扇叶总成、风扇及其扇叶转角控制系统和车辆的制作方法

本公开涉及风扇的扇叶转角调节领域，具体地，涉及一种扇叶总成，使用该扇叶总成的风扇，基于该风扇的扇叶转角控制系统和使用该控制系统的车辆。

背景技术：

随着汽车技术的不断发展，人们对车辆节能减排的要求提高，各种降油耗技术涌现。其中，散热风扇的控制就是一种降低油耗的技术。由于卡车、公交车或工程机械设备等对散热风扇的风量和功率需求较大，常规电机驱动的电子式风扇很难满足散热要求。通常卡车、公交车或工程机械设备的散热风扇安装在发动机曲轴或间接连接轴上，由发动机驱动。目前该技术领域的相关技术有刚性直连风扇、机械硅油离合器风扇、电控硅油离合器风扇、电磁离合器风扇、电子风扇等。各种风扇均需要通过对转速进行控制来调节风量大小，系统复杂，成本较高。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种扇叶总成，使用该扇叶总成的风扇，基于该风扇的扇叶转角控制系统和使用该控制系统的车辆。

为了实现上述目的，本公开提供一种扇叶总成，包括扇叶盘和扇叶，所述扇叶通过扇叶轴可转动地安装在所述扇叶盘上，所述风扇还包括电磁发生部、电磁致动部和传动机构，所述电磁发生部用于产生驱动所述电磁致动部运动的磁场，所述传动机构传动连接在所述电磁致动部和所述扇叶轴之间以调节所述扇叶和所述扇叶盘之间的角度。

可选地，所述电磁致动部包括安装座、致动件和连接在所述安装座和致动件之间的弹性件，所述安装座固定安装在所述扇叶盘内，所述致动件和所述电磁发生部分别位于所述安装座的两侧，所述致动件能够在所述磁场的作用下能够朝向所述安装座运动并与所述传动机构相连。

可选地，所述电磁发生部为固定在在所述扇叶盘上的电磁线圈，所述安装座为与所述电磁线圈相对设置的导磁盘，所述弹性件为膜片弹簧，所述致动件形成为环形致动盘，所述环形致动盘通过所述膜片弹簧安装在所述导磁盘上。

可选地，所述致动件为多个并且彼此间隔设置，不同的致动件通过不同刚度的所述弹性件连接在所述安装座上，并且不同的所述致动件以不同间距安装在所述安装座上，以在相同的所述磁场的作用下具有不同的致动行程，每个所述致动件上分别设置有用于驱动所述传动机构的驱动件，其中在多个所述致动件之间，所述致动件与所述安装座之间的间距与其上连接的所述弹性件的刚度呈正比。

可选地，所述传动机构包括拨轮，所述扇叶轴上同轴地固定连接有从动齿轮，所述拨轮上设置有供所述驱动件拨动的拨齿，并且所述拨轮与所述从动齿轮传动相连。

可选地，所述传动机构还包括主动齿轮，所述主动齿轮和所述拨轮同轴相连，并且所述主动齿轮和所述从动齿轮分别为相互啮合且轴线相互垂直的锥齿轮，可选地，所述主动齿轮和所述拨轮之间通过阻尼轴相连，所述阻尼轴通过阻尼轴套安装在轴座上。

可选地，所述拨齿为多个并沿所述拨轮的周向等间隔设置，多个所述驱动件分别插入到相邻的所述拨齿之间，所述拨齿铰接在所述拨轮上，并且所述拨轮上设置有止挡所述拨齿沿所述驱动件的驱动方向活动的止挡件，可选地，所述拨齿和所述拨轮之间设置有复位弹簧。

可选地，所述主动齿轮为两个并且包括分别啮合在所述从动齿轮的相对两侧的正向主动齿轮和反向主动齿轮，所述电磁致动部为两套并包括正向致动机构和反向致动机构，所述传动机构包括为两套并包括正向传动机构和反向传动机构，所述正向致动机构通过所述正向传动机构与所述正向主动齿轮相连以用于正向转动所述扇叶轴，所述反向致动机构通过所述反向传动机构与所述反向主动齿轮相连以用于反向转动所述扇叶轴。

可选地，所述正向致动机构和所述反向致动机构由同一所述电磁发生部|驱动，所述反向致动机构中的所述弹性件的刚度小于所述正向致动机构中的所述弹性件的刚度，所述反向致动机构中的所述致动件与所述安装座的间距小于所述正向致动机构中的所述致动件与相应的所述安装座的间距，并且所述反向传动机构中的所述阻尼轴为两段轴，该两段轴相互套接并通过可解锁的摩擦力预紧。

本公开还提供的一种风扇，包括驱动轴和本公开上述的扇叶总成，所述驱动轴同轴连接在所述扇叶盘上。

本公开还提供一种风扇扇叶转角控制系统，包括本公开提供的散热风扇，角度检测装置，用于检测所述扇叶轴的转角，温度检测装置，用于检测冷却液的温度，以及控制器，分别与所述角度检测装置、所述温度检测装置和所述电磁发生部电连接，以根据当前所述转角和所述温度控制所述电磁发生部的工作。

本公开还提供一种车辆，包括本公开提供的风扇转角控制系统，可选地，所述驱动轴与所述车辆的发动机的输出轴传动相连。

通过上述技术方案，本公开可以通过对电磁场的控制实现扇叶转角的控制，结构新颖，控制方便。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开一种实施方式提供的风扇的立体结构示意图；

图2是图1中的风扇去除其中一个扇叶后的结构示意图；

图3是本公开一种实施方式提供的电磁致动部和传动机构与扇叶轴配合的结构示意图；

图4是本公开一种实施方式提供的拨齿在两个位置的剖视示意图；

图5是本公开一种实施方式提供的反向传动机构中的阻尼轴的剖视结构示意图；

图6是本公开一种实施方式提供的风扇转角控制系统的原理框图；

图7是本公开一种实施方式提供的风扇在扇叶转角处于不同状态的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是以相应附图的方向为基准定义的，“内、外”则是指相应部件轮廓的内和外。

如图1至图7所示，本公开一种示例性实施方式提供的一种扇叶总成，该扇叶总成包括扇叶盘1和扇叶2，其中扇叶2通过扇叶轴21可转动地安装在扇叶盘1上，即在结构上扇叶2可以通过转动扇叶轴21改变与扇叶盘1之间的角度，即本公开提供的扇叶总成中的扇叶的转角可调，如图7所示，显示了风扇的扇叶从小转角到大转角的调节过程。

在本公开中，风扇还包括电磁发生部3、电磁致动部4和传动机构5，电磁发生部1用于产生驱动电磁致动部4运动的磁场，传动机构5传动连接在电磁致动部和扇叶轴4之间以调节扇叶2和扇叶盘1之间的角度。即，本公开中，可以通过对电磁场的控制实现扇叶转角的控制，结构新颖，控制方便。其中，在本实施方式中，扇叶盘1内可以设计有转角腔，其中的电磁致动部4和传动机构5可以安装在该转角腔内，从而可以保护该结构，避免外露的结构被其他部件或物质影响，使用更为可靠，寿命较高。在其他可能的实施方式中，电磁致动部4和传动机构5还可以设置在扇叶盘1的外部，对于此种可能的变形方式也落在本公开的保护范围中。

在本实施方式中，电磁致动部4包括安装座41、致动件42和连接在安装座41和致动件42之间的弹性件43，安装座41固定安装在扇叶盘1内，致动件42能够在磁场的作用下运动并与传动机构5相连。作为一种实施例，如图1所示，电磁发生部3为固定在在扇叶盘1上的电磁线圈，安装座41为与电磁线圈相对设置的导磁盘，例如相互平行，其中致动件42和电磁发生部3可以分别位于安装座41的两侧，因此导磁盘可以有利于磁力的传递，其中，弹性件43可以为膜片弹簧，致动件42则可以形成为环形致动盘，环形致动盘通过膜片弹簧安装在导磁盘上。其中膜片弹簧通过其结构，稳定地将环形致动盘安装在导磁盘上，而环形致动盘可以由任意由磁场作用而运动的材质制成，例如铁等材质，例如当电磁线圈通电后，在磁场作用下，可以吸引环形致动盘朝向导磁盘运动，从而能够通过传动机构5转动扇叶轴21，继而改变扇叶转角。在其他实施方式中，也可以采用其他结构形式的弹簧作为弹性件4。也可以采用其他结构形式的安装座41和致动件42。

在本实施方式中，为了实现转角的多级调节，如图3所示，致动件42为多个并且彼此间隔设置，不同的致动件42通过不同刚度的弹性件43连接在安装座41上，并且不同的致动件42以不同的间距安装在所述安装座41上，以在相同的磁场的作用下具有不同的致动行程，每个致动件42上分别设置有用于驱动传动机构5的驱动件44。其中在多个致动件42之间，致动件42与所述安装座41之间的间距与其上连接的弹性件43的刚度呈正比。即，弹性件43的刚度越大，其对应的致动件42和安装座41之间的距离越大。

这样，在产生磁场时，可以逐渐从小到大的配置电磁线圈的电流，即控制磁场从小到大的变化，这样对应最小刚度的弹性件43的致动件42将首先动作，由于其与行程最小，将对风扇的扇叶转角产生最小幅度的一级调节，而当需要继续调节扇叶转角时，则可以加大磁场，此时根据不同弹性件43的刚度的逐渐增大，对应的致动件42可以动作并且具有较大的行程，以实现对扇叶转角较大幅度的调节。其中由于各个致动件42同时受相同磁场的作用，在均动作的情况下，最终扇叶转角的调节幅度由最大行程的致动件42，即，距离安装座41最远的致动件42的行程来决定。

在本实施方式中，作为一种实施例，致动件42为三个环形致动盘，该三个环形致动盘同心布置，并且沿轴向依次间隔开，并且该三个环形致动盘通过三个刚度不同的膜片弹簧连接在导磁盘上，其中设置最外圈的致动件42对应的弹性件43的刚度最小，距离导磁盘的距离也最小，这样在磁场的作用下，其首先动作用来执行一级调节，而最内圈的致动件42距离导磁盘距离最大，其对应的弹性件43的刚度也最大，而中间圈的致动件42的间距和对应弹性件43的刚度居中，这样随着磁场的增大，中间圈的致动件42的动作可以用来执行二级调节，而最内圈的致动件42可以用于执行三级调节。在其他可能的实施方式或实施例中，致动件42的数量以及结构还可以具有其他变形，例如不形成为环形而是块状，则对应的弹性件43也可以由膜片弹簧变成其他类型的弹簧，本申请对此不做限制。

为了实现将致动件42上驱动件44的动作传递给扇叶轴21，在本实施方式中，如图3所示，传动机构5包括拨轮51，扇叶轴21上同轴地固定连接有从动齿轮52，拨轮51上设置有供驱动件44拨动的拨齿511，并且拨轮与从动齿轮52传动相连。进一步地，二者可以通过齿传动相连。具体地，为了便于在转角腔中的布置，传动机构还包括主动齿轮53，主动齿轮和拨轮51同轴相连，并且主动齿轮和从动齿轮分别为相互啮合且轴线相互垂直的锥齿轮，以实现力方向的改变。可选地，主动齿轮和拨轮之间通过阻尼轴54相连，该阻尼轴54通过阻尼轴套55安装在轴座56上。由于轴座56固定在扇叶盘2内，其中阻尼轴套在阻尼轴和轴座56之间建立预紧力，因此通过阻尼轴套可以防止阻尼轴54在振动等其他环境因素影响而自行转动，提供设备的运行可靠性。

在本实施方式中，如图3和图4所示，拨齿511为多个并沿拨轮51的周向等间隔设置，多个驱动件44分别插入到相邻的拨齿511之间，以能够通过由致动件42带动的驱动件44拨动拨轮51转动，其中为了防止在某一驱动件44运动而其他驱动件44不运动时对拨轮51转动的干涉，或者需要进行致动件42弹性复位时，反向运动的驱动件44不会与拨轮51发生干涉，在本实施方式中，设置拨齿511铰接在拨轮51上，并且拨轮上设置有止挡拨齿511沿驱动件的驱动方向活动的止挡件512，以形成单向拨齿。

这样，只有需要拨动拨轮51时，驱动件44在致动件42的带动下能够拨动正常状态下的拨齿511(图4中虚线的位置)，而其他不动的驱动件44将使得可以转动的相应拨齿反向转动(图4中实线的位置)，从而避免对拨轮51的转动造成干涉，这样还可以实现当驱动件44在致动件42弹性复位时的带动下顺利通过拨齿511，而避免拨动拨轮51发生发现转动。其中为了保持拨齿的511的正常状态，可选地，拨齿511和拨轮51之间设置有复位弹簧513，该复位弹簧513能够将拨齿511弹性偏压在止挡件512上。在有些实施方式中，还可以通过重力使得拨齿511一直与止挡件512接触。

在本实施方式中，如图4所示，止挡件512形成为与正常状态(虚线位置)下的拨齿511共线布置，并且具有伸入到拨齿511下方的止挡块。在其他实施方式中，止挡件还可以具有各种其他结构，例如单一的止挡块结构。

上面描述了对扇叶轴21进行单向转角调节的结构，在本实施方式中，可以对扇叶轴21进行双向调节。即上述的电磁致动部、传动机构可以均为两套，分别用于正向和反向驱动扇叶轴21。

具体地，如图3所示，上述的主动齿轮53为两个并且包括分别啮合在从动齿轮52的相对两侧的正向主动齿轮531和反向主动齿轮532，即在从动齿轮52沿一个方向转动时，正向主动齿轮531和反向主动齿轮532的转向是相反的。其中，电磁致动部4为两套并包括正向致动机构48和反向致动机构49，传动机构5包括为两套并包括正向传动机构58和反向传动机构59，其中，正向致动机构48通过正向传动机构58与正向主动齿轮531相连以用于正向转动扇叶轴21，反向致动机构49通过反向传动机构59与反向主动齿轮532相连以用于反向转动扇叶轴21。即，在如图3所示的本实施方式中，正向致动机构48和反向致动机构49的工作原理和/或可以均与本实施方式上述的电磁致动部4相同，同时，正向传动机构58和反向传动机构59的工作原理和/或也可以均与本实施方式上述的传动机构5相同。从而能够分别用于正向和反向调节扇叶轴21的转向。

在本实施方式中，如图2和3所示，正向致动机构48和反向致动机构49由同一电磁发生部|3驱动，其中两个致动机构中的导磁盘可以为同一块导磁盘也可以分别为独立的导磁盘，并且分别与电磁线圈平行设计。为了使得在产生磁场相同的情况下，两套机构可以正常工作，可以设计反向致动机构43中的弹性件4的刚度小于正向致动机构48中的弹性件43的刚度，以及反向致动机构43中的致动件42与安装座41的间距小于正向致动机构41中的致动件42与相应的安装座41的间距，

其中在作为一种实施例，本实施方式中，正向致动机构48中具有三个致动件42、三个弹性件43和三个驱动件44，而反向致动机构49中具有一个致动件42，一个弹性件43和一个驱动件44，在其他实施例中，正向致动机构还可以具有其他数量的致动件42、弹性件43和驱动件44，以完成对扇叶轴21的多级调节。其中，当正向致动机构48中的致动件42、弹性件43分别为多个时，反向致动机构49中的弹性件的刚度仍然最小，致动件42月安装座41的间距也仍然最小。

其中，正向致动机构中48，设置多个弹性件43具有不同的刚度，以及多个致动件42与安装座41具有不同的间距，并且多个致动件42之间，致动件42与相应的安装座41之间的间距与其上连接的弹性件43的刚度呈正比，已完成对扇叶轴21的多级调节。正如上面介绍的电磁致动部4中的描述，这同样适用于磁场同时驱动反向致动机构49的时候。

即，当两个致动机构中的致动件42由于是多个，由于分别对应不同刚度的弹性件43以及与安装座41不同的间距，可以使得各致动件42连同其上驱动件44的致动动作可以先后进行，并且最大的行程由最大刚度弹性件43对应的致动件42决定。

具体地，由于反向致动机构49中得弹性件43的刚度最小，且致动件42与安装座41的间距最小，因此电磁发生部3开始产生磁场时，反向致动机构49中的致动件42开始朝向安装座41运动，其中设计该致动件42的行程较小，例如只需驱动扇叶轴21转动0.1-0.9°，例如0.5°即可，此时磁场的大小不足驱动正向致动机构48中的致动件42克服相应弹性件43的刚度，因此正向致动机构48可以保持不动。而由于只需驱动扇叶轴较小的行程，因此从动齿轮52、正向主动齿轮531等部件之间的配合间隙即可满足这样的动作缓冲，从而不动的正向致动机构48不会干涉反向致动机构49的动作。

而随着磁场的加大，正向传动机构49开始运动，继而相继带动各致动件42朝向安装座41运动，从而通过正向驱动齿轮531带动从动齿轮52正向调节扇叶轴21。由于此时正向调节中，致动件42的行程较大，驱动扇叶轴21的转角也较大，通常可以设计为1-5°之间，为了避免已经运行到最大行程的反向致动机构49的干涉，在本实施方式中，设计反向传动机构43中的阻尼轴54为两段轴，该两段轴相互套接并通过可解锁的摩擦力预紧。这样，通过该摩擦力的预紧，反向致动机构49可以正常使得拨轮51带动反向主动齿轮532继而驱动从动齿轮52。而当正向致动机构49开始工作时，由于两个传动机构中的主动齿轮53需要相对运动，因此能够克服反向主动齿轮532和拨轮51中间的阻尼轴54中的摩擦力，使得两段轴可以相对转动，继而使得正向致动机构48可以在反向致动机构49运动到位后，仍能够正常工作。在其他实施方式中，还可以在反向致动机构49的任意两个部件之间设置这种摩擦力的预紧配合。

根据本公开的另一方面，本公开还提供一种风扇，如图1所示，该风扇包括驱动轴6和上述的扇叶总成，驱动轴6同轴连接在扇叶盘1上。具体地，该驱动轴6可以为法兰轴，以通过法兰盘固定在其他动力装置的输出轴上。例如根据本公开的再一方面，可以通过该驱动轴6将风扇安装到车辆发动机的输出轴上，从而作为车辆的散热风扇。具体地，驱动轴6与车辆的发动机的输出轴传动相连。

为了实现对扇叶转角的动态控制，本公开还提供一种风扇扇叶转角控制系统，如图6所示，包括上述的散热风扇，角度检测装置8，用于检测扇叶轴的转角，例如集成与驱动轴6的角度传感器，温度检测装置9，用于检测冷却液的温度，控制器7，分别与角度检测装置8、温度检测装置9和电磁发生部3电连接，以根据当前转角和温度控制电磁发生部3的工作。其中控制器7可以是车辆的发动机控制器ecu，这样ecu通过can总线等信号传输方式可以收集发动机冷却液的温度，以及当前扇叶转角。从而根据冷却液的当前温度调节扇叶转角，即控制风扇的风量，从而达到节油的目的。

具体地，当发动机冷却液温度较低时，可以使用调节风扇具有较小扇叶转角，从而降低风扇风阻达到节油的目的，而当发动机的冷却液温度较高的时候，表明需要加大散热程度，此时调节风扇具有较大的扇叶转角，从而快速对发动机进行散热。其中控制器7内可以预存有冷却液温度和对应的扇叶转角的匹配值，以及扇叶转角值与电磁致动部4动作的控制逻辑，当需要对扇叶转角进行调节时，控制器7可以根据角度检测装置8所检测的扇叶轴21的当前转角，通过对电磁发生部3的控制实现电磁致动部4进行正向或反向调节，具体地，还可以实现在正向调节时，进行几次一级调节、几次二级调节和几级三级调节的控制组合，从而使得扇叶转角到达所需的转角值。此类数据可以根据本领域技术人员通过试验得到，本公开在此不做过多赘述。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。