CN102939474B - 用于选择性地驱动配件的离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有驱动器、输出构件、离合器弹簧、电枢以及致动器的离合器组件。所述离合器弹簧包括多个构造为用于与所述驱动器驱动地接合的线圈。所述离合器弹簧还包括第一控制柄以及第二控制柄。所述第一控制柄构造为用于驱动地接合所述输出构件以方便从所述驱动器通过所述离合器弹簧将旋转动力传递至所述输出构件内。所述第二控制柄接合至所述电枢。所述致动器选择性地操作以用于使所述电枢相对于所述驱动器沿与驱动所述驱动器的预定旋转方向相反的方向旋转，由此引起所述离合器弹簧的线圈与所述驱动器至少部分地分离。

Description

用于选择性地驱动配件的离合器

技术领域

本发明总体涉及一种用于选择性地驱动配件的离合器。

背景技术

许多发动机系统都包括一个或更多个设备，它们通常被称作“配件”，当发动机运转时，所述配件由发动机驱动。这些配件的示例可以包括但不限于，交流发电机、泵（包括水泵、气泵、油泵、动力转向泵、制动系统泵以及其它泵单元）、空调压缩机、增压器、冷却风扇等。

通常这些配件与发动机相邻并且通过诸如柔性带、链条或齿轮系的驱动手段直接地、或（经由凸轮轴、反平衡轴或惰轮轴等）间接地连接至发动机的曲轴，从而使得发动机的运行也能通过各自的驱动手段驱动该配件。

尽管这种配件驱动系统已经使用多年，但近年来的燃料效率以及其它担忧使得需要能够选择性地驱动某些配件。换言之，需要能够将发动机产生的转矩选择性地施加于某些配件从而能够在发动机运行时根据期望操作或不操作这些配件。例如，需要在某些发动机以及车辆运行条件下，诸如在寒冷天气起动时，不运行用于发动机冷却系统的水泵，直到发动机已经达到预先选择的操作温度。一旦发动机已经达到预先选择的操作温度，就需要将来自发动机的转矩施加于水泵以驱动该泵。

发明内容

本部分提供了本发明的总体概述，并且本部分不是对本发明的整个范围或本发明的所有特征的全面公开。

在一种形式中，本发明提供了一种带有驱动器、输出构件、离合器弹簧、电枢以及致动器的离合器组件。驱动器具有外部柱面形转矩传递表面。该驱动器构造为用于联接至旋转动力源以引起该驱动器沿预定旋转方向旋转。输出构件能够相对于该驱动器独立的旋转。该输出构件具有腔以及延伸至该腔内的第一控制构件。该驱动器容纳于该腔内。离合器弹簧由线材形成并且具有沿与驱动器的预定旋转方向相反的方向缠绕的线圈。该离合器弹簧具有位于第一端部上的第一控制柄以及位于与第一端部相对的第二端部上的第二控制柄。线圈的至少一部分接合至柱面形转矩传递表面。电枢具有联接至第二控制柄的第二控制构件。致动器能够在分离模式及接合模式下被操作。当在分离模式下操作致动器时，产生了力，该力施加于电枢，从而使电枢相对于驱动器沿与预定旋转方向相反的旋转方向旋转以便将控制信号施加于第二控制柄。当在接合模式下操作致动器时该驱动器沿预定方向的旋转引起离合器弹簧的线圈的至少一部分驱动地接合柱面形转矩传递表面，从而在第一控制柄与第一控制构件之间沿预定旋转方向传递旋转动力。当驱动器沿预定旋转方向旋转并且在分离模式下操作致动器时，离合器弹簧的线圈的所述至少一部分至少部分地松开柱面形转矩传递表面，以限制旋转动力在第一控制柄与第一控制构件之间沿预定旋转方向的传递。

从文中提供的描述中，其他应用领域将变得明显。应当理解的是，描述和具体示例仅意在说明，而不意在限制本发明的范围。

附图说明

本文中所描述的附图仅为说明的目的，而不意在以任何方式限制本发明的范围。在不同的图中，使相似或相同的元件被赋予相同的附图标记。

图1示出了根据本发明的教示的离合器组件的前面和侧面的分解立体图；

图2示出了图1的离合器组件的后面和侧面的分解立体图；

图3示出了图1的离合器组件的侧面剖视图；

图4示出了图1的离合器组件的电枢组件的分解立体图；

图5示出了与图3相似的剖视图，但其中示出了通过接合的离合器组件的转矩传递的路径；

图6示出了根据本发明的教示而构造的另一离合器组件的前面和侧面的分解立体图；

图7示出了图6的离合器组件的局部分解剖视图；以及

图8示出了处于用于间接连接至驱动构件的构型的图1的离合器组件。

在附图中的若干视图中，对应的附图标记表示对应的部件。

具体实施方式

参照图1至图5，总体上由附图标记20表示根据本发明的教示而构造的离合器组件。离合器组件20可以与发动机的驱动构件DM，例如曲轴、凸轮轴、惰轮轴、中间轴、反平衡轴等，或其它与离合器组件20连接以接收来自该离合器组件20的旋转动力的装置，相邻并且同轴安装。该驱动构件DM构造为沿预定旋转方向旋转。在图1的示例中，离合器组件20包括可以固定至发动机以将离合器组件20相对于驱动构件DM保持在所需位置处的安装板24。

安装板24可以包括孔28（在图3中最佳示出），驱动构件DM可以延伸穿过该孔28。诸如环形电磁线圈组件32之类的致动器可以联接至安装板24并相对于孔28同心布置。线圈组件32可以通过任意适合的方式，例如点焊、与孔28干涉配合等本领域技术人员将会想到的那些方式，固定至安装板24。为了清楚起见，已经从图中省略了至线圈组件32的电导线及连接，但对于本领域的技术人员来说，这些用于线圈组件32的电导线的选择及布置以及它们的路线将是容易理解的。在所提供的示例中，线圈组件32包括线圈32c以及固定地安装至安装板24的线圈壳体32h。该线圈壳体32h可以具有U形腔，线圈32c可被容纳于该U形腔内。线圈壳体32h也可以具有至少一个凸缘32f。

驱动器36可以通过任意适合的方式，例如一个或多个螺纹紧固件40，固定至驱动构件DM。尽管在所提供的特定示例中，驱动器36直接抵接驱动构件DM，可以预期，在某些情况下，例如，当期望通过离合器组件20传递相对高水平的转矩时，驱动器36可以通过花键连接或键槽和键的连接等方式接合该驱动构件，并且本领域的那些技术人员将会理解其他用于连接驱动器36和该驱动构件的适合的方法。

驱动器36包括穿过线圈组件32的开放中心及孔28以连接至驱动构件DM的直径相对较小的筒形轴部42（在图3中最佳示出），以及具有如下所述的转矩传递表面44的直径相对较大的筒形输出部。现将明白，固定至驱动构件DM的驱动器36与驱动构件DM一起旋转并且因此转矩传递表面也与该驱动构件DM一起旋转。

离合器组件20还可以包括离合器弹簧48，该离合器弹簧48可以包围转矩传递表面44。离合器弹簧48可以由具有方形或矩形横截面的线材形成，但是可以预期，在其他情况下，也可以使用具有其他形状的横截面的线材。离合器弹簧48可以沿与预定旋转方向相反的旋转方向缠绕。离合器弹簧48可被缠绕成具有“静止”（即，不对其施加外力）直径，该直径略小于转矩传递表面44的外径。然而，应当理解，离合器弹簧48的“静止”直径可以大于转矩传递表面44的直径，或者，离合器弹簧48可以成形为使得其线圈具有两个或多个不同的直径（例如，呈两个或多个部分的台阶状，或具有一个或多个渐缩的部分）。作为另一替代方案，离合器弹簧48的一个或多个线圈的大小可以被设定为具有“静止”直径，从而摩擦接合到转矩传递表面44，而离合器弹簧48的线圈的其余部分的大小被设定为直径相对大于转矩传递表面44的直径。此外，离合器弹簧48的一端可以具有第一控制柄，例如大体上呈钩形的驱动柄52，并且离合器弹簧48的另一相对端可以具有第二控制柄，例如径向向外延伸的控制柄56。

尽管离合器弹簧48示出为包括四个完整的绕组（线圈），本领域的技术人员将会明白，根据离合器弹簧48以及转矩传递表面44的直径、用于通过离合器组件20传递的期望转矩水平、形成离合器弹簧48的线材的直径及横截面、构成离合器弹簧48和/或转矩传递表面44的材料、离合器弹簧48和/或转矩传递表面44是否涂覆有润滑剂和/或摩擦涂层和/或所述润滑剂和/或摩擦涂层的类型，相关部件和/或表面上是否具有硬化处理，以及本领域技术人员将会明白的任意其他因素，离合器弹簧48可以包括更少或更多数量的绕组。

离合器组件20还可以包括输出构件60。该输出构件60可以包括可构造为用于接合齿形带、链或齿轮的齿形构件。然而，应当理解，该输出构件60并非必须具有齿，并且同样地，可以包括滑轮或滚筒。

输出构件60可以包括驱动部分64，该驱动部分64将具有适合的构型和几何形状以输出旋转动力。在所提供的特定示例中，该驱动部分64具有多个构造为用于驱动地接合齿形带的齿。然而，应当理解，该驱动部分64在某些程度上可以具有不同的构型，并且同样地，可包括，例如，链轮齿、齿轮齿、V形沟槽或多V沟槽或筒形接合表面。

输出构件60可以具有腔C，转矩传递表面44可被容纳于该腔C内。输出构件60中的第一轴承孔68可以容纳能够支承输出构件60相对于形成于驱动器36的输出部分上的毂H旋转的第一轴承72。输出构件60中的第二轴承孔76可以容纳能够支承输出构件的轴部42相对于线圈壳体32h旋转的第二轴承80。因此，应当理解，该输出构件能够相对于驱动器36独立旋转。

驱动柄52可以接合输出构件60上的第一控制构件。在所提供的示例中，该第一控制构件是能够被容纳于由钩形驱动柄52限定的、大体呈U形的槽中的驱动销84（在图2及图3中最佳示出）。应当理解，该由钩形驱动柄52限定的、大体呈U形的槽允许输出构件60相对于离合器弹簧48沿预定旋转方向的受限制地旋转。然而，应当理解，离合器弹簧48相对于输出构件60的沿预定旋转方向的旋转将驱动柄52驱动地联接至驱动销84从而使输出构件60与驱动柄52共同旋转。

控制柄56能够被容纳于第二控制构件中，该第二控制构件能够联接以便与电枢92一起旋转，这在图4中最佳示出。该第二控制构件可以是具有臂部的控制叉形件88，控制柄56可以被容纳于臂部之间。电枢92可以包括电枢板96以及复位弹簧100。电枢板96可以由诸如钢之类的电磁材料构成。

复位弹簧100可以包括径向内部104以及径向外部108，该径向内部104可以通过任意适合的方式，诸如桩接或铆接等，固定至电枢板96，该径向外部108可以包括绕其径向外圆周的诸如PTFE或工程尼龙的减小摩擦的材料112的包覆成型件或涂覆的涂层。该减小摩擦的材料112可以允许电枢92相对于输出构件60旋转地移动至少一个有限的范围，这一点将在下文中更加详细地描述。复位弹簧100可以由弹簧钢或其他适合的材料形成，并且可以使电枢板96沿预定轴向方向，例如远离线圈组件32的方向偏置，这一点将在下文中更加详细地讨论。

密封环116可以包围复位弹簧100并且可被容纳于输出构件60的腔C内。该密封环116可以以压配合的方式接合该输出构件60并且可以有助于将电枢组件92保持在适当的位置处，并且辅助防止离合器弹簧48与转矩传递表面44之间的润滑剂（如果有的话）移动至离合器组件20的其他部件处，诸如，线圈组件32的表面。

在图1至图5的示例中，离合器组件20在接合状态下和分离状态下都是可操作的。该离合器组件20在接合状态下的操作允许在驱动构件DM沿预定旋转方向旋转时，旋转动力能够通过该离合器组件20沿预定旋转方向（例如，图1中的逆时针方向）传递，而该离合器组件20在分离状态下的操作在驱动构件DM沿预定旋转方向旋转时，抑制旋转动力通过该离合器组件20沿预定旋转方向传递。应当理解，当在分离状态下操作离合器组件20时，将会限制在第一控制柄与第一控制构件之间沿预定旋转方向传递的旋转动力的传递。在某些构型中，该离合器组件20可以构造为用于完全地中断旋转动力沿预定旋转方向的传递，而在其他构型中，该离合器组件20可将旋转动力沿预定旋转方向的传递限制为低于预定扭转值的额定值。

参照图5，当在接合状态下操作离合器组件20时，通过离合器组件20的转矩路径由通过离合器组件20的、以粗线绘制的箭头表示。驱动构件DM的旋转将引起驱动器36的相应旋转，并且转矩传递表面44的相应旋转将引起离合器弹簧48趋于与驱动器36一起旋转。致动器（即，所提供示例中的线圈组件32）在接合模式下被操作，在这种模式下，线圈32c不通电并且不产生磁场。因此，复位弹簧100使电枢92远离线圈组件32偏置，从而使电枢板96不接触线圈壳体32h的凸缘32f，由此允许电枢92以实质上不受阻碍的方式与离合器弹簧48一起旋转。第一控制柄（例如，驱动柄52）与第一控制构件（例如，驱动销84）之间的接触将引起输出构件60趋于与离合器弹簧48一起旋转。当输出构件60驱动地联接至其他装置（例如，所提供的示例中的带驱动器）时，输出构件60上的旋转负载将抵抗沿预定旋转方向的旋转，导致离合器弹簧48的线圈更加紧密地缠绕成与转矩传递表面44接合以便将离合器弹簧48的线圈有效地锁定至转矩传递表面44，由此便于旋转动力从转矩传递表面44传递至离合器弹簧48以及之后从驱动柄52传递至驱动销84。因此，转矩或旋转动力被从驱动构件DM通过驱动器36的转矩传递表面44和离合器弹簧48被传递至输出构件60，并且从该输出构件60处，驱动部分64可以操作带、链条、齿轮系或任意其他适合的驱动装置以便给待被驱动的配件装置提供转矩。

离合器组件20在分离状态下的操作导致致动器（例如，所提供示例中的线圈组件32）在分离状态下的操作，同时驱动构件DM使驱动器36旋转。线圈组件32在分离状态下的操作导致将电能提供给线圈32c，以使线圈32c产生使电枢92沿轴向方向平移抵抗复位弹簧100的偏置从而使电枢92与离合器组件20的另一构件（例如线圈壳体32h）摩擦接合的磁场。电枢92与线圈壳体32h之间的摩擦接合减慢了电枢92相对于离合器弹簧48（其趋于与驱动器36的转矩传递表面44一起旋转）的线圈的旋转，从而使电枢92、第二控制构件（例如，控制叉形件88）以及第二控制柄（例如，控制柄56）相对于驱动构件36沿与预定旋转方向相反的方向旋转。这种方式的相对旋转导致离合器弹簧48的线圈趋于从转矩传递表面44处展开以便停止或限制从驱动器36的转矩传递表面44被输入至离合器弹簧48的旋转动力。由于输出构件60上的旋转负载，因此尽管驱动构件DM连续旋转，但是导致在转矩传递表面44与离合器弹簧48的线圈之间传递的旋转动力可能不足以进一步驱动输出构件60。然而，将会理解，根据驱动装置以及与其连接的配件装置的惯性、摩擦力以及负载，输出构件60可能不会马上随离合器弹簧48展开而旋转，而驱动构件能够继续旋转。

本领域的技术人员将会明白，控制叉形件88的旋转以及因此引起的与离合器组件20分离的控制柄56的移动可能会非常小，通常小于十度，这使得离合器组件20能够相对较快的分离。在使用摩擦材料以控制电枢92与另一结构（例如，所提供的示例中的线圈壳体32h的凸缘32f）的接合的情况下，应当理解，该摩擦材料（例如，摩擦材料112）能够有助于限制离合器组件20的磨损。

当期望再次接合离合器组件20时，可在接合状态（即，线圈32c断电）下操作线圈组件32以允许复位弹簧100使电枢板96移动远离线圈壳体32h并且与该线圈壳体32h分离。现在，在摩擦力不再作用于电枢板96上的情况下，电枢板96以及控制柄88相对于输出构件60沿预定旋转方向偏置（由于离合器弹簧48的扭转特征），这允许离合器弹簧48的线圈绕转矩传递表面44接触。当离合器弹簧48的绕组再次锁定至转矩传递表面44时，转矩从驱动器36的转矩传递表面44被再一次传递至输出构件60，如上文所述。

本领域的技术人员将会明白，离合器组件20并不限于与用于沿逆时针方向传递转矩的驱动构件及输出构件一起使用，并且能够容易地对离合器组件20进行改进以便通过倒转离合器弹簧48的缠绕方向、改变驱动柄52中的钩形件的方向等与沿顺时针方向旋转的驱动构件一起使用。

也将明白，在所示的实施方式中，由于供给至线圈组件32的电能的损失导致离合器组件20将具有“故障保护”，从而使离合器组件20将保持处于接合状态或返回至接合状态，从而旋转动力将从驱动构件被传递至输出构件60。

在图6和图7中，总体上由附图标记200表示的根据本发明的教示而构造的另一示例性的离合器组件，其中，使用相似的附图标记表示与上述图1至图5的示例中的部件相似的那些部件。

在离合器组件200中，电枢204代替了前面示例中的电枢组件92（图1）。电枢204可以包括控制叉形件88以及环形制动套圈208。该环形制动套圈208可以从电枢板96处沿轴向方向延伸远离输出构件60。

制动套圈208可被容纳于安装板216上的环形制动室212中。像前面示例的安装板24（图1）的情况那样，安装板216可以固定至发动机，或其他驱动装置，以便将离合器组件200保持在所需位置。

一个或多个制动靴部221可以被容纳于延伸至制动室212内的关联孔224中。该制动靴部221可被构造为接合环形制动套圈208以产生能够被用于减慢电枢204的转动的摩擦力。在所提供的特定示例中，制动靴部221联接至活塞220，并且孔224是适于将流体压力（例如，液压的、气动的）传递至活塞220的流体管路。如果需要，可以使用弹簧沿远离环形制动套圈208的方向（即，沿相对于制动室212径向向外的方向）推动活塞220（以及制动靴部221）。

应当理解，上面的描述本质上仅是说明性的，而不意在限制本发明内容及其应用或者用途。尽管已经在说明书中描述并且在附图中示出了具体示例，但本领域的普通技术人员应当理解，在不背离权利要求中所限定的本发明范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同元件来替代实施方式中的元件。此外，文中明确设想了各种示例之间的特征、元件和/或功能的混合和搭配，使得本领域的普通技术人员将从本发明内容中理解到，除非上面另作描述，否则，一个示例的特征、元件和/或功能可以根据情况结合到另一示例中。此外，可以进行许多改型以使具体的情况或材料适应本发明的教示，而不背离本发明内容的基本范围。因此，本发明不应局限于附图示出并且在说明书中描述的、作为实施本发明教示的目前最佳模式的具体示例，而是本发明的范围将包括落入前述说明和所附权利要求内的任何实施方式。

Claims (15)

1.一种离合器组件，包括：

驱动器，所述驱动器具有柱面形转矩传递表面，所述驱动器适于联接至旋转动力源以引起所述驱动器沿预定旋转方向旋转；

输出构件，所述输出构件能够相对于所述驱动器独立旋转，所述输出构件具有第一控制构件；

离合器弹簧，所述离合器弹簧由线材形成并且具有沿与所述驱动器的所述预定旋转方向相反的方向缠绕的线圈，所述离合器弹簧具有第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部，所述线圈接合至所述柱面形转矩传递表面；

弹簧控制装置，所述弹簧控制装置包括电枢以及联接至所述第二端部的第二控制构件；以及

致动器，所述致动器能够在分离模式及接合模式下操作，其中，当所述致动器在所述分离模式下操作时产生力，所述力被传递至所述电枢，使得所述电枢相对于所述驱动器沿与所述预定旋转方向相反的旋转方向旋转，以将控制信号施加于所述第二端部；

其中，所述驱动器在所述致动器在所述接合模式下操作时沿所述预定旋转方向的旋转引起所述离合器弹簧的所述线圈驱动地接合所述柱面形转矩传递表面，使得沿所述预定旋转方向在所述第一端部与所述第一控制构件之间传递旋转动力；

当所述驱动器沿所述预定旋转方向旋转并且所述致动器在所述分离模式下操作时，所述离合器弹簧的所述线圈至少部分地松开所述柱面形转矩传递表面，以限制旋转动力在所述第一端部与所述第一控制构件之间沿所述预定旋转方向的传递；并且

从所述驱动器传递至所述输出构件的所有旋转动力都通过所述第一端部传递到所述第一控制构件中。

2.如权利要求1所述的离合器组件，其中，所述致动器包括电磁线圈组件以及用于将所述电枢相对于所述电磁线圈组件沿预定轴向方向偏压的复位弹簧。

3.如权利要求2所述的离合器组件，其中，当所述致动器在所述分离模式下操作时，所述电枢与所述电磁线圈组件摩擦接合。

4.如权利要求3所述的离合器组件，其中，所述电磁线圈组件包括线圈以及线圈壳体，并且，所述线圈壳体包括至少一个凸缘，所述至少一个凸缘构造为在所述电枢与所述电磁线圈组件摩擦接合时抵接所述电枢。

5.如权利要求3所述的离合器组件，其中，所述电枢与所述电磁线圈组件中的至少一者包含摩擦材料。

6.如权利要求1所述的离合器组件，其中，所述致动器包括靴部，当所述致动器在所述分离模式下操作时，所述靴部受驱动与所述电枢接触。

7.如权利要求6所述的离合器组件，其中，所述靴部能够响应于施加至活塞的流体压力而移动。

8.如权利要求7所述的离合器组件，还包括安装板，所述安装板容置所述活塞以及所述靴部，其中，所述安装板包括与所述活塞流体连通的管路。

9.如前述权利要求中任一项权利要求所述的离合器组件，其中，所述第一端部包括容纳在所述第一控制构件周围的钩形件。

10.如权利要求9所述的离合器组件，其中，所述钩形件大体呈U形并且定向成允许所述输出构件相对于所述钩形件沿所述预定旋转方向的旋转。

11.如权利要求1-8中任一项权利要求所述的离合器组件，其中，所述第二控制构件是叉形件，所述第二端部容纳在所述叉形件中。

12.如权利要求1-8中任一项权利要求所述的离合器组件，其中，所述第二端部从所述离合器弹簧的所述线圈中的相邻线圈处沿径向向外的方向延伸。

13.如权利要求1-8中任一项权利要求所述的离合器组件，其中，所述线圈具有静止直径，所述静止直径小于所述柱面形转矩传递表面的直径。

14.如权利要求1-8中任一项权利要求所述的离合器组件，其中，所述线圈形成为具有基本上恒定的直径。

15.如权利要求1-8中任一项权利要求所述的离合器组件，其中，所述输出构件是链轮、齿轮或滑轮。