具有经改进的离合器拉力的电磁离合器的制造方法
【专利摘要】一种用于包括曲柄轴的压缩机的电磁离合器设备，该曲柄轴具有容纳在压缩机外壳中的内轴端和在轴向上凸出压缩机外壳的外轴端。滑轮总成具有转子主体和滑轮。转子主体容纳线圈外壳且在压缩机外壳上由滑轮轴承来可转动地支承。线圈外壳包括径向内环壁、径向外环壁、以及接近内轴端的线圈外壳的底部轴端。电枢盘以在轴向上可位移的方式来连接到外轴端且与曲柄轴一起转动。线圈外壳的内环壁和外环壁的外表面在接近线圈外壳的底部处具有比接近径向开口端处更大的彼此距离。
【专利说明】
具有经改进的离合器拉力的电磁离合器
技术领域
[0001]本发明涉及空调系统中使用的压缩机，更具体地涉及用于压缩机的电磁离合器设备。
【背景技术】
[0002]在车辆空调系统中，压缩机只在需要时工作。因而，为将压缩机耦合到驱动机构，压缩机通常包括可转动曲柄轴、要经由带或链来驱动的可转动滑轮总成、以及将曲柄轴与滑轮总成耦合和解耦的离合器。
[0003]通常，使用包括线圈的电磁离合器，线圈在被通电时使得电枢盘与转子主体相接触。以转动上固定且轴向上可位移的方式来安装在曲柄轴上的电枢盘因而摩擦地耦合到滑轮总成并与其一起转动。因而，滑轮总成的转动造成曲柄轴的转动。
[0004]尽管这一类型的布置一般是已知且可靠的，但本发明的目标是优化离合器的功會K。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面，一种用于包括曲柄轴的压缩机的电磁离合器设备，该曲柄轴具有容纳在压缩机外壳中的内轴端和在轴向上凸出压缩机外壳的外轴端。此外，具有转子主体和固定地附连到它的滑轮的滑轮总成具有容纳线圈外壳的螺旋管腔且在压缩机外壳上由滑轮轴承可转动地支承。线圈外壳包括径向内环壁、径向外环壁、面向外轴端的轴向开口端、以及在接近内轴端的线圈外壳的轴向端处在径向从径向内环壁延伸到径向外环壁的底部。与转子主体相邻的电枢盘按在轴向上可位移的方式连接到外轴端以与曲柄轴一起转动。线圈外壳的内环壁和外环壁各自具有外表面，这些外表面在接近线圈外壳的底部处具有比接近径向开口端处更大的彼此距离。与先前可能的相比，这允许更大磁通量穿过线圈外壳，而不影响线圈外壳内可用于线圈的空间。
[0006]附加材料优选地按以下方式提供:线圈的内环壁在接近线圈外壳的底部处具有第一厚度以及在轴向开口端处具有第二厚度，外环壁在接近线圈外壳的底部处具有第三厚度且在轴向开口端处具有第四厚度，使得第一厚度和第二厚度之差大于第三厚度与第四厚度之差。
[0007]优选地，第一厚度比第二厚度大40 %到100 %，尤其大50 %到80 %。
[0008]进一步，优选地，第三厚度比第四厚度大最多50%，尤其大15%到30%。
[0009]根据本发明的一个方面，添加到线圈外壳的材料按以下方式分布:线圈外壳的内环壁在顶端具有距曲柄轴的顶部距离以及在底端具有距曲柄轴的底部距离，且布置在顶端与底端之间的倾斜部分形成连接距曲柄轴的不同距离的锥体。
[0010]例如，内环壁的顶部和底部可以是圆柱形。这一几何形状允许通过仿真将锥体移动得更接近线圈外壳的底端或顶端来容易地建模。
[0011]根据本发明的另一方面，添加到线圈外壳的材料按以下方式分布:线圈外壳的外环壁在顶端具有距曲柄轴的顶部距离以及在底端具有距曲柄轴的底部距离，且布置在顶端与底端之间的倾斜部分形成连接距曲柄轴的不同距离的锥体。
[0012]例如，外环壁的顶部和底部可以是圆柱形。这一几何形状允许通过仿真将锥体移动得更接近线圈外壳的底端或顶端来容易地建模。
[0013]内环壁可具有比外环壁更大的轴向长度，以用于磁通量密度在线圈外壳的截面上的更均匀的分布。
[0014]为简化制造过程，滑轮和转子主体可被形成为一个单体部件。
[0015]根据所附附图的以下描述，进一步细节和益处将变得明显。各附图纯粹是出于说明性目的来提供的，且不旨在限制本发明的范围。
【附图说明】
[0016]在附图中:
[0017]图1示出具有滑轮总成的压缩机的侧视图；
[0018]图2示出贯穿图1所示的类型的压缩机的滑轮总成、常规离合器、以及曲柄轴的截面图；
[0019]图3A示出图2中所示的滑轮总成中的磁通量密度的仿真；
[0020]图3B示出穿过如图2所示的滑轮总成的磁通量线；
[0021]图4示出根据本发明的第一实施例的滑轮总成中的磁通量密度的仿真；
[0022]图5示出贯穿与图4的实施例相类似但具有不同滑轮总成的滑轮总成和离合器的截面图；
[0023]图6示出根据本发明的第三实施例的滑轮总成中的磁通量密度的仿真；
[0024]图7示出根据本发明的第四实施例的滑轮总成中的磁通量密度的仿真；以及
[0025]图8示出根据本发明的第五实施例的滑轮总成中的磁通量密度的仿真；
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，机动车的压缩机10包括压缩机外壳12和滑轮总成14。滑轮总成14包括具有槽轮20的转子主体16和滑轮18。滑轮总成14可转动地安装到压缩机外壳12且被适配成与将来自机动车的引擎或另选地来自电动机的转动转移到滑轮总成14的带或链(未示出)啮合。在所示实施例中，转子主体16和滑轮18被示为一个单体部件。然而，滑轮总成14也可以由彼此以合适的方式固定地紧固的转子主体16和滑轮18来形成。
[0027]如图2所示，压缩机10包括可转动地安装在压缩机外壳12内的曲柄轴22。曲柄轴具有压缩机外壳内部的内端24和凸出压缩机外壳之外的外端26。曲柄轴22驱动压缩机10的未详细示出的内组件。曲柄轴22在压缩机10内由轴承28支承。这一轴承28允许曲柄轴22相对于压缩机外壳12转动。滑轮总成14在压缩机外壳12上由滑轮轴承30支承。这一滑轮轴承30允许滑轮总成14相对于压缩机外壳12转动。
[0028]压缩机10包括电磁离合器32，用于将滑轮总成14选择性地连接到曲柄轴22以使得滑轮总成14的转动被转移到曲柄轴22来驱动压缩机10。电磁离合器32包括经由离合器中枢36安装在曲柄轴22的外端26上的电枢盘34。电枢盘34按以下方式安装:电枢盘34与曲柄轴22—起转动，但被允许相对于曲柄轴22和压缩机外壳12在轴向上移动。
[0029]电枢盘34具有脱离位置，在此电枢盘34和滑轮总成14之间存在轴向间隙。在这一位置中，滑轮总成14被释放以相对于曲柄轴22转动，且没有转动被转移到电枢盘34。
[0030]然而，电枢盘34可移动到啮合位置，在此电枢盘34接触转子主体16。在电枢盘34与转子主体16接触时，转子主体16与电枢盘34之间的摩擦可使得滑轮总成14的转动从转子主体16转移到电枢盘34并因而转移到曲柄轴22。
[0031]在转子主体16内，电磁线圈总成38被布置在螺线管腔40中。线圈总成38包括线圈外壳42中的绕曲柄轴22延伸且被置于螺线管腔40中的至少一个线圈。线圈外壳42具有轴向内环壁44、轴向外环壁46、以及在径向上从外环壁46延伸到内环壁44的径向延伸环状底部48。线圈外壳42的底部48接近面向曲柄轴22的内端24的转子主体16的螺线管腔40的开口侧。在压缩机外壳12与线圈外壳42之间径向延伸的环盘50保护滑轮轴承30免于污染。
[0032]在电流流过线圈总成38时，生成磁场。线圈外壳42将电磁场在轴向上朝外引导通过转子主体16的底部并跨过间隙，使得磁场将电枢盘34在轴向上拉向转子主体16。一旦电枢盘34接触转子主体16，电磁场将保持电枢盘34与转子主体16接触，使得来自滑轮总成14的转动将通过摩擦转移到电枢盘34。
[0033]典型的离合器设计的目标是使磁场强度最大化以啮合电枢盘34并使功耗最小化。
[0034]当前离合器技术的常见布置提供了转子主体16和线圈总成38彼此嵌套。这一典型布置可能小于理想，因为它可能造成周围钢材的局部磁通量饱和。钢材的这一局部磁通量饱和对离合器32中的整个磁通量电路施加了限制。磁通量报告因而限制了电枢盘34的磁引力，并且因此通过降低线圈总成38所施加的磁力而限制了离合器强度。磁力是电流与给定线圈设计中的绕组(“匝”)数的乘积，且以安培-匝为单位来表示，其中I安培-匝是由I安培直流电在I匝线圈中流动而生成的磁力。这一磁力被用来对给定离合器设计的磁拉力进行仿真。由于磁通量饱和而对磁力的这一约束可以在图3中看到，接近线圈外壳42的底部48。
[0035]在过渡区，其中线圈外壳42的底部48接合线圈外壳42的内环壁44和外环壁46，磁通量具有非常高的密度且由于缺少用于传导磁通量的钢材料而饱和。材料的这一缺少造成磁通量上的瓶颈效果。
[0036]滑轮18的形状和滑轮大小对可在过渡区中将多少附加材料添加到线圈外壳42施加限制。然而，滑轮18在接近线圈外壳42的过渡区处磁通量欠饱和。为生成足够磁通量，在滑轮18的这一部分中需要较少材料，因为其余材料中的磁通量密度可被增加而没有过量饱和。
[0037]这一实现有助于构造转子主体16与线圈外壳42的配对总成，它减轻了线圈外壳42的过渡区中的饱和。
[0038]根据本发明的第一方面，线圈外壳42的环壁44和46在线圈外壳42的底部52中比远离线圈外壳42的底部48更厚。这通过将内环壁44和外环壁46的外表面56和58在接近线圈外壳42的底部48处放置得比在接近线圈外壳42的开口轴向端处彼此更加远离来实现。添加到线圈外壳42的材料因而不影响线圈外壳42的容纳线圈总成38的内部空间。
[0039]线圈外壳42的内部空间的截面一般保持圆柱形或稍微梯形，如本领域一般已知的。虽然内部空间可在内环壁44和外环壁46之间在从线圈外壳42的底部48到线圈外壳42的开口端的轴向方向上稍微加宽，但与从线圈外壳42的底部48到开口端的轴向方向上外表面56和58的距离降低的量相比，内壁的距离增加较少的量。在壁厚度方面，接近线圈外壳42的底部48的所添加的材料将内环壁44的厚度增加接近轴向开口端的壁厚的40%到100%，优选地增加50%到80% ο外环壁46的厚度被增加最多50%，优选地增加15%到30%。
[0040]相反，因为线圈外壳42的底部52现在比常规布置更宽，所以从转子主体16移除类似量的材料。转子主体16的螺线管腔40因而在从电枢盘34朝向线圈外壳42的底部48的方向上变宽。因此，配对的转子主体16和线圈外壳42彼此结合地嵌套。
[0041 ]线圈外壳42的底部42的经延伸的设计允许在线圈外壳42的底部52中有更多材料，以减轻对磁通量的约束。同样，在转子主体16上，底部52的附近区域，它在常规设计中是磁通量密度欠饱和的，包含较少材料，其中它仍然可经由增加的磁通量密度来达到这一区域所必需的相同的总体磁通量。
[0042]图4和5示出具有线圈外壳42的经加宽底部52的本发明的第一实施例。内环壁44和外环壁46减轻线圈外壳42的底部52的磁通量密度，而转子主体16的常规上欠饱和的区域达到比常规设计更高的磁通量密度，这是饱和刚开始的指示。
[0043]在图4和5的实施例中，线圈外壳42的环壁44和46包括三个部分。在接近线圈外壳42的底部48的底部52，内环壁44和外环壁46具有彼此大致平行地延伸的外表面56和58。在与线圈外壳42的开口端相邻的顶部54，内环壁44和外环壁46的外表面56和58也彼此平行地延伸，然而与在底部52中相比彼此之间具有更小距离。连接顶部54和底部52的倾斜部分60包括造成底部52的外表面56和58的较大距离与顶部40的外表面56和58的较小距离之间的过渡的锥体。
[0044]因为与在径向上朝外相比，更多材料可以在从环形线圈外壳42的径向上朝内，SP在面向曲柄轴22的一侧上，从转子主体16移除，所以与线圈外壳42的外环壁46上的在径向上朝外的锥体相比，线圈外壳42的内环壁的在径向上向内朝着线圈外壳底部48的锥体可以桥接与距曲柄轴22的距离有关的更大的径向步长。因而，与外环壁46的外表面58相比，更多材料被添加到线圈外壳42的内环壁44的外表面56。因而，与底部52中的内环壁46的厚度D3与顶部54中的厚度D4之差相比，线圈外壳42的内环壁44在底部52的厚度Dl与线圈外壳42的顶部54中的开口端处的厚度D2之间展现出更大厚度差。
[0045]线圈外壳42和滑轮18的几何形状可以在虚拟模型中操纵，直至磁通量密度最平均地分布在线圈外壳42的截面上且可能甚至分布在转子主体16的截面上。均匀分布可能由于几何限制而是不可达到的。但超过常规布置的显著改进可被达成以使磁拉力最大化。经最大化的拉力允许设计减少线圈总成38中使用的磁线量，从而造成较低的质量和成本。可能地，较小的线圈总成38可被使用，这也降低了封装大小并减少了滑轮18的总体长度，从而进一步降低滑轮总成14所需的钢材的量。
[0046]图6和7示出了图4和5的实施例的变型。在图6中，倾斜部分60移至更接近线圈外壳42的底部，上的顶部54占据内环壁44和外环壁46的大部分。相反，在图7中，通过将倾斜部分60相对于图4和5的实施例朝上移动，顶部54被缩短。图6和7解说了改变线圈外壳42的倾斜部分60的位置的效果，倾斜部分60在加宽底部52和未被加宽的顶部54之间延伸。
[0047]图6和7还解说了转子主体16内端螺线管腔40的形状被如何适配到线圈外壳42的形状，其中螺线管腔40的壁中具有对应的锥体。该锥体可被添加到线圈外壳42的环壁44和46的内表面上以加宽底部52，但在这一区域添加材料由于线圈总成38(它由铜线或铝线制成)的大小而受到限制。
[0048]如图8所示，将材料添加到线圈外壳42的底部52的另选方式涉及沿线圈外壳42的内环壁44和外环壁46的整个轴向长度将截锥体62添加到线圈外壳42的环壁44和46的外表面。这一锥体62将图4到7的实施例的倾斜部分60延伸超过线圈外壳42的整个轴向长度。如上所述，在线圈外壳42内壁添加截锥体具有限制线圈大小的负面效果，且因此限制在其余空间中使用标准线圈可达到的磁力。滑轮18的螺线管腔40被对应地倾斜且朝线圈外壳42的底部48变宽。
[0049]结果，线圈外壳42的内环壁和外环壁的外表面56和58之间的最大距离存在于线圈外壳42的底部52中，这是轴向上最接近线圈外壳42的底部48的部分。相反，与在图4-7中一样，这两个外表面56和58之间的最小距离在接近线圈外壳42的开口端(在轴向上与线圈外壳42的底部48相对)处。
[0050]因为与在径向上朝外相比，更多材料可以从环状线圈外壳42相对于转动轴在径向上朝内从滑轮18移除，所以与线圈外壳42的外环壁46上的在径向上朝外的锥体62相比，朝向线圈外壳底部48的线圈外壳42的内环壁44的径向上朝内的锥体62可以形成相对于转动轴的更大角度。因而，与先前示例中一样，与外环壁46相比，线圈外壳42的内环壁44展现出线圈外壳42的底部52与开口端之间的更大厚度差。如在图8中所示，例如，所添加的材料的整体量可甚至被包括在内环壁44上，而外环壁46具有近乎圆柱的形状。滑轮18的螺线管腔40同样具有反映线圈外壳42的向内和往外锥体62的互补形状。线圈外壳42和滑轮18的经改进的形状使得该布置的磁饱和均匀化，同时维持线圈总成38的空间。
[0051]在各附图中，图4和6-8的滑轮示出了在径向上从转子主体16延伸到滑轮槽轮20的环形盘上形成的滑轮槽轮20。相反，图1、2和5示出了直接形成在转子主体16上的槽轮20。尽管如在图4和6-8中所示的槽轮20与转子主体16在径向上分开可影响转子主体16内的磁通量密度，但所提供的基本原理适用于这两种设计和提供容纳线圈总成38的螺线管腔40的任何其他设计。因而，槽轮20可被形成为具有任何所需直径，而线圈外壳42和螺线管腔40可以通过应用图4-8中的任一者的设计或各设计的组合来被改进。例如，图4-7的顶部54和底部52可以与图8中所示地锥形化，且倾斜部分60可仅仅具有比顶部54和底部52更陡的斜率。与顶部54相比将更多材料添加到底部52的任何其他轮廓是可行的。
[0052]同样，所有实施例示出了内环壁44具有比外环壁46更大的轴向长度。因而，内环壁44朝电枢盘34延伸得比外环壁46更近。在所示示例中，这一几何形状造成磁通量密度的更均匀的分布。但线圈外壳42的内环壁44和外环壁46的轴向长度可以变化，例如在进一步的仿真中，以优化磁通量。
[0053]以上布置的益处是对线圈线的较低需求，以达成与常规设计中相同的磁力。这造成包括该新颖离合器设计的压缩机10的降低的封装空间和降低的成本。与常规设计相比，可达成约20-35%的铜(或铝)质量降低。
[0054]尽管只结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但应当容易地理解，本发明不限于这些所公开的实施例。相反，本发明可被修改以包括至此未描述的但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、更改、替换、或等效布置。另外，尽管描述了本发明的各实施例，但将理解，本发明的各方面可只包括所描述的实施例中的一些。
【主权项】
1.一种用于压缩机(I)的电磁离合器设备，包括: 曲柄轴(22)，其具有容纳在压缩机外壳(12)中的内轴端(24)和在轴向上凸出所述压缩机外壳(12)的外轴端(26)； 具有转子主体(16)和固定地附连到它的滑轮18的滑轮总成(14)，所述转子主体(16)具有容纳线圈外壳(42)的螺线管腔且在所述压缩机外壳(12)上由滑轮轴承(30)可转动地支承，其中所述线圈外壳(42)包括径向内环壁(44)、径向外环壁(46)、面向所述内轴端(26)的轴向开口端、以及在接近所述内轴端(24)的所述线圈外壳(42)的轴向端处在径向上从所述径向内环壁(44)延伸到所述径向外环壁(46)的底部(48);以及 电枢盘，所述电枢盘与所述转子主体(16)相邻且按在轴向上可位移的方式连接到所述内轴端(26)以与所述曲柄轴一起转动； 其中所述线圈外壳(42)的所述内环壁(44)和所述外环壁(46)各自具有外表面(56，58)，其中与在接近所述轴向开口端处相比，所述外表面(56，58)在接近所述线圈外壳(42)的底部(48)处具有彼此之间的更大距离。2.如权利要求1所述的电磁离合器设备，其特征在于，所述线圈的内环壁(44)在接近所述线圈外壳(42)的底部(48)处具有第一厚度且在所述轴向开口端处具有第二厚度，并且其中所述外环壁(46)在接近所述线圈外壳(42)的底部处具有第三厚度且在所述轴向开口端处具有第四厚度，其中所述第一厚度和所述第二厚度之差大于所述第三厚度与所述第四厚度之差。3.如权利要求2所述的电磁离合器设备，其特征在于，所述第一厚度比所述第二厚度大40% JlJlOO% ο4.如权利要求3所述的电磁离合器设备，其特征在于，所述第一厚度比所述第二厚度大50% 到80 %。5.如权利要求2所述的电磁离合器设备，其特征在于，所述第三厚度比所述第四厚度大最多50%。6.如权利要求5所述的电磁离合器设备，其特征在于，所述第三厚度比所述第四厚度大15%到30%。7.如权利要求1所述的电磁离合器设备，其特征在于，所述线圈外壳(42)的内环壁(44)在顶端(顶部54)处具有距所述曲柄轴的顶部距离以及在底端(底部52)处具有距所述曲柄轴的底部距离，其中在所述顶端和所述底端之间的布置的倾斜部分(60)形成连接距所述曲柄轴(22)的不同距离的锥体。8.如权利要求7所述的电磁离合器设备，其特征在于，与所述内环壁(44)的顶端相邻的顶部(54)以及与所述内环壁(44)的底端相邻的底部(52)是圆柱形。9.如权利要求1所述的电磁离合器设备，其特征在于，所述线圈外壳(42)的外环壁(46)包括毗连所述线圈外壳(42)的底的底部以及毗连所述轴向开口端的顶部，所述底部和所述顶部具有距所述曲柄轴的不同距离，其中布置在所述顶部和所述底部之间的倾斜部分形成连接所述不同距离的锥体。10.如权利要求9所述的电磁离合器设备，其特征在于，与所述外环壁(46)的顶端相邻的顶部(54)以及与所述外环壁(46)的底端相邻的底部(52)是圆柱形。11.如权利要求1所述的电磁离合器设备，其特征在于，所述内环壁(44)具有比所述外环壁(46)更大的轴向长度。12.如权利要求1所述的电磁离合器设备，其特征在于，所述滑轮(18)与所述转子主体(16)被形成为一个单体部件。
【文档编号】F16D27/14GK106090064SQ201610265273
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月26日 公开号201610265273.8, CN 106090064 A, CN 106090064A, CN 201610265273, CN-A-106090064, CN106090064 A, CN106090064A, CN201610265273, CN201610265273.8
【发明人】A·勒, J·A·布赖因德尔
【申请人】马勒国际有限公司