CN101861473B - 具有与流体清除控制相关的应用的电控制的流体耦合装置 - Google Patents

Abstract

一种粘性风扇驱动器，它带有一个前部安装的风扇以及没有拴系线束的电致动器。这种机械封装件包括一个倒置的粘性离合器、一个传动皮带轮、以及一个分立式电磁致动器，其中的电气部分被安装到一个静止的安装构件上。一个在轴向上可移动的阀门构件控制着粘性流体的流动。

Description

具有与流体清除控制相关的应用的电控制的流体耦合装置

相关申请

本申请是2006年6月28日提交的美国专利申请序列号11/427,153的部分继续申请，该申请进而是2004年8月30日提交的美国专利申请序列号10/929,801并且现在是美国专利号7,083,032的继续申请。

技术领域

本发明总体上涉及粘性风扇驱动系统，并且更确切地涉及用于风扇驱动系统的电控制的流体耦合装置。

背景技术

本发明涉及流体耦合装置，这些装置具体的类型是具有一个流体工作室以及一个流体储存器室、连同控制该工作室内的粘性流体的量阀门安排。

尽管本发明可以有利地用于具有不同配置和应用的流体耦合装置中，它尤其有利之处在于一种偶连装置，其类型为用于驱动内燃发动机的散热器冷却风扇，并且将与此结合进行说明。然而，应该理解，本发明可以与其他附件或部件一起使用并且可以用于工业应用中，而不是仅用于车辆，如汽车和卡车。

粘性离合器类型的流体耦合装置已多年用于驱动发动机冷却风扇(因此被称为“风扇驱动器”)。这类风扇驱动器可以导致发动机马力的实质性节省并且因此可以增加车辆每加仑燃料可以实现的行进里程的量值。典型的流体耦合装置只在需要冷却时在接合的、相对较高速度的状态下运行，而在要求很少或者不要求冷却时在脱离接合的、相对较低速度的状态下运行。

当今，电启动的粘性风扇驱动器是已知的并得到应用，因为它们可以在接合、部分接合、以及脱离接合的模式之间进行精确地控制，以便按照由车辆发动机的计算机确定的一个给定的风扇速度来控制输出。

当今使用的电致动的粘性风扇驱动器具有安装在风扇驱动器的前侧或后侧的致动器。在这两种情况下，这些致动器是用滚珠轴承安装到驱动器上，并且电线被拴系到一个静止位置上，该位置是在发动机上、或护罩上、或适合于具体的车辆或顾客应用的任何最佳位置上。

对于前部安装的致动器，电系绳(导线束)的长度是对于大风扇应用的一个限制性因素。对于后部安装的致动器，车轴长度可能限制在狭窄封装应用中的使用。此外，它们还要求从风扇驱动器到一个静止位置的系绳(导线束)，如果风扇是在安装前组装到风扇驱动器上，则该系绳可能难于在车辆中进行安装。每一种设计的耐久性是取决于轴承的寿命以及这些拴系的电线和/或支架的耐久性和寿命。

因此，不带有系绳的风扇驱动器(它没有被拴系到一个静止位置上的电线并且没有安装到滚珠轴承上的致动器)可以改进风扇驱动器的耐久性并且降低流体耦合驱动器的成本。然而，同样重要的是，无系绳的风扇驱动器保持了与系绳的风扇驱动器相同的或相似的风扇驱动器性能特性以及属性。

前部安装的电致动器风扇驱动器是在重型卡车和大型公共汽车应用中使用的早期的空气致动的粘性风扇驱动器的演化的结果。起初，在粘性驱动器的前部使用了双金属控制弹簧构件和机构。随后它们被轴承安装的气动螺线管所代替。对于系绳的耐久性问题以及由公众和政府实体所要求的更高的燃料经济性要求迫使重负荷工业转换到没有系绳的气动开/关的摩擦离合器。在这些离合器中，空气供应是通过这些安装支架-皮带轮子组件的中心来供给的。

当今，汽车和重型负荷工业正面临着甚至更严格的燃料经济性的限制、以及噪声控制要求。它们持续了对于可变速度或至少是多速的风扇驱动器的需要。其结果是，粘性驱动器是经济的且持久的解决方案，这些解决方案已经演化成使用后部致动的粘性风扇驱动器。这些后部安装的电控制的致动器被开发来减少与前部安装的致动器相关的潜在的系绳耐久性问题。

因为轴向长度和成本是优于后部致动的风扇驱动器，所以前部致动的粘性风扇驱动器继续被用于轻型至中型负荷的应用。然而，在某些轻型负荷汽油发动机应用中，这里风扇离合器是由水泵驱动的，存在着由多种因素引起的系统共振问题，这些因素包括风扇驱动器的重力质心(CG)。

因此，对于多种应用需要一种新的并且改进的粘性风扇驱动器，无论是用于轻型、中型负荷或重型车辆的应用。此外，对于具有降低的成本、改进的耐久性、以及更好的噪声和振动性能的致动器存在着需要。

发明内容

本发明旨在使上述问题最小化，并且涉及拴系的致动器以及系统共振问题，同时结合了令人希望的特征，如高速储存器，以及一种组合的“故障安全”和抗回流的选择。本发明还使用了配置在低速构件上的一种清除控制阀门，它作为一个流体流动分流器来工作。

本发明提供了一种粘性风扇驱动器，该驱动器具有一个前部安装的风扇以及没有拴系线束的电致动器。本发明使用了一个倒置的粘性离合器、一个传动皮带轮、以及一个分立式电磁致动器，从而导致一种纯粹机械的封装件，该封装件提供了超过现有发动机驱动的电控制的粘性风扇驱动器的几个优点。一个倒置的离合器是常规离合器实质上被翻转的离合器，这样使该中央轴是输出轴而这些外部构件(如本体和盖件)是输入。

在这种构形中，致动器的电气部分不是被物理地安装到风扇驱动器上，而是被安装到传动皮带轮处的一个静止的构件上。该静止的构件还可以被附接到水泵壳体上。这些其余的致动器部件被整合到风扇驱动器上，并且其结果是风扇驱动器本身仅具有机械的部分。通过在本申请中披露的实施方案，轴承的位置、皮带轮的安装、离合器的安装、风扇的安装、以及差动速度传感器磁铁全部被定位为以此来优化粘性风扇驱动器的性能和应用。本发明的多个实施方案可以使用具有储能器的高速储存器、具有低速阀门的清除控制器、压模的金属盖件、以及一体化的滑差速度传感器。本发明允许离合器的接合或脱离接合的快速响应时间并且还允许电致动器的开环控制。

当与附图以及所附的权利要求一起考虑时，本发明的其他益处、特征以及优点将从本发明的以下说明中变得清楚。

附图说明

图1是本发明的一个实施方案的分解视图。

图2是根据本发明的实施方案的一个粘性风扇驱动器的透视的局部截面视图。

图3是本发明的一个实施方案的截面视图。

图4A至图4B分别展示了根据本发明的一个实施方案的阀门组件的接合和脱离接合的位置。

图5A至图5D展示了根据本发明的一个实施方案的滑差速度传感器的多个部件以及它们的运行。

图6是可以与本发明的一个实施方案一起使用的止回阀机构的示意性图示。

图7A至图7C展示了根据本发明的一个实施方案用于帮助冷却风扇驱动系统的另一个实施方案。

具体实施方式

现在参见附图(它们并非旨在限制本发明)，图1至图3展示了根据本发明的一种流体耦合装置10(“粘性风扇驱动器”)的一个实施方案。装置10包括一个粘性驱动机构12，该粘性驱动机构被用于控制一个冷却风扇14的旋转速度。粘性驱动机构12被附接到一个皮带轮16上，该皮带轮是由车辆发动机前部上的一条皮带(未示出)来运行的。该风扇驱动器是由一个电线圈18电启动的，该电线圈被固定地安装到一个静止的安装构件20上。安装构件20可以是被附接到车辆发动机或类似装置上的一个支架、或者是用于车辆水泵的一个安装支架。例如，图1至图3示出了一个水泵22的一部分。

风扇构件14可以是当今已知和使用的任何类型的风扇构件，如塑料风扇或金属风扇。风扇构件14是由多个紧固件(如多个螺栓15)直接安装到转子构件34上并且随其旋转。

粘性驱动机构包括一个盖板构件30、一个轴承构件32、一个转子构件34、一个电枢构件36、一个储存器板构件38、以及一个本体构件40。本体构件40具有多个外部鳍片构件100，这些鳍片构件用于帮助冷却盖构件以及在粘性风扇驱动器内的这些内部的部件和流体。转子构件、储存器板构件以及本体构件优选地是由一种铝材料制成。盖板优选地是由一种金属材料(如钢)制成并且被模压成为附图中所示的构形。与带有多个鳍片的压铸盖构件(当今它常规地使用在粘性风扇驱动器中)相比，一个模压的钢盖板是不太昂贵的。电枢构件36优选地是由一种塑料材料制成。

同样，如图3所示，盖板构件30被固定地紧固到本体构件40上。这可以通过使本体构件的一部分在盖构件(如由参考号31所示)在边缘上变形并进行型锻来实现。本体构件进而被多个螺栓或其他紧固件47直接附接到皮带轮构件16上。

一个旋转密封件42被用于对盖板构件30与本体构件40之间的接头进行密封，以防止邻近风扇构件14的粘性流体的渗漏。

一个安装螺栓44与一个垫圈46(还被称作“抛掷环(slinger)”)一起被用于将粘性驱动机构12和皮带轮构件16安装到安装构件20上。安装螺栓44装配在一个空心轴构件48之内，该空心轴构件被安装在旋转轴50的末端49上，该旋转轴在这个实例中是一个水泵轴。

轴50通过轴承构件52和54被可旋转地安装在静止的安装构件20之内。安装螺栓44被螺纹安装到旋转轴50上，如图3所示。

与该粘性风扇驱动机构一起使用的电磁系统包括一个线圈18、连同一个钢的壳体构件19，它们二者均被安装到静止的安装构件20上。线圈18具有一个导线束60，该导线束被电气连接到一个控制器62以及一个电源64上。控制器62接收来自多个发动机传感器66的关于发动机和车辆运行状态的电信号。这些运行状态可以是发动机温度、燃料经济性、排放物或影响发动机性能的其他的发动机运行状态。例如，这些传感器66之一可以是一个发动机上安装的冷却剂传感器或安装到空调器上的一个压力传感器。控制器62具有一个存储的查询表，该查询表确定了对于一个给定的发动机速度的一个希望的发动机运行范围。当控制器62确定这些传感器66中的一个或多个正在感测所希望的运行范围之外的冷却状态时，外部控制器62将依据这个电信号而指示电源64向线圈18发送电力。因此，例如，若外部控制器62确定发动机冷却剂的温度太低或者发动机温度太低，则从控制器62可以向电源64发送一个信号，以便启动线圈18到达其所希望的脉冲宽度，其中在流体耦合装置10内提供一个磁场。

类似地，如果外部控制器62从这些传感器66中的一个或多个确定了发动机或发动机冷却剂温度是高于一个不希望的高范围，那么没有信号从外部控制器62发送到电源64以及线圈18。因此，以此方式，控制器62解释来自传感器的这些信号以指示电源64经由导线束60向线圈18发送或不发送电流，从而以在此说明的一种方式来控制粘性风扇驱动器10的输出。

如所表明的，静止的安装构件20可以包括一个水泵轴50，该水泵轴使用多个螺栓或其他常规紧固件被直接安装到曲轴皮带轮(未示出)附近的一个发动机气缸体(未示出)上。在一个替代实施方案(未示出)中，安装水泵的支架可以是一个独立的支架-皮带轮子组件。水泵轴50被连接至多个叶轮23(未示出)上，这些叶轮用于控制一个发动机冷却系统内的发动机冷却剂的流动，以冷却发动机。水泵轴50通过空心轴构件48被安装到皮带轮16上。因此，轴构件50以与皮带轮16相同的旋转速率进行旋转，以驱动这些叶轮并且在其中向发动机提供冷却剂流。

如所表明的，皮带轮16被一个传动皮带(未示出)连接到发动机曲轴上并且以一个速率来转动本体构件40，该速率是由通过曲轴和皮带被转换到皮带轮16上的发动机运行速度来确定的。本体构件40(它优选是由一种压铸铝材料制成)具有一个覆盖区域31，该覆盖区域用于将模压的盖板构件30固定地保持在粘性风扇驱动器中的合适的位置中。因此，本体构件40以及盖板30以与皮带轮构件16相同的旋转速率进行旋转。

风扇构件14使用滚珠轴承构件32被可旋转地安装在该粘性风扇驱动器内并且被固定到转子构件34上。转子构件和风扇构件因此包括了该粘性风扇驱动器的输出。

围绕转子构件34并且由盖件30以及本体构件40界定的空间体积限定了一个流体储存器70，其中提供了一定量的粘性流体(未示出)。盖构件30和储存器板38限定了一个流体室72。转子构件34的径向在外的部分与本体构件40之间的空间体积定义了用于该粘性风扇驱动器的流体工作室74。

当电枢构件36以一种以下说明的方式移动时，流体储存器70与该流体室流体性地连接。根据电线圈18的启动，电枢构件的轴向运动打开和关闭了一个清除流体流动路径，该线圈的启动控制着流体储存器与流体室之间流体的流动。此外，流体室72被流体性地连接到一个工作室74上，该工作室以一种常规的方式限定在与本体构件40组合的转子构件的这些外端与盖构件30之间。包含在工作室74内的粘性流体的量、连同被连接到皮带轮构件16上的盖件和本体构件的旋转速度确定了传递到转子构件34上的扭矩，该转子构件使风扇构件14旋转。换言之，该扭矩响应是在工作室74内的粘性剪切的结果。因此，如所表明的，该风扇构件的旋转被用于按照发动机控制器以及这些适当的传感器的要求来冷却散热器或其他发动机部件。

电枢构件36优选地是由一种塑料材料制成并且具有被附接到其外部圆周上的一个金属电枢环37。(这在图5B中更清楚地示出)电枢环37是由一种铁质材料制成。此外，一个多极的环状磁铁43被附接到电枢构件36的一部分上。该电枢环以及多极环状磁铁与由线圈构件18所引起的电磁回路相结合而起作用，以使该电枢构件在轴向方向上沿该粘性风扇驱动系统的纵向轴线移动。在这一方面，纵向轴线是由中心线51(图3、图4A、图4B以及图5A)表明的。

轮毂构件39是由一种含铁的或金属材料制成并且被插铸模制到本体构件40之中。该轮毂构件具有一种圆锥的形状，它具有具体如在图3以及图4A至图4B中所示的U形截面。在本体构件被铸造为使轮毂构件在其中之后，在该轮毂构件中形成一个环形通道53。通道53与电枢构件36上的电枢环37是在轴向上对齐的。由环形通道53形成的空间提供了一个工作空隙，当根据本发明的电磁系统致动时，该电枢环被拖入该空隙并且被定位在其中。

电枢构件36实质上是一个阀门构件并且其运行打开和关闭粘性离合器机构的清除流体的流动路径。这更加具体地在图4A以及图4B中示出。图4A描绘了在接合位置中的阀门构件，而图4B展示了在脱离接合的位置中的阀门构件。在脱离接合的位置中，在电枢构件36与储存器板构件38之间提供一个开口80，从而允许该清除流体的流动路径打开并且允许粘性流体77A流回到储存器室70中。这使风扇构件脱离接合。在接合的位置中，工作室74充满了粘性流体并且这些输出构件(即转子构件24和风扇构件14)在以全速或能力旋转并且按照需要对散热器或其他发动附件提供全部的冷却作用。在这个运行位置中，开口80被关闭并且经过清除通道75从工作室74中被清除到流体室72的粘性流体77B被再循环到工作室74。

作为风扇构件被接合和脱离接合的这种方式的结果，该粘性风扇驱动器正常地是处于“开启”位置。这被称为“故障安全”状态。此外，电枢构件36在轴向上被移动的量以及开口80被打开的对应的量调节了返回到该流体储存器的粘性流体的量以及被再循环到该工作室的量。这就调节了风扇构件的速度。因此，通过本发明，风扇构件可以处于“开启”状态、“关闭”状态、以及处于那两种状态之间的任何旋转速度。

通过本发明的一个替代实施方案还有可能提供一种粘性风扇驱动器，该粘性风扇驱动器一直是处于“关闭”位置并且该风扇构件仅当提供了电力并且电磁回路被启动时才被接合。这可以配备有与故障安全实施方案相同的结构和部件，但将要求在控制器62中的程序设计的修改。

如所表明的，转子构件34具有一个清除通道75，该清除通道以与具有常规粘性风扇驱动器的转子构件的清除通道相同的方式工作并且提供了用于使粘性流体从工作室返回流体室和/或流体储存器中的一个返回路径。

在图4B中通过箭头A示出了电磁回路的通量路径。通量路径A包括含铁的轮毂构件39以及含铁的壳体构件19。如所表明的，当这些传感器66向控制器62表明该风扇构件的旋转不是希望的或者不是以相同的程度所希望的，于是线圈构件18被启动。线圈构件的启动产生了通量路径A(这是由于多极环状磁铁43)、使该电枢构件在轴向上移动并且使电枢环37定位在通道(或“工作空隙”)53中。

本发明具有超过其他粘性流体风扇驱动机构和系统的众多优点。在没有拴系的导线束的情况下，存在着较少的必要的内部电连接。同样，线圈构件和电路是更容易地可维修的。滑差热容量被改进，这是由于该盖构件与其冷却鳍片以输入速度旋转，这还提供了额外的流体储存器冷却。本发明还具有一种故障安全模式并且正常地是处于接合的或“开启”状态并且还具有一种安静的启动。因为清除速率是独立于充入速率，所以用于工作室的泵送排出和充入的反应时间得到改进。

该清除流动控制阀同样是该输出构件的一部分，因此它降低了对于该阀门构件的动态加载作用。本发明还使“智能”控制器能够一体化，这是因为这些电子部件不是物理地连接到该风扇驱动器上。

本发明还具有与拴系的粘性风扇驱动器比更小数目的部件。本发明具有与对应的拴系的粘性风扇驱动器(前部安装的或后部安装的)相比达到30％的更少的部件。这提供了粘性风扇驱动机构和系统的更低的成本以及改进的可靠性。同样，可以降低保修费用，因为这些电子部件是更加可维修的并且需要更少的部件。

根据本发明的粘性风扇驱动机构还更易于组装到车辆上。此外，通过本发明，粘性风扇驱动机构的轴向长度被减少，多达50至60毫米。这在发动机舱中具备有限空间的车辆中可能是重要的。此外，这种清除控制使用了一个低速阀门机构，该阀门机构是超过先前的粘性风扇驱动系统的一种益处和改进。

本发明的一个实施方案还使用了一个整合的滑差速度传感器。例如，2006年7月6日提交的美国专利申请序列号60/806638示出了这种类型的一个优选的传感器，其披露内容特此通过引用结合于此。该整合的滑差速度传感器通过一个电磁回路来监控离合器输出速度，该电磁回路部分地由与离合器公用的多个部件构成。这种回路配置提供了一个速度传感器，该速度传感器测量在离合器输出与离合器输入之间的速度差。当被控制器(或一个远程计算机)测量到时，从离合器输入速度中减去该差动速度以确定输出速度。

对于该电磁回路，提供了一个传感器磁极构件41，连同一个霍耳效应装置(HED)110、或者另一个磁感应装置。HED110被定位在一个通量集中件111的末端上，该集中件被附接到线圈构件18上。在图5C和图5D中与描绘了滑差速度传感器系统的通量路径B的图5A相组合更具体地将它们示出。磁极构件41具有多个磁极112，这些磁极围绕一个外部环114的内侧环圆周地安排。通量路径B包括HED传感器110、空心轴构件48、环状磁铁43、磁极构件41以及轮毂构件39。

环形磁极构件41以输入速度相对于静止的HED110旋转。环状磁铁41的这些交替磁极在磁回路中产生了交替方向的磁通量，它是与输入和输出的差动速度成比例的。差动速度是由磁极构件41与环状磁铁43之间的速度差确定的。

本发明的一个实施方案的另一个特征是改进的方式，其中粘性流体以及粘性阀门机构在进行冷却时得到帮助。如所表明的，本体构件40是一个铸造的金属部件(优选地由一种铝材料制成)并且具有在外表面上铸造的多个鳍片构件100。这在图7B中具体示出。此外，该本体构件以输入速度旋转，因为它被直接连接到皮带轮构件16上。粘性流体储存器进而以相同的输入速度旋转。流体储存器因此被类似地连接到根据本发明的本体构件的这些冷却鳍片上，并且通过这些冷却鳍片的作用而保持在较低的温度下。

如图7A所示，该皮带轮构件中的多个开口120(被称为“通气”开口)帮助允许空气流更容易地通过这些冷却鳍片。如图7A所示，提供了四个放大的开口120并且由箭头115描绘了空气流。然而应该理解，只要不损害皮带轮构件的强度和耐久性，可以提供任何尺寸和数目的开口。同样，这些开口越大或者皮带轮构件中的开放空间的区域越大，冷却效果就越大。

此外，为了使皮带轮构件16与本体构件40间隔开并且为了使从本体构件到皮带轮构件的热传导最小化，在这些安装开口132中的每一处提供了隆起的凸台130，在这些安装开口处皮带轮构件被多个螺栓47或其他紧固件附接到本体构件上。这在图7B中示出。这使从本体构件到皮带轮构件的热传导最小化，并且反之亦然。

此外，如在图7B中还示出了多个凹槽或槽缝140，也被称为“通气”缝，它们提供在本体构件40的外表面上，以帮助允许空气流过这些冷却鳍片100。空气流通过皮带轮16中的这些通气开口120并且通过本体构件40中的这些通气槽缝140。这允许空气流更多地接触这些冷却鳍片100的表面，因此有助于冷却。

此外，如图7C所示，将多个鳍片构件150提供在储存器室70内部。这些鳍片构件150可以由本体构件40的外表面中的这些通气槽缝140来形成和提供。该粘性流体储存器内部的这些鳍片150同样有助于热量从粘性流体到这些冷却鳍片100以及因此到达车辆的发动机舱的内部的气氛的热传递。

图6中示出了本发明的粘性风扇驱动系统的另一个特征。在这个实施方案中，可以使用一个止回阀90。止回阀90防止回流并且减少了残留的通道流体。止回阀具有一个弹簧致动的活塞构件92，该活塞构件被弹簧构件94偏置在一个插头构件95上。插头构件95被定位在通道或孔96中(在该孔形成之后)以便将该活塞构件和弹簧构件保持在位。通道构件96具有相关联的次级清除通道构件97，该次级清除通道构件是与储存器室70直接连通的。通道96还具有一个相关联的通道构件或通路98，该通道构件或通路是与工作室74直接连通的。止回阀机构90改进了粘性风扇驱动器的响应和可控制性。它提供了一条更短的充入路径，由于减少了流体充入迟延时间这改进了可控制性。刮片实质上是“倒置”的并且同样改进了充入速率。止回阀机构90防止回漏并且减少了残留的通道流体。

在运行中，通过将一个止回阀机构90定位在以输入速度旋转的本体构件40之中，活塞构件92上的离心力迫使该活塞构件向外抵靠在插头构件95上并且对抗弹簧构件94的力。在这种状态下，存在着穿过通道构件98和97从工作室到流体储存器的一条直接的流动路径。因此，当粘性驱动机构是处于接合的位置中并且风扇构件正在旋转时，存在着从储存器到工作室并返回到储存器的流体的一种连续的流动。

当发动机被关闭或未运行时，弹簧构件94使活塞构件92偏置在一个径向向内的位置中，如在图6中由箭头构件99所示。活塞构件92关闭了通道或通路98的末端，因此防止粘性流体从流体储存器排出并进入工作室中。这帮助提供发动机的更安静的启动。

因为具有较少的部件，根据本发明的粘性风扇驱动器具有较小的重量以及较小的伸出的质量。较轻的重量可以帮助改进车辆的燃料经济性，同时从安装构件伸出的较小质量可以改进用于水泵或其他相关部件的这些轴承和轴构件的耐久性。

转子构件34还包括一个清除系统，该清除系统以一种常规的方式使粘性流体从该工作室返回到该储存器室。邻近该工作室的径向外圆周安置的是一个泵送元件，该泵送元件还被称为“刮片”元件(见图7C中的105)。刮片元件运行以接合工作室中的相对旋转的流体并且产生了具有相对较高流体压力的一个局部区域。其结果是，少量的流体通过一个清除通道(如附图中的通道75)从该工作室被连续地泵送返回该储存器室之中。

就来自外部控制器62以及电源64的脉冲宽度调制而言供应的电力的量值增加了可供用于控制在轴向上可移动的电枢阀门构件36的相对定位的磁通量的量值。如所表明的，控制器接收来自不同的发动机传感器66(它们监控不同的发动机运行状态)的一组电输入。控制器中的查询表确定了对于一个给定的发动机速度的一个希望的发动机运行范围。当从这些传感器之一到该控制器的输入表明冷却状态是处于所希望的运行范围之外时，外部控制器62将依据这个电信号指示电源64向线圈构件18发送电力。因此，例如，如果该电枢构件在轴向上被拖动或移动时，在电枢构件36与储存器板38之间打开了一个空隙，该空隙允许粘性流体返回储存器70。这进而减少了工作室中粘性流体的量。因此，连接到输出构件上的一个风扇将会较慢地旋转。

类似地，如果外部控制器62从这些传感器66中的一个或多个确定发动机或发动机冷却温度是高于一个不希望的高范围，那么没有信号从外部控制器62发送到电源64以及线圈18上。电枢阀门构件36因此被保持在一个位置中，在该位置中空隙80被关闭从而允许从流体储存器70到流体室72以及到工作室74的最大流体流动。这提供了转子34的最大扭矩响应，这进而使风扇构件14旋转，以便对散热器提供最大的冷却从而使发动机冷却剂冷却。

本发明提供了超过当前可获得的前部和后部致动的粘性风扇驱动器的许多优点。例如，该致动器的电气部分不是物理地附接到风扇驱动器上，而是安装到传动皮带轮的一个静止的构件上。这样，不存在拴系的导线束并且不存在致动器轴承。因为没有电线或连接器，这导致更容易并且低成本的制造。另外，该线圈容易替换，这降低了维修和保修费用。

此外，其余的致动器部件与风扇驱动器的发动机侧是一体的。这导致在这些驱动部件上的较低的伸出质量，这导致了更高的系统共振频率并且有可能改进水泵或部件的耐久性。这还导致紧凑的封装，这可以改进车辆成本。

最后，在另一个实施方案中，对于所述电线圈的脉冲宽度调制的量可以是使其产生一个磁场，在该磁场中电枢阀门构件36部分地覆盖了空隙80。所产生的磁场将小于在使电枢阀门构件完全轴向平移到使环形空隙80完全打开的第二位置所必须的磁场。这个位置将允许所述转子34的部分接合以及在无限多个中间水平输出位置进行输出，以便更加精确地控制可供用于散热器的冷却的量。

虽然已经在此示出并说明了本发明的多个优选实施方案，但是本领域的普通技术人员将会想到众多变型和替代实施方案。因此，在此的意图是本发明并不局限于在此说明的这些优选的实施方案，而是限于所附权利要求的条款。

Claims (22)

1.一种电控制的流体耦合装置，包括：

一个输出构件，该输出构件包括一个中央轴构件；

一个围绕所述输出构件轴承安装的输入构件，所述输入构件包括一个本体构件以及一个盖构件；

一个静止的壳体构件，该静止的壳体构件被轴承安装到所述输入构件上；

一个转子构件，该转子构件被安装到所述输出构件上并且被包含在所述盖构件以及所述本体构件之内，所述本体构件与所述转子构件定义了一个工作室；

一个储存器板构件，该储存器板构件被安装到所述输入构件上并且在其中容纳一个流体孔；

一个流体储存器，该流体储存器被限定在所述储存器板与所述本体构件之间，所述流体储存器具有一定量的粘性流体；

一个流体室，该流体室被限定在所述储存器板与所述转子构件之间，所述流体室被流体地连接到所述工作室上并且被流体地连接到所述流体储存器上；

一个连接至所述输入构件上的电枢阀门构件，所述电枢阀门构件在轴向上可移动到在一个第一位置、一个中间水平位置、以及一个第二位置之间的无穷多个位置中的任何一个上；

当所述电枢阀门构件是处于所述第二位置时，所述可移动的电枢阀门构件能够覆盖所述流体孔，从而在其中防止所述量的粘性流体从所述流体室流动到所述流体储存器，在接合的位置中，工作室充满了粘性流体并且输出构件以全速或能力旋转；当所述电枢阀门构件是处于所述中间水平位置时，所述电枢阀门构件能够部分地覆盖所述流体孔，从而在其中允许所述量的粘性流体从所述流体室部分地流动到所述流体储存器以便使所述转子与所述输出构件部分地相接合，并且当所述电枢阀门构件是处于所述第一位置时，所述电枢阀门构件能够基本上不覆盖所述流体孔，由此允许粘性流体在所述流体室与所述流体储存器之间的完全流动；

一个电磁子组件，该电磁子组件被安装到所述静止的壳体构件上；

一个电源，该电源被电气连接到所述电磁子组件上；以及

一个电气连接到所述电源上的控制器，所述控制器指示所述电源对所述电磁子组件提供一个电流，其中所述电磁子组件响应于所述电流而感应一个磁场，其中所述电枢阀门构件依据所述磁场的强度可以在轴向上从所述第一位置向所述中间水平位置向所述第二位置移动。

2.如权利要求1所述的电控制的流体耦合装置，进一步包括一个清除构件，该清除构件协助粘性流体从所述工作室流动到所述流体室。

3.如权利要求1所述的流体耦合装置，进一步包括一个附接到所述电枢阀门构件上的环状磁铁构件、一个附接到所述电枢阀门构件上的外部电枢环构件、以及一个附接到所述本体构件上的轮毂构件，所述轮毂构件具有一个环形开口用于同所述电枢环构件相配合。

4.如权利要求1所述的流体耦合装置，其中，所述输入构件进一步包括一个皮带驱动的皮带轮构件，该皮带轮构件被附接到所述本体构件上。

5.如权利要求1所述的流体耦合装置，其中，所述静止的壳体构件包括一个水泵并且所述输入构件进一步包括一个水泵轴，所述水泵轴被连接到所述中央轴上并被轴承安装在所述静止的壳体构件之中。

6.如权利要求1所述的流体耦合装置，进一步包括电气连接到所述控制器上的至少一个传感器，所述至少一个传感器依据一个希望的发动机工作状态将一个电信号传送给所述控制器。

7.如权利要求1所述的流体耦合装置，其中所述输入构件被配置为用于附接到一个水泵上，并且所述输出构件被配置为用于附接到一个风扇上，所述输入构件以与所述水泵相同的速度进行旋转。

8.一种电控制的流体耦合装置，包括：

一个输出构件，该输出构件包括一个中央轴构件；

一个围绕所述输出构件轴承安装的输入构件，所述输入构件包括一个本体构件以及一个盖构件；

一个静止的壳体构件，该静止的壳体构件被轴承安装到所述输入构件上；

一个转子构件，该转子构件被安装到所述输出构件上并且被包含在所述盖构件以及所述本体构件之中，所述本体构件与所述转子构件定义了一个工作室；

一个储存器板构件，该储存器板构件被安装到所述输出构件上并且具有一个流体孔；

一个流体储存器，该流体储存器被限定在所述储存器板与所述本体构件之间，所述流体储存器具有一定量的粘性流体；

一个流体室，该流体室被限定在所述储存器板与所述转子构件之间，所述流体室被流体地连接到所述工作室并且被流体地连接到所述流体储存器上；

一个连接至所述输入构件上的电枢阀门构件，所述电枢阀门构件在轴向上可移动到在一个第一位置、一个中间水平位置、以及一个第二位置之间的无穷多个位置中的任何一个上；

当所述电枢阀门构件是处于所述第二位置时，所述可移动的电枢阀门构件能够不覆盖所述流体孔，从而在其中允许所述量的粘性流体从所述流体室流动到所述流体储存器；当所述电枢阀门构件是处于所述中间水平位置时，所述电枢阀门构件能够部分地覆盖所述流体孔，从而在其中允许所述量的粘性流体从所述流体室部分地流动到所述流体储存器以便使所述转子与所述输出构件部分地相接合；并且当所述电枢阀门构件是处于所述第一位置时，所述电枢阀门构件能够基本上覆盖所述流体孔，由此防止粘性流体从所述流体室流动到所述流体储存器；

一个电磁子组件，该电磁子组件被安装到所述静止的壳体构件上；

一个电源，该电源被电气连接到所述电磁子组件上；

一个电气连接到所述电源上的控制器，所述控制器指导所述电源将电流提供给所述电磁子组件，其中所述电磁子组件响应于所述电流而感应一个磁场，其中所述电枢阀门构件依据所述磁场的强度可以从所述第一位置向所述中间水平位置向所述第二位置在轴向上移动。

9.如权利要求8所述的电控制的流体耦合装置，进一步包括一个清除构件，该清除构件协助粘性流体从所述工作室流动到所述流体室。

10.如权利要求8所述的流体耦合装置，进一步包括一个附接到所述电枢阀门构件上的环状磁铁构件、一个附接到所述电枢阀门构件上的外电枢环构件、以及一个附接到所述本体构件上的轮毂构件，所述轮毂构件具有一个环形开口用于同所述电枢环构件相配合。

11.如权利要求8所述的流体耦合装置，其中所述输入构件进一步包括一个皮带驱动的皮带轮构件，该皮带轮构件被附接到所述本体构件上。

12.如权利要求8所述的流体耦合装置，其中，所述静止的壳体构件包括一个水泵，并且所述输入构件进一步包括一个水泵轴，所述水泵轴被连接至所述中央轴上并被轴承安装在所述静止的壳体构件之中。

13.如权利要求8所述的流体耦合装置，进一步包括电气连接到所述控制器上的至少一个传感器，所述至少一个传感器依据一个希望的发动机工作状态将一个电信号传送给所述控制器。

14.如权利要求8所述的流体耦合装置，其中所述输入构件被配置为用于附接到一个水泵上，并且所述输出构件被配置为用于附接到一个风扇上，所述输入构件以与所述水泵相同的速度进行旋转。

15.用于控制一个电控制的流体耦合装置的接合的一种方法，该方法包括：

(a)形成该电控制的流体耦合装置，该流体耦合装置包括：

一个输出构件，该输出构件包括一个中央轴构件；

一个围绕所述输出构件轴承安装的输入构件，所述输入构件包括一个本体构件以及一个盖构件；

一个静止的壳体构件，该静止的壳体构件被轴承安装到所述输入构件上；

一个转子构件，该转子构件被安装到所述输出构件上并且被包含在所述盖构件以及所述本体构件之中，所述本体构件与所述转子构件限定了一个工作室；

一个储存器板构件，该储存器板构件是围绕所述输出构件而安装并且具有一个流体孔；

一个流体储存器，该流体储存器被限定在所述储存器板与所述本体构件之间，所述流体储存器具有一定量的粘性流体；

一个流体室，该流体室被限定在所述储存器板与所述转子构件之间，所述流体室被流体地连接到所述工作室上并且被流体地连接到所述流体储存器上；

一个连接到所述输入构件上的电枢阀门构件，所述电枢阀门构件在一个第一位置、一个第二位置、以及在所述第一与第二位置之间的多个中间水平位置之间在轴向上是可移动的；

所述可移动的电枢阀门构件当所述电枢阀门构件是处于所述第一位置时不覆盖所述流体孔、而当所述电枢子组件是处于所述第二位置时则覆盖所述流体孔、并且在所述多个中间水平位置中的任何一个之中时部分地覆盖所述流体孔；

一个电磁子组件，该电磁子组件被安装到所述静止的壳体构件上，所述电磁子组件包括一个线圈；

一个电源，该电源被电气连接到所述线圈上；

一个控制器，该控制器被电气连接到所述电源上；以及

至少一个传感器，该至少一个传感器被电气连接到所述控制器上；

(b)在一个给定的发动机速度下使用所述至少一个传感器来测量一个发动机工作状态，所述给定发动机速度对应于所述输入构件的一个旋转速度；

(c)在所述给定的发动机速度下，将所述测量的发动机工作状态与一个希望的发动机工作状态进行比较；

(d)当所述测量的发动机工作状态不是在所述希望的发动机工作状态范围之内时，在所述电源内产生一个电流，其中该产生的所述电流启动所述线圈从而在其中产生一个磁场，其中所述磁场致使所述电枢阀门构件响应于所述磁场的强度从所述第一位置移动到所述多个中间水平位置之一上或所述第二位置上，以控制粘性流体从所述流体室经过所述流体孔流动到所述流体储存器，从而控制所述输出构件的旋转速率。

16.如权利要求15所述的方法，其中(c)在所述给定的发动机速度下，将所述测量的发动机工作状态与一个希望的发动机工作状态进行比较包括：

从一个查寻表或在所述控制器之内包含的一个算法中确定在所述给定发动机速度下的一个希望的发动机工作状态的范围；

将所述测量的发动机工作状态与所述希望的发动工作状态范围进行比较；并且

当所述测量的发动机工作状态不是处于所述希望的发动机工作状态范围之内时，从所述控制器将一个电信号发送给所述电源。

17.如权利要求16所述的方法，其中(d)产生一个电流包括依据从所述控制器接受的所述电信号在所述线圈中产生一个脉冲宽度调制信号，其中所述脉冲宽度调制信号产生一个磁场，其中所述电枢阀门构件响应于该磁场在轴向上从所述第一位置向所述第二位置移动，其中所述第一位置被定义为其中所述电枢阀门构件防止粘性流体穿过流体孔、并且所述第二位置被定义为其中所述电枢阀门构件允许粘性流体穿过所述流体孔。

18.如权利要求16所述的方法，其中(d)产生一个电流包括依据从所述控制器接受的所述电信号在所述线圈中产生一个脉冲宽度调制信号，其中所述脉冲宽度调制信号产生一个磁场，其中所述电枢阀门构件响应于该磁场在轴向上从所述第二位置移动到所述第一位置，其中所述第一位置被定义为其中所述电枢阀门构件允许粘性流体穿过流体孔、并且所述第二位置被定义为其中所述电枢阀门构件防止了粘性流体穿过所述流体孔。

19.如权利要求16所述的方法，其中(d)产生一个电流包括依据从所述控制器接受的所述电信号在所述线圈中产生一个脉冲宽度调制信号，其中所述脉冲宽度调制信号产生一个磁场，其中所述电枢阀门子组件响应于该磁场从所述第一位置移动到所述中间水平位置，其中所述第一位置被定义为其中所述阀门构件允许粘性流体穿过所述流体端口、并且所述中间水平位置被定义为其中所述阀门构件部分地覆盖所述流体端口。

20.一种用于风扇的电控制的粘性流体耦合组件，包括：

(a)一个输出构件，该输出构件包括一个中央轴并且被配置为用于附接到一个风扇构件上；

(b)一个输入构件，该输入构件被轴承安装到所述输出构件上并且以输入速度围绕所述输出构件是可旋转的，所述输入构件包括一个本体构件以及一个盖构件；

(c)一个静止的安装构件，该静止的安装构件被轴承连接到所述输入构件上；

(d)一个粘性流体供给机构，该机构被定位在所述输入构件之中并且包括：一个转子构件、具有一个流体孔的一个储存器板构件、一个流体储存器、一个流体室、一个工作室以及一定量的粘性流体；

(e)一个电磁构件，该电磁构件安装在所述静止的安装构件上；

(f)一个电磁致动的电枢阀门构件，用于控制所述输出构件与所述输入构件的粘性流体接合，所述电枢阀门构件响应于由所述电磁构件产生的一个磁场在轴向上可移动到在一个第一位置、一个中间水平位置、以及一个第二位置之间的无穷多个位置中的任何一个上，用于打开、部分地打开以及覆盖所述流体孔；

当所述电枢阀门构件是处于所述第二位置时，所述可移动的电枢阀门构件能够覆盖所述流体孔，从而在其中防止所述量的粘性流体从所述流体室流动到所述流体储存器，在接合的位置中，工作室充满了粘性流体并且输出构件以全速或能力旋转；当所述电枢阀门构件是处于所述中间水平位置时，所述电枢阀门构件能够部分地覆盖所述流体孔，从而在其中允许所述量的粘性流体从所述流体室部分地流动到所述流体储存器以便使所述转子与所述输出构件部分地相接合，并且当所述电枢阀门构件是处于所述第一位置时，所述电枢阀门构件能够基本上不覆盖所述流体孔，由此允许粘性流体在所述流体室与所述流体储存器之间的完全流动；

其中，一个风扇的运行以及速度是受所述粘性流体连接组件控制的而没有一个导线拴系构件。

21.如权利要求20所述的粘性流体耦合组件，进一步包括一个水泵，并且其中所述输入构件被连接到所述水泵上并且以与所述水泵相同的速度进行旋转。

22.如权利要求21所述的粘性流体耦合组件，其中所述静止的安装构件被连接到所述水泵上。