汽车空调电磁离合器设计

浅析汽车空调压缩机电磁离合器的设计
来源：未知本站编辑：中华论文联盟日期： 2011-08-16 23:34 点击数： 257
一、汽车空调压缩机电磁离合器的工作原理
离合器线圈通电后在线圈内产生了电磁力，在电磁力的作用下，驱动盘被吸合到压缩机皮带轮的端面上，由于压缩机皮带轮是由汽车发动机驱动，在电磁吸引力的作用下，皮带轮结合面和驱动盘之间产生了强大的摩擦力，并且带动驱动盘旋转，由驱动盘带动压缩机工作。

反之，线圈断电，压缩机停止工作。

一、电磁离合器的磁通回路
为了使电磁离合器的驱动盘和皮带轮具有足够的摩擦力，必须是在电磁离合器的驱动盘和皮带轮之间产生较强的磁场。

线圈通电后，由铁磁物质的皮带轮、驱动盘、线圈壳体和气隙所形成的磁通的闭合路径称为磁路。

该磁场的磁场强度H沿着磁力线形成闭合回路，其方向为磁力线上各个点上的切线方向。

4极电磁离合器的磁路如图1所示。

6极电磁离合器的磁路如图2所示。

从图l图2的结构图中我们可以看出离合器线圈是放在U型线圈壳体里面，并且用耐热树脂密封在壳体里面的，因此泄漏到空气中的漏磁通很小，可以忽略不计。

另外离合器线圈的电力是由汽车蓄电池供应，可以认为是恒稳电流，因此由恒稳电流在铁芯中产生的磁场是稳定的。

三、电磁离合器的电磁吸引力的计算
为便于分析可以由图1、图2电磁离合器线圈部分简化成为由线圈+铁芯组成的一个简单的电磁铁。

当线圈中通以电流后，大部分磁通线沿铁芯、衔铁和工作气隙构成闭合回路，这部分磁路称为主磁路，还有一小部分磁通线没有经过工作气隙和衔铁，而经过空气自成回路，这部分磁通称为漏磁通。

主磁通使衔铁磁化，磁化后衔铁的磁极与铁芯的磁极正好相反，相互吸引，产生吸力。

但是漏磁通部通过衔铁，不会使它磁化，因此也不会产生吸力。

在一般的情况下，我们总要尽量减少漏磁通。

电磁离合器在非工作状态下，驱动盘和皮带轮端面间是有间隙的，这个间隙一般为0.3-0.55mm之间。

作用在驱动盘端面上的电磁吸引力；F=B S／u牛
式中：B-线圈内部磁感应强度韦伯／平方米
S-气隙处铁芯的截面积平方米
u一空气中的磁导率
线圈内产生的磁感应强度B与导磁物质中产生的磁场强度H之间的关系式：
B=HU式中；H-磁场强度
μ——铁芯的磁导率
H=NI/L式中：H-磁场强度A/M
N-线圈匝数
I-电流强度A
L-铁芯平均长度M
上式的具体计算可由电磁离合器的具体结构尺寸和选用材料来进行。

四、电磁离合器传递扭矩的计算
应用电磁离合器的电磁吸引力的计算可以计算出电磁离合器传递的扭矩。

假设驱动盘和皮带轮之间的摩擦系数为6（6的数值，在机械加工工艺达到稳定的量产条件后，可以通过实验室实验获得）。

T=FR 6式中；T-传递扭矩N.M
F--电磁吸引力N
R--摩擦面的有效平均半径M
电磁吸引力的大小还和驱动盘的弹性体的材料的不同而不同，当材料和工艺条件确定后，具体数值可以通过实验获得。

五、在进行零部件结构设计时需要注意的几个问题
1．电磁离合器皮带轮轴承
皮带轮轴承的工作环境是非常恶劣的，既要承受冬季零下-40℃的严寒，又要承受夏季+40℃的酷暑，又要承受4000-6500r/min 的连续运转和6500-8000r/min的短时间运转，一般轴承很难胜任。

因此在轴承的选择上一定要慎重。

2．线圈
由H级耐高温高强度的圆漆包线制成，需承受1 50℃连续高温。

线圈的温升必须满足下式；T= (R-R)(234.5+T)/R<85℃ 式中；R一室温电阻 R--115℃电阻
3．磁路材料
构成磁路的皮带轮、线圈壳体、驱动盘必须用高导磁材料制成。

现在的线圈壳体由08AL或10钢制成，皮带轮和驱动盘由10-20钢制成。

计算表明，在磁路的总磁压降中，发生在皮带轮、驱动盘、线圈壳体中的磁压降只占20%，其余80%损耗在气隙中。

4．隔磁环和磁极
由于前盖是非磁性材料（铝合金），磁力线不可能穿入，所以磁力线只能如图1、图2所示，穿过最小的空气气隙形成一条封闭回路。

现在使用的电磁离合器有4级和6级两种，4级离合器有4对磁极，6级离合器有6对磁极，级数越多，电磁吸引力越大。

但是级数多离合器的结构就复杂，有时还受到尺寸的影响不能把离合器做的很大。

因此目前电磁离合器多采用4对磁极。

5．气隙
电磁离合器上对传递扭矩有影响的气隙一共有三个，驱动盘和皮带轮端面间的气隙、线圈外壳和皮带轮上的放置线圈外壳的槽两边的间隙。

在进行电磁离合器设计时既要尽量减小气隙，还要考虑到结构上的强度要求。

在满足结构强度的要求的情况下还要考虑加工工艺的经济合理。

因此在进行电磁离合器的设计时需要权衡好这三方面的关系。

经过多年的工作实践以及进行的大量试验得出；驱动盘和皮带轮在断电状态下的间隙在0.30-0.50mm，线圈外壳和皮带轮上的放置线圈外壳的槽两边的间隙在0.40-0.50mm，就可以满足电磁离合器的使用要求。

气隙的大小是影响承载能力的重要因素，因此电磁离合器的传递扭矩的公式可以写成下式：T=0.4NSB 6 R N．M 式中：N-磁极对数
S-驱动盘磁极面积
B--磁感应强度
8-摩擦系数
R-驱动盘平均直径
6．在进行电磁离合器设计的时候尽量做到各个磁极的截面积相等，以减少漏磁通的产生。

7．驱动盘和皮带轮端面的平面度
众所周知，电磁离合器是靠摩擦力来传递扭矩的，因此皮带轮端面和驱动盘端面是否良好的贴合，对传递扭矩具有决定性的意义。

笔者在车间现场做过多种不同组合的平面度状况对比试验，根据实验皮带轮、驱动盘端面的平面度误差小于0.05mm（只许凹）时可以满足传递扭矩的使用要求。

六、为了保证驱动盘平面度，可以采取如下措施
1．在设计上，应该加大驱动盘的厚度，但是在加大厚度的同时必须考虑到隔磁环的加工。

由于隔磁环尺寸较小，在设计和制造加工隔磁环槽冲模，以及冲制隔磁环槽时的工作难度都会同时加大，因此要全面考虑增加厚度的加工工艺性。

2．在进行驱动盘和弹性元件的铆合时，一定要注意不能使驱动盘变形，设计好铆合工装，减少铆合力对平面度的影响。

3．生产、搬运。

装配、维修的过程中驱动盘因外力而引起的变形，由于驱动盘的强度较小，因此不良的使用和维修很容易引起驱动盘变形而大大降低承载能力。

七、结论
应用磁路理论可以沿着电磁离合器磁力线的轨迹，校核磁力线所通过的各个截面的面积是否为等截面，如果出现不等截面就可能出现漏磁现象。

通过对电磁离合器的电磁力和电磁扭矩的计算，为分析电磁离合器在制造使用中发生的打滑和降低成本提供了理论根据。

电磁离合器传递扭矩的大小与线圈的匝数、电流强度、铁磁材料的材质、有效摩擦半径、结合面的摩擦系数以及弹性体的弹性力有关。

本文中对电磁离合器在设计和制造中需要注意的几个方面也做了介绍，这些都是在实际工作中的经验，这些经验受笔者公司的设计能力、制造设备、实验条件的限制，可能有欠缺的地方，请读者在应用这些经验时要根据自己公司的实际情况进行修正。