向离合器处于分离状态，风扇可以自由旋转，此时高速旋转的风扇不会反驱动皮带轮，也不会引起皮带轮与皮带间较大的相对滑动。

7.根据权利要求6所述的电磁控制发动机冷却风扇驱动装置的实现方法，其特征在于：所述步骤（1）电子控制元件采集预定参数的信息，包括发动机工作温度、车速、环境温度和散热器温度。

8.根据权利要求6所述的电磁控制发动机冷却风扇驱动装置的实现方法，其特征在于，所述步骤（4）包括：（4-1）、当摩擦盘与从动盘结合时，弧形螺旋弹簧缓冲摩擦盘与从动盘突然接合时产生的强大冲击力，如果皮带轮的转速大于风扇的转速，此时单向离合器处于结合状态，皮带轮带动风扇一起旋转；

（4-2）、当发动机急减速或停机，皮带轮的转速低于风扇的转速时，单向离合器处于分离状态，风扇可以自由旋转，此时高速旋转的风扇不会反驱动皮带轮，也不会引起皮带轮与皮带间较大的相对滑动。

说明书

一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置及其实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车发动机热管理系统技术，具体来说是一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置及其实现方法。

背景技术

[0002] 据有关研究资料显示，汽车发动机5~10%的能量消耗在发动机的冷却风扇上。冷却风扇上损失的能量包括：（1）、风扇运行过程中的振动损失；（2）、风扇运行过程中的摩擦损失等。电磁控制发动机冷却风扇单向离合解耦轮可以很好的解决风扇在运行过程中的振动问题；非线性调速模块可以根据发动机工况，调节发动机冷却风扇转速，节约能源。从节约汽车能源考虑，汽车冷却风扇应根据汽车发动机的热负荷工况要求，一方面，风扇在发动机热负荷较大时旋转，从而为发动机散热；另一方面，发动机工作温度较低或在正常工作温度时，风扇应停止旋转，以防止发动机在过度冷却的工况下运行。因此，汽车发动机冷却风扇的自动离合技术成为了汽车节能的关键技术之一。

[0003] 离合装置根据摩擦原理实现结合与分离，通常可通过机械、气压、液压及电磁等方式实现离合。一般发动机风扇位于发动机前端的单独的支承轴颈上，利用气压和电磁控制实现离合的风扇离合器通常具有一个皮带轮，可利用带传动进行驱动，皮带轮的轴承通常具有一个非转动的支承轴颈。

[0004] 传统的驱动风扇的硅油离合器主从动盘之间存在相对滑转、结构复杂且高温容易失效的缺点。而采用电磁控制的干摩擦风扇离合器，通过控制电磁线圈中电流的大小，对摩擦力进行非线性、精确控制，而且布置相对容易；在装配中，先安装驱动风扇的皮带轮，再安装摩擦装置，再安装带有单向离合与解耦装置从动盘，拆卸时反向。这种装配顺序具有拆装简便、易于维修的优点。

[0005] 发动机冷却风扇是高速旋转部件，叶片会出现较大的振动。如果风扇轮毂直接与旋转轴刚性连接，这种振动就会直接传递到旋转轴上，进而影响整个发动机前端附件驱动系统的振动。当振动严重时可使风扇叶片断裂，出现打坏散热器的情况，从而影响发动机工作的可靠性。另外，高速旋转的风扇其等效转动惯量较大，如果风扇轮毂直接与旋转轴刚性连接，当发动机急减速或停机瞬间，风扇仍以较大的转速旋转，这将增加带与轮间的相对滑动，从而加剧皮带的磨损、产生噪声等问题。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、控制精度高、响应快、振动小、噪声低的具有非线性调速和减振作用的电磁控制发动机冷却风扇驱动装置。

[0007] 本发明另一目的在于提供一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置的实现方法。

[0008] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置，包括套设在轴上的第一轴承及第二轴承，第一轴承外部套设线圈，线圈外部设有转子，转子外部设置皮带轮，皮带轮内部和转子的外端面设置风扇非线性调速模块，风扇非线性调速模块外端面设置从动盘，从动盘套设在第二轴承上，从动盘外端设置安装法兰盘，安装法兰盘一端面固接单向离合解耦轮，单向离合解耦轮另一端面与风扇安装法兰固接，风扇安装法兰与风扇连接，线圈与电子控制元件连接。

[0009] 作为一种优选的结构，所述风扇非线性调速模块包括传动销柱、键、衔铁、弹簧、通磁盘、隔环、摩擦盘和磁铁；其中，衔铁套设在转子上，且皮带轮通过键连接衔铁并传递力矩，衔铁与弹簧、通磁盘和隔环通过传动销柱紧密连接，隔环外端面设置摩擦盘，隔环和摩擦盘设有通孔，通孔中设置磁铁，磁铁与通磁盘连接。

[0010] 作为一种优选的结构，所述单向离合解耦轮包括单向离合器、弧形螺旋弹簧和弧形螺旋弹簧安装盘；其中，弧形螺旋弹簧安装盘与安装法兰盘固接，弧形螺旋弹簧安装盘上安装弧形螺旋弹簧，弧形螺旋弹簧通过壳体与单向离合器及弧形螺旋弹簧安装盘连接。

[0011] 作为一种优选的结构，所述轴为阶梯轴。

[0012] 为了加强散热效果，所述从动盘一端面上设有散热片。

[0013] 一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置的实现方法，包括以下步骤：

[0014] （1）、通过电子控制元件采集预定参数的信息，并经过编辑的程序转化为电信号；

[0015] （2）、线圈根据电子控制元件传递的电流大小，产生相对应大小的磁场，磁场穿过转子产生磁力吸引衔铁；

[0016] （3）、衔铁在电磁力的作用下向皮带轮一侧沿皮带轮轴线方向移动，从而控制通磁盘施加在隔环上的压紧力；

[0017] （4）、隔环压紧力的大小控制了摩擦盘与从动盘之间摩擦力的大小，从而调节从动盘转速的高低；

[0018] （5）、当摩擦盘与从动盘之间的摩擦力变大时，从动盘会带动风扇高速旋转；当摩擦盘与从动盘之间的摩擦力变小时，风扇便在低转速工况下工作；

[0019] （6）、当皮带轮的转速大于风扇的转速，此时单向离合器处于结合状态，皮带轮带动风扇一起旋转；当皮带轮的转速低于风扇的转速时，单向离合器处于分离状态，风扇可以自由旋转，此时高速旋转的风扇不会反驱动皮带轮，也不会引起皮带轮与皮带间较大的相对滑动。

[0020] 所述步骤（1）电子控制元件采集预定参数的信息，包括发动机工作温度、车速、环境温度和散热器温度。

[0021] 所述步骤（4）包括：

[0022] （4-1）、当摩擦盘与从动盘结合时，弧形螺旋弹簧缓冲摩擦盘与从动盘突然接合时产生的强大冲击力，如果皮带轮的转速大于风扇的转速，此时单向离合器处于结合状态，皮带轮带动风扇一起旋转；

[0023] （4-2）、当发动机急减速或停机，皮带轮的转速低于风扇的转速时，单向离合器处于分离状态，风扇可以自由旋转，此时高速旋转的风扇不会反驱动皮带轮，也不会引起皮带轮与皮带间较大的相对滑动。

[0024] 本发明的实现原理：

[0025] 一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置，包括套设在轴上的第一轴承及第二轴承，第一轴承外部套设线圈，线圈外部设有转子，转子外部设置皮带轮，皮带轮内部和转子的外端面设置风扇非线性调速模块，风扇非线性调速模块外端面设置从动盘，从动盘套设在第二轴承上，从动盘外端设置安装法兰盘，安装法兰盘一端面固接单向离合解耦轮，单向离合解耦轮另一端面与风扇安装法兰固接，风扇安装法兰与风扇连接，线圈与电子控制元件连接。

[0026] 电子控制元件采集预定参数的信息，并经过编辑的程序转化为电信号，然后根据电流大小产生磁场，吸引衔铁，则作用在弹簧上的压力发生变化，从而控制通磁盘施加在隔环上的压紧力，隔环压紧力的大小控制了摩擦盘与从动盘间摩擦力的大小，当摩擦力够大时，从动盘会带动风扇高速旋转，当摩擦力较小时，风扇便在低转速工况下工作，当皮带轮的转速大于风扇的转速，此时单向离合器处于结合状态，皮带轮带动风扇一起旋转；当皮带轮的转速低于风扇的转速时，单向离合器处于分离状态，风扇可以自由旋转，此时高速旋转的风扇不会反驱动皮带轮，也不会引起皮带轮与皮带间较大的相对滑动。

[0027] 本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

[0028] 1、本发明采用了包括套设在轴上的第一轴承及第二轴承，第一轴承外部套设线圈，线圈外部设有转子，转子外部设置皮带轮，皮带轮内部和转子的外端面设置风扇非线性调速模块，风扇非线性调速模块外端面设置从动盘，从动盘套设在第二轴承上，从动盘上设置安装法兰盘，安装法兰盘连接单向离合解耦轮，单向离合解耦轮与风扇安装法兰固接，风扇安装法兰与风扇连接，线圈与电子控制元件信号连接，具有结构简单、控制精度高、响应快、振动小、噪声低的具有非线性调速和减振作用等特点。

[0029] 2、本发明中的衔铁在电磁力的作用下向皮带轮一侧沿皮带轮轴线方向移动，从而控制通磁盘施加在隔环上的压紧力；隔环压紧力的大小控制了摩擦盘与从动盘之间摩擦力的大小，从而调节从动盘转速的高低，因此，具有非线性调速功能。

[0030] 3、本发明中如果发动机急减速或停机，皮带轮的转速低于风扇的转速时，单向离合器处于分离状态，风扇可以自由旋转，此时高速旋转的风扇不会反驱动皮带轮，也不会引起皮带轮与皮带间较大的相对滑动，这就有效减小了皮带轮与皮带之间的摩擦，提高皮带的使用寿命和降低带-轮间的摩擦噪声。

[0031] 4、本发明中的弧形螺旋弹簧具有缓冲作用，可以缓冲摩擦盘与从动盘突然接合时产生的强大冲击力，使风扇能平稳运行。

[0032] 5、匹配合适的弧形螺旋弹簧的刚度，可以将大转动惯量风扇的振动与发动机前端附件驱动系统各个轮和皮带的振动解耦，从而减小风扇旋转时叶片振动及其对发动机前端附件驱动系统的影响。

附图说明

[0033] 图1为本发明一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置的整体结构示意图；

[0034] 图2为本发明一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置中风扇非线性调速模块局部放大结构示意图；

[0035] 图3为本发明一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置中单向离合解耦轮局部放大结构示意图。

[0036] 图中标号与名称如下：

[0037]1 轴 2 第一轴承
3 第二轴承 4 线圈
5 转子 6 皮带轮
7 风扇非线性调速模块 8 从动盘
9 安装法兰盘 10 单向离合解耦轮
11 风扇安装法兰 12 风扇
13 电子控制元件 14 键
15 衔铁 16 弹簧
17 通磁盘 18 隔环
19 摩擦盘 20 磁铁
21 单向离合器 22 弧形螺旋弹簧
23 弧形螺旋弹簧安装盘 24 壳体
25 散热片

具体实施方式

[0038] 为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0039] 实施例1：

[0040] 如图1~3所示，一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置，包括套设在轴1上的第一轴承2及第二轴承3，第一轴承1外部套设线圈4，线圈4外部设有转子5，转子5外部设置皮带轮6，皮带轮6内部和转子5的外端面设置风扇非线性调速模块7，风扇非线性调速模块7外端面设置从动盘8，从动盘8套设在第二轴承3上，从动盘8外端设置安装法兰盘9，安装法兰盘9一端面固接单向离合解耦轮10，单向离合解耦轮10另一端面与风扇安装法兰11固接，风扇安装法兰11与风扇12连接，线圈4与电子控制元件13连接。本实施例中，安装法兰盘9及风扇安装法兰11的连接方式为用螺栓连接，图1中的上下部件沿中心轴上下对称。

[0041] 所述风扇非线性调速模块7包括传动销柱、键14、衔铁15、弹簧16、通磁盘17、隔环18、摩擦盘19和磁铁20；其中，衔铁15套设在转子5上，且皮带轮6通过键14连接衔铁15并传递力矩，衔铁15与弹簧16、通磁盘17和隔环18通过传动销柱紧密连接，隔环18外端面设置摩擦盘19，隔环18和摩擦盘19设有通孔，通孔中设置磁铁20，磁铁20与通磁盘
17连接。

[0042] 风扇非线性调速模块7的工作原理为：由电子控制元件13采集预定参数的各种信息(包括发动机工作温度、车速、环境温度和散热器温度等)，经过编辑的程序转化为电信号；线圈4根据电子控制元件13传递的电流大小，产生相应大小的磁场，磁场穿过转子5产生磁力吸引衔铁15；衔铁15在电磁力的作用下向皮带轮6一侧沿皮带轮6轴线方向移动，从而控制通磁盘17施加在隔环18上的压紧力；隔环18压紧力的大小控制了摩擦盘19与从动盘8间摩擦力的大小，从而调节从动盘8转速的高低。因此，该风扇驱动装置具有非线性调速功能。

[0043] 当电子控制元件13出现故障且线圈无电流通过时，摩擦盘19与从动盘8能处于常结合状态，从而保证皮带轮6能正常驱动风扇12旋转，并避免汽车发动机在热负荷过载的工况下运行。

[0044] 所述单向离合解耦轮10包括单向离合器21、弧形螺旋弹簧22和弧形螺旋弹簧安装盘23；其中，弧形螺旋弹簧安装盘23与安装法兰盘9固接，弧形螺旋弹簧安装盘23上安装弧形螺旋弹簧22，弧形螺旋弹簧22通过壳体24与单向离合器21及弧形螺旋弹簧安装盘23连接。

[0045] 单向离合解耦轮工作原理为：第一，摩擦盘19与从动盘8结合时，如果皮带轮6的转速大于风扇12的转速，此时单向离合器21处于结合状态，皮带轮6带动风扇12一起旋转。第二，如果发动机急减速或停机，皮带轮6的转速低于风扇12的转速时，单向离合器21处于分离状态，风扇12可以自由旋转，此时高速旋转的风扇不会反驱动皮带轮6，也不会引起皮带轮6与皮带间较大的相对滑动。这就有效减小了皮带轮6与皮带之间的摩擦，提高皮带的使用寿命和降低带-轮间的摩擦噪声。第三，弧形螺旋弹簧22具有缓冲作用，可以缓冲摩擦盘19与从动盘8突然接合时产生的强大冲击力，保证风扇12能平稳运行。第四，匹配合适的弧形螺旋弹簧22的刚度，可以将大转动惯量风扇的振动与发动机前端附件驱动系统各个轮和皮带的振动解耦，从而减小风扇12旋转时叶片振动及其对发动机前端附件驱动系统的影响。

[0046] 本实施例中的轴1为阶梯轴，从动盘8一端面上设有散热片25，如图1所示，此端面为从动盘8与安装法兰盘9相接触的端面。

[0047] 一种电磁控制发动机冷却风扇驱动装置的实现方法，包括以下步骤：

[0048] （1）、通过电子控制元件13采集预定参数的信息，并经过编辑的程序转化为电信号；

[0049] （2）、线圈4根据电子控制元件13传递的电流大小，产生相对应大小的磁场，磁场穿过转子5产生磁力吸引衔铁15；

[0050] （3）、衔铁15在电磁力的作用下向皮带轮6一侧沿皮带轮6轴线方向移动，从而控制通磁盘17施加在隔环18上的压紧力；

[0051] （4）、隔环18压紧力的大小控制了摩擦盘19与从动盘8之间摩擦力的大小，从而调节从动盘8转速的高低；

[0052] （5）、当摩擦盘19与从动盘8之间的摩擦力变大时，从动盘8会带动风扇12高速旋转；当摩擦盘19与从动盘8之间的摩擦力变小时，风扇12便在低转速工况下工作；

[0053] （6）、当皮带轮6的转速大于风扇12的转速，此时单向离合器21处于结合状态，皮带轮6带动风扇12一起旋转；当皮带轮6的转速低于风扇12的转速时，单向离合器21处于分离状态，风扇12可以自由旋转，此时高速旋转的风扇12不会反驱动皮带轮，也不会引起皮带轮6与皮带间较大的相对滑动。

[0054] 一般情况下风扇转速为600~1200r/min称为低速旋转，1200~3000r/min称为高速旋转。

[0055] 所述步骤（1）电子控制元件13采集预定参数的信息，包括发动机工作温度、车速、环境温度和散热器温度。

[0056] 所述步骤（4）包括：

[0057] （4-1）、当摩擦盘19与从动盘8结合时，弧形螺旋弹簧22缓冲摩擦盘19与从动盘8突然接合时产生的强大冲击力，如果皮带轮6的转速大于风扇12的转速，此时单向离合器
21处于结合状态，皮带轮6带动风扇12一起旋转；

[0058] （4-2）、当发动机急减速或停机，皮带轮6的转速低于风扇12的转速时，单向离合器21处于分离状态，风扇12可以自由旋转，此时高速旋转的风扇12不会反驱动皮带轮6，也不会引起皮带轮6与皮带间较大的相对滑动。

[0059] 当发动机匀加速工况下(1000r/min~5500r/min)，安装单向离合解耦轮10后，在整个发动机转速范围内风扇12的转速波动都减小；发动机转速在1000~2000r/min范围内，风扇12的转速波动减小50%以上。这表明增加单向离合解耦轮10，弧形螺旋弹簧22将大转动惯量风扇12与发动机前端附件驱动系统各个轮和皮带的振动解耦，从而减小了风扇12和发动机前端附件驱动系统的振动。

[0060] 上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。