專利名稱:電磁驅(qū)動粘性離合器的制作方法
電磁驅(qū)動粘性離合器
背景技術(shù):
離合器使用在多種裝置中。例如,風(fēng)扇離合器使用在汽車裝置中用于 允許風(fēng)扇的選擇性接合從而幫助冷卻發(fā)動機(jī),且粘性風(fēng)扇離合器通常在中 型至重型載重車中使用??偠灾@些粘性風(fēng)扇離合器通過將剪力流體 引入到工作室從而使得例如連接到驅(qū)動輸入的轉(zhuǎn)子和連接到風(fēng)扇的外殼 的兩個部件摩擦接合、通過經(jīng)由剪力流體傳送旋轉(zhuǎn)能來操作。當(dāng)剪力流體 存在于工作室內(nèi)時所述粘性離合器能夠接合(或啟動)風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn),當(dāng)所 述剪力流體從工作室移出時所述粘性離合器能夠停止風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)。
許多已知的粘性離合器是電磁驅(qū)動的。即,這些粘性離合器包括電磁 線圈(或稱為電磁感應(yīng)線圈),所述電磁線圈能夠產(chǎn)生磁通以便控制閥的 操作,所述閥又調(diào)整剪力流體從流體供應(yīng)容器到工作室的流量。盡管也允 許使用閥高效地和有效地控制流體流量,然而,將閥和線圈定位從而驅(qū)動 器的旋轉(zhuǎn)能力被充分地維持存在很多困難。
例如,粘性離合器的容器典型地連接到離合器的外殼。風(fēng)扇葉片連接
到外殼。當(dāng)離合器處于"停止"或脫離(disengaged)狀態(tài)時,所述外殼、 容器和風(fēng)扇葉片一般都是靜止的或都以較慢的速度旋轉(zhuǎn)。相對靜止的容器 將很少的動能施加到容納在其內(nèi)的剪力流體上,這會使得當(dāng)閥打開時離合 器將剪力流體從容器移動到工作室內(nèi)的響應(yīng)時間變長。但是將容器連接到 轉(zhuǎn)子上存在問題,因為難以提供這樣的閥組件,該閥組件可以與轉(zhuǎn)子一起 旋轉(zhuǎn),同時仍被通常必須被旋轉(zhuǎn)固定以形成對線圈的可靠電連接的線圈有 效地和高效地控制。而且,用于磁連接閥和線圈的很多磁通線路不是理想 的,因為對能夠產(chǎn)生足夠的磁通的線圈的尺寸和功率要求會出現(xiàn)大量問 題。很大的線圈令人不希望地增加了額外的重量和成本,且另外,可以超 出對于特定發(fā)動機(jī)的允許的電流或電壓要求,該允許的電流或電壓要求典 型為根據(jù)用于其中安裝了離合器的車輛的電子發(fā)動機(jī)控制器所建立的發(fā) 動機(jī)范圍的(engine—wide)參數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
一種用于根據(jù)本發(fā)明的電磁驅(qū)動粘性離合器的閥組件,所述閥組件包 括蓋板,所述蓋板限定構(gòu)造成選擇性覆蓋容器的開口的底座部分;柔性
安裝板;和電樞(armature),所述電樞響應(yīng)于施加的磁通可移動以便相對 于容器的開口將蓋板移動。所述電樞包括連接到蓋板和安裝板的基部部分 以及從基部部分延伸的指狀物。所述指狀物和基部部分限定了傳導(dǎo)磁通的 路徑。
圖l是根據(jù)本發(fā)明的粘性離合器的后視圖。
圖2A是沿圖1中線2—2的粘性離合器的橫截面圖。
圖2B是圖2A中所示橫截面的一部分的放大圖。
圖2C是沿圖1中線2—2的離合器的一部分的橫截面透視圖。
圖3是圖1一2C中的粘性離合器的轉(zhuǎn)子的正視圖。
圖4是圖1一2C中的粘性離合器的閥組件的透視圖。
圖5是圖4中的閥組件的后視圖。
圖6是沿圖5中線6—6的閥組件的橫截面圖。
圖7是沿圖1中線7 — 7的粘性離合器的橫截面圖。
圖8是沿圖1中線8—8的粘性離合器的橫截面圖。
圖9是圖1一2C、 7和8中的粘性離合器的后視圖。
圖10是圖9中外殼的一部分的橫截面透視圖。
圖11是圖9和10中外殼的一部分的前側(cè)橫截面透視圖。
具體實施例方式
通常,根據(jù)本發(fā)明的電磁驅(qū)動粘性離合器允許在輸入部件與輸出部件 之間的選擇性接合,例如,來自電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)輸入選擇性地驅(qū)動風(fēng)扇。通 過磁通回路控制闊組件,所述磁通回路傳輸由電磁線圈產(chǎn)生的磁通。所述 閥組件包括電樞、安裝板和蓋板。所述電樞包括基部部分和從所述基部部 分延伸的一個或多個指狀物。所述離合器典型地構(gòu)造成由轉(zhuǎn)子支撐閥組件
6且電樞的指狀物延伸通過轉(zhuǎn)子內(nèi)的開口。以此方式,所述電樞在轉(zhuǎn)子的前 側(cè)與后側(cè)之間"漂浮"。
在此通過引用全文并入2005年7月29日提交的、名稱為"VISCOUS CLUTCH"的美國臨時專利申請序列號No. 60/704063。
圖1是電磁驅(qū)動粘性離合器100的后視圖,顯示了離合器100的后側(cè)或 從動側(cè)。圖2A是沿圖1中線2 — 2的離合器100的橫截面圖。圖2B是圖2A中所 示橫截面的一部分的放大圖。如圖1至2B中所示,離合器100包括兩部分外 殼102、轉(zhuǎn)子104、閥組件106、電磁線圈組件108、軸IIO、和容器112。工 作室114形成在外殼102與轉(zhuǎn)子104之間,其中剪力流體(例如,傳統(tǒng)的硅 油剪力流體)可以在所述工作室114中流動。為簡單起見,在附圖中沒有 顯示剪力流體。
軸110給離合器提供了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輸入。軸110由能夠傳導(dǎo)磁通的例如鋼 的金屬材料形成。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的,軸110的從動端 IIOD可以直接連接到電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)輸出,通過傳動帶和滑輪連接到電動機(jī) 的旋轉(zhuǎn)輸出,或設(shè)置有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輸入的一些其它形式。軸110限定了離合 器100的旋轉(zhuǎn)軸線A。
所述電磁線圈組件108包括線圈座(coil cup) 116和插入到座116中 并且固定在其中(例如,通過灌封)的線繞線圈118。線圈座116可以由鋼 鐵制成,并且線繞線圈118可以由盤繞銅線形成。設(shè)計線圈組件108以便在 允許的限度內(nèi)使得由線圈組件108產(chǎn)生的電磁力最大化。線圈組件108可以 是相對小的單元,該相對小的單元設(shè)計成不超過根據(jù)用于其中安裝了離合 器100的車輛的電子發(fā)動機(jī)控制器(沒有示出)的要求所建立的容許電流 或電壓要求。線圈組件108由安裝在軸110上的單列滾珠軸承裝置120相對 于離合器100的后側(cè)或從動側(cè)支撐。限制(tether)線圈組件從而其相對 于外部點可旋轉(zhuǎn)地固定(例如,固定到其中安裝了離合器100的車輛的框 架上)。布線管122從線圈組件108延伸以便提供與例如電源、電子發(fā)動機(jī) 控制器等的其它車輛部件(沒有示出)的電連接。
轉(zhuǎn)子104位于外殼102內(nèi),并且一般被外殼102包圍。圖2C是用于顯示 轉(zhuǎn)子104的、沿圖1中線2 — 2做出的離合器100的一部分的橫截面透視圖。 為簡單起見,在圖2C中省略了外殼102。圖3是在隔離狀態(tài)的轉(zhuǎn)子104的正視圖。如圖2A至3中所示,轉(zhuǎn)子104通常是圓盤形的、且具有相對于內(nèi)徑(ID) 部分軸向移動的外徑(OD)部分,這有助于降低離合器100的總軸向尺寸 且有助于在操作過程中以理想的方式對準(zhǔn)在離合器100內(nèi)的力。在傳統(tǒng)的 布置中,轉(zhuǎn)子104在0D部分附近在其前側(cè)和后側(cè)具有許多同心環(huán)形肋(集中 由附圖標(biāo)記124表示)。所述環(huán)形肋124面對工作室114以便當(dāng)剪力流體存在 于工作室114內(nèi)時產(chǎn)生摩擦接合力從而使離合器100接合??梢酝ㄟ^鑄造形 成轉(zhuǎn)子104,可以通過機(jī)械加工形成肋124。
六個大體上橢圓形流體開口126A-126F靠近轉(zhuǎn)子104的0D穿過轉(zhuǎn)子104 形成,以便允許剪力流體在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)和后側(cè)之間在工作室114內(nèi)流
動。可以在可選實施例中設(shè)置更多數(shù)量或更少數(shù)量的流體開口穿過轉(zhuǎn)子 104。可以通過機(jī)械加工形成流體開口126A-126F。
徑向延伸通道128在環(huán)形肋124的徑向內(nèi)部形成在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)。所 述徑向通道128在容器112與轉(zhuǎn)子104的后側(cè)之間形成用于閥組件106的空 間。凹槽130形成在轉(zhuǎn)子104的后側(cè),這提供了連接通道128與流體開口126A 的流體路徑(見圖2C)。以下進(jìn)一步解釋通道128和凹槽130的作用。
在轉(zhuǎn)子104中設(shè)置孔132A和132B以便使用例如螺絲釘或螺栓的緊固件 將閥組件106固定在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)。將四個細(xì)長的弓形開口134A-134D在 轉(zhuǎn)子104的ID稍微徑向外部地設(shè)置在轉(zhuǎn)子104的ID與環(huán)形肋124之間。所述 弓形開口134A-134D每個具有槽狀形狀并且圍繞軸線A大體上均勻地間隔 開。正如以下將進(jìn)一步解釋的,所述弓形開口134A-134D允許閥組件106的 可移動部分通過轉(zhuǎn)子104。
所述轉(zhuǎn)子104直接安裝到軸110上(見圖2A和2B),并且可旋轉(zhuǎn)地固定 到軸110上以便與所述軸110—起旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子104由例如鋁的輕型非磁性金 屬材料(即,不是磁通的良好導(dǎo)體的輕型材料)形成。由例如不銹鋼的相 對硬的金屬非磁性材料形成的插入件136位于轉(zhuǎn)子104的ID上以便在轉(zhuǎn)子 104與軸110之間提供堅固的安裝件。所述插入件136構(gòu)成轉(zhuǎn)子104的轂部 分。通過轉(zhuǎn)子104的弓形開口134A-134D也延伸通過插入件136??梢蕴崆?形成插入件136并且轉(zhuǎn)子104的材料圍繞插入件136鑄造。盡管在可選實施 例中可以使用其它類型的連接(例如,螺紋連接),當(dāng)軸110的端部緊靠轉(zhuǎn) 子104向上巻起以在軸向方向上機(jī)械保持轉(zhuǎn)子104時,軸110與轉(zhuǎn)子104的連接可以形成為沖壓的、有紋結(jié)合。
如圖2A—2C中所示,將容器112安裝到轉(zhuǎn)子104上以便保持剪力流體的 供給,并且所述容器112與轉(zhuǎn)子104—起旋轉(zhuǎn)。盡管在可選實施例中可以改 變?nèi)萜?12的位置和連接,但是在所示的實施例中通過陷型連接(swaged connection)將容器112安裝在轉(zhuǎn)子104的ID與OD之間。容器112通常具有 環(huán)形結(jié)構(gòu),并且與眾所周知的粘性離合器的容器設(shè)計相似。在容器112的 后板112A中的開口138 (即,回流孔)面對轉(zhuǎn)子104的前側(cè)。當(dāng)將離合器IOO 脫離的時候,即,當(dāng)所述閥組件106在如2A-2C中所示的關(guān)閉位置的時候, 容器112容納大體上所有的剪力流體。當(dāng)閥組件106位于與離合器接合的開 啟位置的時候,剪力流體可以通過開口138流出容器112。
也將閥組件106安裝在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)(即,面對軸110的前端110F的 轉(zhuǎn)子104的側(cè)面)。圖4-6中顯示了在隔離狀態(tài)的閥組件106,其中圖4是透 視圖,圖5是后視圖,圖6是沿圖5中線6-6的橫截面圖。如圖2A-2C和4-6 中所示,所述閥組件106包括蓋板140,安裝板142和"漂浮"電樞144。因 為將電樞144構(gòu)造成在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)與后側(cè)之間延伸且相對于轉(zhuǎn)子104是 可移動的,所以電樞144是"漂浮的"。用鉚釘或其它適合的緊固裝置將蓋 板140和安裝板142連接到電樞144且彼此相對。
所述蓋板140可以覆蓋或可以不覆蓋在容器112的后板112A中的開口 138,并且蓋板140在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)大體上位于容器112與轉(zhuǎn)子104之間。 蓋板140包括連接到電樞144上的第一部分140A、以大約90度的角度從第一 部分140A延伸的第二部分140B、和以與第一部分140A相反的方向從第二部 分140B延伸的第三部分140C。第三部分140C朝向電樞144稍微向后傾斜, 并且限定了蓋板140的底座部分,所述底座部分能夠密封容器112的后板 112A從而關(guān)閉開口138 (如圖2A-2C中所示),這大體上防止剪力流體流出 容器112。蓋板140可以由例如鋼鐵的金屬材料形成。蓋板140通常允許一 些撓度以便當(dāng)蓋板140相對于容器112處于關(guān)閉位置時提供牢固的密封。然 而,由蓋板140形成的密封不必被完全流體密封以便離合器100工作。
安裝板142包括第一和第二安裝突起142A和142B。第一和第二安裝突 起142A和142B中的每一個是弓形的,且設(shè)置了孔以便使用例如螺絲釘或螺 栓的適當(dāng)緊固件分別在孔132A和132B處將閥組件106固定到轉(zhuǎn)子104上。沿安裝板的外邊緣在第一和第二安裝突起142A與142B之間限定扇形區(qū)142C。安裝板142限定了閥組件106的樞軸。安裝板142類似板簧作用,并且在本實施例中通過默認(rèn)(by default:或以默認(rèn)的方式)偏壓電樞144和蓋板140從而沒有覆蓋容器112內(nèi)的開口138 (圖2A-2C中,在蓋板140覆蓋開口138以便限制流體流動的情況下,闊組件106顯示在"關(guān)"位置或關(guān)閉位置)。當(dāng)蓋板140樞轉(zhuǎn)地遠(yuǎn)離容器112的后板112A中的開口138移動時剪力流體能夠流出容器112,并且在當(dāng)蓋板140遠(yuǎn)離容器112的后板112A中的開口138移動更大的距離時剪力流體從容器112中流出更多。
電樞144是響應(yīng)于施加的磁場可移動的磁通傳導(dǎo)部件。電樞144包括位于轉(zhuǎn)子104的前側(cè)的環(huán)形基部部分146,并且具有以大約直角從基部146的周邊延伸的四個指狀物148A-148D。每個指狀物148A-148D具有稍微弓形的形狀以便與基部部分146的圓周一致??梢跃哂醒辔残蔚呐渲?50與蓋板140相對地從電樞144的基部部分146在指狀物148B與148C之間延伸。配重150可以通過安裝板142的扇形區(qū)142C。配重150使得在由安裝板142限定的樞軸的相對側(cè)上的蓋板140的質(zhì)量偏移。指狀物148A-148D和配重150可以與電樞的基部146形成為一體,并且磁通可以從指狀物148A-148D流動到基部部分146 (或反之亦然)。通過沖壓由金屬材料板形成的部分,然后將指狀物148A-148D和配重150折疊到適當(dāng)位置,而形成電樞144。電樞144由例
如鋼鐵的磁通傳導(dǎo)材料形成。
將電樞144的基部部分146連接到安裝板142,這使整個電樞144能夠樞轉(zhuǎn)并能夠在連接的蓋板140上相對于轉(zhuǎn)子104產(chǎn)生大體上軸向的運(yùn)動。通常,電樞的軸向運(yùn)動可以將蓋板140朝向或遠(yuǎn)離容器112的后板112A中的開口138移動。電樞144的運(yùn)動可以使得蓋板140的第三部分140C相對于容器112的后板112A移動大約2 — 3mm。
可以設(shè)想的是,在可選實施例中電樞144可以具有不同的構(gòu)造。例如,可以根據(jù)要求改變指狀物的數(shù)量和指狀物的位置。此外,蓋板140、安裝板142和配重150可以具有與附圖中所示的實施例不同的結(jié)構(gòu)。
圖7是沿圖1中線7 — 7的離合器100的橫截面圖。如圖7中所示,電樞的指狀物148A-148D定位成在轉(zhuǎn)子104中并朝向離合器100的后側(cè)(或從動側(cè))分別突出通過弓形開口134A-134D。在一個可選實施例中,在轉(zhuǎn)子104的后
10側(cè)上可以將磁通傳導(dǎo)定位環(huán)(沒有示出)固定到指狀物的末端。所述定位
環(huán)可以保持電樞144的指狀物148A-148D以便減少彎曲并且增加用于傳輸磁通的電樞144的表面積。
當(dāng)與轉(zhuǎn)子104接合旋轉(zhuǎn)時,兩部分外殼102從離合器100提供旋轉(zhuǎn)輸出,并且兩部分外殼102包括使用螺栓、螺絲釘、或其它適當(dāng)?shù)木o固件固定在一起的前外殼蓋部分102A和后外殼基部部分102B。外殼蓋102A和外殼基部102B典型地由例如鋁的金屬材料形成。所述外殼基部102B具有在外殼基部102B與軸110之間壓入接合的雙排軸承裝置160。所述軸承裝置160位于轉(zhuǎn)子104的后側(cè),并且優(yōu)選地與風(fēng)扇葉片168 (見圖2A)大體上軸向?qū)?zhǔn)。以此方式,所述外殼102獨立于轉(zhuǎn)子104可旋轉(zhuǎn)地支撐在軸110上,并且軸承裝置160與風(fēng)扇葉片(以及工作室114)的軸向?qū)?zhǔn)有助于平衡軸承裝置160
上的工作負(fù)載。平衡的軸承負(fù)載可以有助于防止損壞軸承和延長軸承壽命。在將轉(zhuǎn)子104旋轉(zhuǎn)地固定到軸110上的情況下,軸承裝置160允許兩部分外殼102與轉(zhuǎn)子104之間的相對旋轉(zhuǎn)。外殼蓋102A和外殼基部102B每個都設(shè)置有許多面對工作室114的環(huán)形肋(每組肋由附圖標(biāo)記162集中表示),并且與在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)和后側(cè)上的多組環(huán)形肋124粘性接合,以便在離合器100接合的時候(即,當(dāng)將剪力流體引入到工作室114內(nèi)時)傳遞轉(zhuǎn)矩。以下將進(jìn)一步解釋離合器100的操作。
如圖7中所示,外殼蓋102A包括傳統(tǒng)的動態(tài)流體泵系統(tǒng),通過在靠近轉(zhuǎn)子104的0D的工作室114內(nèi)局部建立剪力流體的壓力來操作所述動態(tài)流體泵系統(tǒng)。將回流路徑164限定通過外殼蓋102A從而剪力流體從工作室114的0D移動到容器112。
外殼102的外部具有冷卻助片166 (見圖l、 8、和9)以便將由離合器
產(chǎn)生的熱量傳輸?shù)江h(huán)繞所述離合器的環(huán)境中。由于鋁的良好傳熱性能可以有助于從離合器100中散發(fā)熱量,所以典型地使用鋁來形成外殼102。如圖2A中所示,當(dāng)離合器100被接合時,可以將風(fēng)扇葉片168連接到外殼102以便與外殼102—起旋轉(zhuǎn)(為簡單起見,在其它的附圖中省略了風(fēng)扇葉片168)。風(fēng)扇葉片168可以是整體風(fēng)扇葉片組件的一部分,以熟知的方式使用螺栓或螺絲釘將所述整體風(fēng)扇葉片組件連接到外殼102。
圖8是沿圖1中的線8 — 8做出的離合器100的橫截面圖。如圖2A、 2B、 7和8中所示,將磁通傳導(dǎo)外殼插入件170設(shè)置在外殼基部102B內(nèi),并且將其用作電磁線圈組件108與閥組件106的"漂浮"電樞144之間的磁導(dǎo)管。所述外殼插入件170可以由鋼鐵形成。可以將所述磁傳導(dǎo)外殼插入件170預(yù)先形成大致為圓柱體的形狀,且在其前外邊緣具有斜切面172,在其后邊緣具有沿圓周彼此間隔開的多個扇形區(qū)174 (見圖2A、 2B、 7和10),以及具有向內(nèi)延伸的徑向肋176。在外殼基部102B中鑄造外殼插入件170。位于外殼插入件170的后邊緣的扇形區(qū)174允許在鑄造期間外殼102的材料流到那里,因此提供了在外殼插入件170與外殼基部102B之間的更加牢固的連接,同時也提供了大體上軸向的磁通路徑。如圖8中所示,所述外殼插入件向后延伸到在軸向上處于電磁線圈組件108的線圈座116的前面之后的位置,從而在外殼插入件170與線圈座116之間形成小的徑向氣隙G,。圖2A、 2B和7的橫截面是在扇形區(qū)174向前延伸進(jìn)入外殼插入件170的位置處做出的橫截面,與圖8 (也見圖IO)中所示的比較,在圖2A、 2B和7中外殼插入件170具有較小的軸向長度。徑向肋176位于外殼插入件170的中部,并且用于方便鑄造和用于幫助相對于外殼基部102B穩(wěn)定外殼插入件170。所述徑向肋176和插入件扇形區(qū)174允許將外殼插入件170相對于所述外殼102固定,同時插入件170的大體上的表面面積可以保持暴露,即,沒有被外殼102的材料所覆蓋。
如圖7中所示,電樞144的指狀物148A和148C位于導(dǎo)磁外殼插入件的區(qū)域上,且由小的、大體上徑向的氣隙G2隔開。磁通可以穿過氣隙G2在外殼插入件170與電樞144之間通過。當(dāng)電樞144響應(yīng)于施加的磁通移動時,將改變電樞相對于外殼插入件170的相對定向。然而,氣隙G2保持大體上徑向定向。
如圖2、 7和8中所示,將大體上盤形的磁極板178安裝到軸110的前端110F (例如,通過沖壓的、有紋的連接)。所述磁極板178完全位于轉(zhuǎn)子104的前側(cè),并且沒有通過轉(zhuǎn)子104的任何部分。將磁極板178固定成與軸110和轉(zhuǎn)子104—起旋轉(zhuǎn),但不是像電樞144那樣可移動。磁極板178由例如鋼鐵的磁通傳導(dǎo)材料形成,并且作為電樞144與軸110之間的磁通導(dǎo)管。當(dāng)電磁力朝向磁極板178吸引電樞144 (即,電樞144接觸磁極板178以便限制電樞的移動范圍)時,所述磁極板178也作為電樞144的阻礙件。當(dāng)離合器IOO
12被完全解開(或脫離)時(如所有附圖中所示),電樞144的基部部分146被磁吸引從而與磁極板178物理接觸。當(dāng)離合器100被接合時,在磁極板178與電樞144之間存在小的、大體上軸向可變的氣隙G3 (沒有示出)。以下將進(jìn)一步解釋,大體上軸向的氣隙G3的大小可以改變。
在操作期間,存在于離合器100中的流體可以使得電樞144粘附到磁極板178,因而不希望地降低了離合器的響應(yīng)時間。為了緩解所述問題,磁極板178的后表面可以隨意地形成紋理(即,形成為不平滑的)或具有凸起的特征(例如,凸出的鉚釘蓋)以便有助于防止電樞144粘附到磁極板178??蛇x地或另外,為了込到相同的目的,電樞144的前面可以隨意地形成紋理或具有凸起的特征。
另外,如圖2A、 2B、 7和8中所示,磁通導(dǎo)套(guide sleeve) 180在軸承裝置160的后面位于軸110上,從而徑向位于軸110與電磁線圈組件108的線圈座116之間。所述磁通導(dǎo)套180軸向位于用于外殼102的軸承裝置160與用于電磁線圈組件108的軸承裝置120之間。磁通導(dǎo)套180具有大體上圓柱體的形狀、且具有向前斜切的外邊緣180A。磁通導(dǎo)套180由磁通傳導(dǎo)材料(例如,鋼鐵)形成并且可以在軸110與電磁線圈組件108之間傳導(dǎo)磁通。小的徑向氣隙G4將磁通導(dǎo)套180和線圈座116隔離開。
根據(jù)前面的描述可以理解離合器100的磁通回路。當(dāng)電流流過線圈118時,電磁線圈組件108可以產(chǎn)生磁通。來自電磁線圈組件108的磁通可以通過徑向氣隙G,從線圈座116到達(dá)外殼插入件170。在其軸向通過外殼插入件170之后,磁通可以通過大體上徑向的氣隙G2到達(dá)閥組件106的電樞144的指狀物148A至148D。磁通可以通過指狀物148A至148D到達(dá)電樞144的基部部分146。通過默認(rèn)(或以默認(rèn)的方式),當(dāng)電磁線圈組件108沒有被供電且沒有產(chǎn)生磁通時,電樞144從磁極板178偏移開,且磁通必須通過大體上可變的軸向氣隙G3以便從電樞行進(jìn)到磁極板178。來自于電磁線圈組件108的磁通產(chǎn)生作用在電樞144上的電磁力,并且可以將電樞144樞轉(zhuǎn)地朝向磁極板178移動且使電樞144與磁極板178接觸以便封閉軸向氣隙G3。磁極板178繼續(xù)電樞144與軸110的前端110F之間的磁通回路。接著,軸110可以攜帶磁通朝向離合器100的后側(cè)(即,從動側(cè))。然后,磁通可以從軸110移動通過磁通導(dǎo)套180和通過徑向氣隙Go回到電磁線圈組件108的線圈座116以便完成磁通回路。
通常,按照以下方法進(jìn)行離合器100的操作。將閥組件106的蓋板140設(shè)計成通過默認(rèn)蓋板140被偏壓以便不能覆蓋容器112的后板112A內(nèi)的開口138 (即,離合器100被接合的"啟動"位置或開位置),這允許剪力流體從容器112流到工作室114。通過在轉(zhuǎn)子104與外殼102之間產(chǎn)生摩擦接合,存在于工作室114內(nèi)的剪力流體傳遞轉(zhuǎn)矩,并且轉(zhuǎn)矩傳遞的瞬時百分比可以作為工作室114內(nèi)的剪力流體的量的函數(shù)而變化。
可以電磁驅(qū)動閥組件106以便封閉開口138。當(dāng)電磁線圈組件108被通電時,由電磁線圈108產(chǎn)生磁通并且通過磁通回路傳導(dǎo)磁通以便將電樞144朝向磁極板178移動,繼而將蓋板140朝向容器112的后板112A內(nèi)的開口138移動。以此方式,將電磁線圈組件108通電而通過將開口138封閉得更多使得導(dǎo)致離合器被解開,這限制或防止剪力流體從容器112流向工作室114。
如上所述,相對于蓋板140的位置和容器112的后板112A內(nèi)的開口,徑向通道128形成在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)內(nèi)。所述徑向通道128提供空間以便蓋板140軸向移動從而覆蓋和不覆蓋容器112的后板112A內(nèi)的開口138。另外,徑向通道128和凹槽130共同形成容器112的開口138到靠近轉(zhuǎn)子104的0D的開口126A之間的流體通道。那樣,在其中一個流體開口 (例如,流體開口126A)上出現(xiàn)剪力流體輸入到工作室114內(nèi),這提供了在轉(zhuǎn)子內(nèi)大體上軸向居中的且相對于環(huán)形肋124 (和162)大體上徑向居中的流體出口。將所述流體出口定位在轉(zhuǎn)子104的軸向中心上或靠近轉(zhuǎn)子104的軸向中心從而允許在轉(zhuǎn)子的前側(cè)和后側(cè)大體上同時將剪力流體注入到工作室114內(nèi),并且允許在靠近轉(zhuǎn)子104的0D的環(huán)形肋124中間將剪力流體注入到工作室114內(nèi)。在轉(zhuǎn)子104的OD附近將剪力流體提供到的工作室114中以及在轉(zhuǎn)子104的兩側(cè)同時將剪力流體提供到工作室114中都有助于改善離合器的響應(yīng)時間。
在操作期間,所述流體泵系統(tǒng)包括流體回流路徑164,所述流體泵系統(tǒng)將剪力流體從工作室114泵送回容器112。剪力流體大體上連續(xù)地從工作室114泵送回到容器112中。僅通過將閥組件106連續(xù)保持在打開位置,離合器100保持接合,這允許更多的剪力流體從容器112移動(即,回流)到工作室114。相反,通過將閥組件106移動到完全關(guān)閉的位置可以將工作室114有效地排空,并且防止剪力流體回流到工作室114。
各種可選控制方案可以適于操作離合器IOO。在一個實施例中,可以以簡單的開/關(guān)方式將電磁線圈組件108通電,從而當(dāng)將電磁線圈組件108選擇性通電時,所述閥組件106保持在全開位置(默認(rèn)位置)或全關(guān)位置。
在另一個實施例中,使用來自電子發(fā)動機(jī)控制器(沒有示出)的脈寬調(diào)制(P麗)信號給所述電磁線圈組件108通電。P麗信號允許動態(tài)可變平均量的剪力流體流出容器112。隨著時間(overtime), P麗信號使得電磁線圈組件108以脈沖方式產(chǎn)生磁通。根據(jù)P麗信號的脈沖寬度(即,脈沖持續(xù)時間)和頻率,閥組件106可以隨著時間可變地調(diào)整允許通過開口138流出容器112到工作室114的剪力流體的量。g卩,所述P麗信號使得電磁線圈組件108打開和關(guān)閉閥組件106,閥組件被打開的時間的平均量支配了流出容器112的剪力流體的平均量。PWM信號的更大的脈沖寬度和/或更高的頻率將導(dǎo)致關(guān)閉閥組件106平均更多,從而允許較低平均量的剪力流體流到工作室114。所述P觀控制方案允許以選擇性可變速度操作離合器IOO,從而外殼102 (和連接的風(fēng)扇葉片168)可以從轉(zhuǎn)子104和軸110的0%旋轉(zhuǎn)速度到大體上為轉(zhuǎn)子104和軸110的100%旋轉(zhuǎn)速度之間的任何速度旋轉(zhuǎn),而不是僅僅以簡單的開/關(guān)形式旋轉(zhuǎn)。在大約O. 5Hz至5Hz之間的P麗信號頻率是適當(dāng)?shù)摹?br>
因為對于電磁致動器系統(tǒng)內(nèi)的小沖程致動器來說,不能實現(xiàn)將電樞144穩(wěn)定位于打開位置和關(guān)閉位置之間,電樞144將傾向于到極限端部位置(即,完全打開或完全關(guān)閉)中的一個。因此,必須將P麵頻率設(shè)定為相對較低以便允許電樞盤在每個工作循環(huán)中到達(dá)端部位置。然而,如果P麗頻率太低可能是不利的,因為當(dāng)響應(yīng)于PWM信號的單個脈沖的風(fēng)扇速度改變時,風(fēng)扇168 (和外殼102)的速度改變可以產(chǎn)生不希望的可聽噪音。由此,優(yōu)選地,P麗信號頻率為大約2Hz。
應(yīng)該注意的是,小的氣隙G3限制了磁通的最大值,并且由此限制了系統(tǒng)的磁能的最大值,當(dāng)電磁線圈組件108斷電時,磁能必須解除。在具有更大的氣隙G3的情況下,可以增加閥組件106的響應(yīng)時間,但是稍微減少了用于移動閥組件106的可獲得的磁力。由此,所述氣隙G3將解釋(說明)離合器100的其它設(shè)計特征。操作電磁驅(qū)動粘性離合器所面臨的一個問題是所述離合器的結(jié)構(gòu)可
以具有鄰近磁通回路有效地形成變壓器(transformer)的非計劃中的結(jié) 果。通常使用鋁作為連接器部件的材料,因為鋁相對較輕、相對較便宜、 可鑄、順磁性和具有希望的強(qiáng)度和傳熱性質(zhì)。然而,因為鋁可以導(dǎo)電,鄰 近磁通回路的外殼102和/或轉(zhuǎn)子104的部分可以有效地用作第二繞組。需 要相當(dāng)長的時間將鋁中的渦電流消散為熱量。這可以影響電樞144的運(yùn)動, 并且通過將閥組件保持在打開位置或關(guān)閉位置,可以不希望地減慢離合器 IOO的響應(yīng)時間。已經(jīng)發(fā)現(xiàn),渦電流效應(yīng)可以對于離合器的響應(yīng)時間具有 相當(dāng)大的影響,甚至比電樞144的質(zhì)量(mass)具有更大的影響。當(dāng)使用 PWM控制方案控制離合器100時,這尤其是不希望的。當(dāng)電磁線圈組件108 停止提供磁通(即,斷電)試圖將電樞144從關(guān)閉位置偏壓到默認(rèn)的打開 位置時,離合器100上的渦電流效應(yīng)通常最大,因為使電樞144維持在關(guān)閉 位置比使電樞144從打開位置移動到關(guān)閉位置需要更少的磁通。
為了緩解渦電流問題,離合器100可以包括鄰近磁通回路定位的渦電 流減少結(jié)構(gòu)。在一個實施例中,所述渦電流減少結(jié)構(gòu)包括特殊的外殼幾何 形狀,從而在外殼基部102B中形成中斷圖形(interrupting pattern)。 圖9是在隔離狀態(tài)下的離合器100的外殼基部102B的后視圖。圖10是所述外 殼基部102B的一部分的橫截面透視圖。如圖8、 9和10中所示,沿圓周均勻 間隔開的十二個扇形區(qū)190靠近外殼102的ID在外殼基部102B的后側(cè)(從動 側(cè))上形成凹槽。所述扇形區(qū)190形成在外殼插入件170的徑向內(nèi)部,從而 相對于磁通回路的內(nèi)部定位。扇形區(qū)190具有淚珠形狀,具有朝向后并且 朝向外殼基部102B的前側(cè)變窄的寬開口。然而,在可選實施例中,扇形區(qū) 190可能具有其它的形狀和結(jié)構(gòu)。扇形區(qū)190用于減少鄰近于磁通回路設(shè)置 的材料的量。更特別地,如圖8所示,扇形區(qū)190減少在磁通回路的內(nèi)部大 體上軸向鄰近軸110的位置形成閉環(huán)的、外殼102的導(dǎo)電材料的量,由此降 低了渦電流的傳導(dǎo)。
另外,特殊的渦電流減少幾何形狀包括在外殼基部102B的前側(cè)上的結(jié) 構(gòu)。圖11是從前側(cè)顯示的外殼基部102B的一部分的橫截面圖。如圖10和11 所示,前側(cè)扇形區(qū)192形成在外殼基部102B的前側(cè)。沿圓周均勻間隔開的 十二個前側(cè)扇形區(qū)192位于外殼基部102B的ID附近,從而前側(cè)扇形區(qū)192沿環(huán)形通道194定位,所述環(huán)形通道194徑向位于外殼插入件170與外殼基部 102B的ID之間,其中軸承裝置160位于外殼插入件170與外殼基部102B的ID 之間。將前側(cè)扇形區(qū)192布置成與在外殼基部102B的后側(cè)上的扇形區(qū)190對 準(zhǔn)。從而,扇形區(qū)190和192降低了位于磁通回路附近的導(dǎo)電材料的量。肋 狀結(jié)構(gòu)形成在鄰近的扇形區(qū)190與192之間,這有助于給外殼102提供充分
的機(jī)械強(qiáng)度。
同樣地,轉(zhuǎn)子104可以形成有形成電中斷結(jié)構(gòu)的特殊幾何形狀,以便 減少鄰近磁通回路的離合器100內(nèi)的渦電流。所述的渦電流減少結(jié)構(gòu)可以 與外殼102的渦電流減少結(jié)構(gòu)一起形成或代替外殼102的渦電流減少結(jié)構(gòu)。
在可選實施例中,渦電流減少結(jié)構(gòu)是一種在鄰近磁通回路的離合器 IOO中使用的特殊材料。在外殼基部102B的ID與插入件170的大致位置之間 的外殼基部102B的一部分、整個外殼基部102B或整個外殼102可以由例如 鎂的弱導(dǎo)電體的順磁材料形成,以便減少鄰近離合器100的磁通回路的渦 電流的傳導(dǎo)。同樣地,在又一個實施例中,轉(zhuǎn)子104或轉(zhuǎn)子104的一部分可 以由例如鎂的弱導(dǎo)電材料形成。例如鎂的特殊材料的使用,限制了否則將 鄰近磁通回路形成的任何渦電流,從而有助于改善離合器響應(yīng)時間。
應(yīng)該認(rèn)識到的是,本發(fā)明提供了一種具有許多優(yōu)點的、高效的、有效 的和可靠的粘性離合器。例如,根據(jù)本發(fā)明的離合器可以具有構(gòu)造成與轉(zhuǎn) 子一起移動的容器,所述容器向剪力流體施加動能(旋轉(zhuǎn)能)以便當(dāng)將容 器的閥組件打開時將剪力流體更快地傳送到工作室。通過大致經(jīng)由轉(zhuǎn)子的 軸向中心傳送剪力流體以便大體上同時在前側(cè)和后側(cè)將剪力流體分布到 工作室,以及在轉(zhuǎn)子的OD附近傳送剪力流體,改善和加速了剪力流體到工 作室的傳送。另外,本發(fā)明的離合器通過具有相對較少氣隙的磁通回路提 供高效的磁通傳輸。要求不多于四個氣隙,這降低了由于更多數(shù)量氣隙而 致的電磁力的損失。此外,根據(jù)本發(fā)明的離合器中的氣隙可以更為通常地 徑向定向,并且徑向氣隙通常地比軸向定向的氣隙允許更加一致的和更加 精確的容許間隙。此外,根據(jù)本發(fā)明的離合器可以包括渦電流減少結(jié)構(gòu)以 便緩解不希望的磁通回路性能損失。所有前述的優(yōu)點有助于改善離合器響 應(yīng)時間,所述離合器響應(yīng)時間是指離合器調(diào)整輸入與輸出端之間的接合程 度的速度的測量值。在使用P麗控制方案控制離合器以便提供動態(tài)可變的離合器接合的情況下,良好的離合器響應(yīng)時間特別重要。除了前述的優(yōu)點 以外,根據(jù)本發(fā)明的離合器的設(shè)計也便于組裝和拆卸以便維修。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明,但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng) 該理解的是,在不偏離本發(fā)明的原理和保護(hù)范圍的情況下,可以在形式上 和細(xì)節(jié)上對這些實施例做出改變。例如,可以按照特定應(yīng)用所要求的,改 變根據(jù)本發(fā)明的離合器的特殊結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。
權(quán)利要求
1、一種用于電磁驅(qū)動粘性離合器的閥組件,所述閥組件包括限定底座部分的蓋板,所述底座部分構(gòu)造成選擇性覆蓋容器的開口;柔性安裝板;和電樞,所述電樞響應(yīng)于施加的磁通可移動,以便相對于容器的開口移動蓋板,所述電樞包括連接到蓋板和安裝板的基部部分;和從基部部分延伸的指狀物,其中所述指狀物和基部部分限定了傳導(dǎo)磁通的路徑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的閥組件,其中所述指狀物以大約90度的 角度從電樞的基部部分延伸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的閥組件,其中電樞的基部部分大體上為環(huán)形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的閥組件,其中,所述安裝板提供了彈簧 偏壓,所述彈簧偏壓以默認(rèn)的方式將所述閥組件的電樞偏壓到打開位置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的閥組件,其中所述安裝板包括第一和第 二安裝突起。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5中所述的閥組件,其中所述第一和第二安裝突起 每個都具有大體上弓形的形狀。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6中所述的閥組件,其中所述安裝板進(jìn)一步包括 設(shè)置在第一和第二安裝突起之間的扇形區(qū)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的閥組件,其中所述蓋板和安裝板都連接 到電樞的基部部分上且彼此相對。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的閥組件,其中所述安裝板構(gòu)造成與到離 合器的旋轉(zhuǎn)輸入一起旋轉(zhuǎn)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的閥組件,所述閥組件進(jìn)一步包括 從電樞的基部部分延伸的一個或更多附加指狀物,其中所有的指狀物沿圓周彼此間隔開。
11、 根據(jù)權(quán)利要求io中所述的閥組件,其中指狀物的總數(shù)為四個。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的閥組件,其中所述蓋板包括-連接到電樞的第一部分;以大約直角的角度從所述第一部分延伸的第二部分;和 以朝向電樞的基部部分所在的平面成一角度地從第二部分延伸的第 三部分,其中所述第三部分限定了蓋板的底座部分。
13、 一種電磁驅(qū)動粘性離合器組件,所述電磁驅(qū)動粘性離合器組件包括可旋轉(zhuǎn)的軸;安裝到可旋轉(zhuǎn)的軸上的轉(zhuǎn)子,所述轉(zhuǎn)子具有前側(cè)和后側(cè); 環(huán)繞轉(zhuǎn)子的外殼;限定在轉(zhuǎn)子和外殼之間的工作室;和電樞,所述電樞構(gòu)造有至少一部分,所述至少一部分在轉(zhuǎn)子的前側(cè)與 后側(cè)之間延伸,其中所述電樞可移動以控制流體流向工作室從而選擇性控 制轉(zhuǎn)子和外殼的粘性接合。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13中所述組件,其中所述電樞包括環(huán)形基部部分。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14中所述的組件,其中所述電樞的基部部分完全 位于轉(zhuǎn)子的前側(cè)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14中所述的組件,其中所述電樞進(jìn)一步包括從環(huán) 形基部部分延伸的至少一個指狀物。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16中所述的組件,其中所述至少一個指狀物通過 轉(zhuǎn)子上的至少一個相應(yīng)的開口在轉(zhuǎn)子的前側(cè)與后側(cè)之間延伸。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16中所述的組件,其中四個指狀物從環(huán)形基部部 分延伸。
19、 根據(jù)權(quán)利要求13中所述的組件,所述電磁驅(qū)動粘性離合器組件進(jìn)一步包括連接到電樞的蓋板。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19中所述的組件,所述電磁驅(qū)動粘性離合器組件進(jìn)一步包括連接到電樞、與蓋板相對的安裝板,其中所述安裝板用作板簧。
21、 根據(jù)權(quán)利要求13中所述的組件,所述電磁驅(qū)動粘性離合器組件 進(jìn)一步包括安裝到轉(zhuǎn)子上的容器。
22、 根據(jù)權(quán)利要求13中所述的組件,其中所述電樞構(gòu)造成與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種用于電磁驅(qū)動粘性離合器(100)的閥組件(106),所述閥組件(106)包括限定構(gòu)造成選擇性覆蓋容器(112)的開口的底座部分的蓋板(140)、柔性安裝板(142)、和響應(yīng)于施加的磁通可移動以相對于容器(112)的開口(138)移動蓋板(140)的電樞(144)。所述電樞(144)包括連接到蓋板(140)和安裝板(142)的基部部分(146)以及從基部部分(146)延伸的指狀物(148)。所述指狀物(148)和基部部分(146)限定了傳導(dǎo)磁通的路徑。
文檔編號F16D35/02GK101495770SQ200680027905
公開日2009年7月29日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者巴斯蒂安·布蘭德, 戴維·R·亨尼西 申請人:霍頓公司