CN103912513B - 用于冷却风扇组件的锁定装置 - Google Patents

Abstract

提供了用于冷却风扇组件的锁定装置。该组件包括中心轮毂。多个叶片操作性地连接到中心轮毂且配置为选择性地围绕该中心轮毂旋转。叶片环固定地连接到多个叶片各自的最外径向部分。叶片环可以是环圈形状，且限定至少一个叶片环槽。锁定装置配置为选择性地阻止多个叶片旋转。锁定装置包括可动构件、和用于令可动构件运动的促动装置。可动构件可相对于叶片环在两个位置之间滑动，即解锁位置和锁定位置，所述解锁位置允许多个叶片旋转，所述锁定位置阻止多个叶片旋转。

Description

用于冷却风扇组件的锁定装置

技术领域

本公开总体涉及冷却风扇组件，更特别地，涉及用于冷却风扇组件的锁定装置。

背景技术

车辆可以采用冷却风扇来冷却车辆的各种部件，例如发动机。冷却风扇组件通常包括多个叶片。电动机可被用来供应或驱动风扇，即令多个叶片旋转。当电动机怠速时，多个叶片可以继续旋转，这有时称为“风车自转”。

发明内容

提供了用于冷却风扇组件的锁定装置。该组件包括中心轮毂。多个叶片操作性地连接到中心轮毂且配置为选择性地围绕中心轮毂旋转。叶片环固定地连接到多个叶片各自的最外径向部分。叶片环限定至少一个叶片环槽。锁定装置配置为选择性地阻止多个叶片旋转。

锁定装置包括可动构件、和用于令可动构件运动的促动装置。可动构件可相对于叶片环在两个位置之间滑动，即解锁位置和锁定位置，所述解锁位置允许多个叶片旋转，所述锁定位置阻止多个叶片旋转。可动构件可沿垂直于叶片环的旋转方向的方向运动，即相对于中心轮毂的径向方向。

电动机可操作性地连接到中心轮毂，用于选择性地为多个叶片供能。锁定装置可配置为阻止多个叶片在叶片不被供能(即电动机怠速时)时的旋转或“风车自转”。对于采用所述组件的车辆，采用所述锁定装置减小了空气动力学阻力。

在一个实施例中，促动装置包括具有铁磁芯的电磁体。电磁体限定供电状态和非供电状态。可动构件配置为当电磁体处于非供电状态时被朝向电磁体的铁磁芯吸引且与之接触。可动构件可由永磁体构成。永磁体配置为在电磁体处于供电状态时被由电磁体产生的感应磁场所排斥。

处于解锁位置中的可动构件可定位在叶片环槽中，使得可动构件随叶片环和多个叶片旋转。处于锁定位置中的可动构件可配置为运动远离叶片环槽。

在另一实施例中，促动装置包括定子组件，其具有定子绕组。转子组件具有定位在定子组件内的永磁体部件。转子组件可在定子组件内旋转，且配置为与定子组件磁性地相互作用。螺母构件刚性地连接到转子组件且随转子组件旋转。螺母构件限定内螺纹部分。螺杆构件定位在螺母构件内，且具有与螺母构件的内螺纹部分相互作用的外螺纹部分。可动构件可以操作性地连接到螺杆构件。替代地，可动构件可以与螺杆构件一体地形成。流动通过定子绕组的电流配置为引发可动构件的运动。

处于锁定位置的可动构件可包括延伸到叶片环槽中的突出部分，由此阻止多个叶片和叶片环旋转。突出部分可配置为当可动构件处于解锁位置时从叶片环槽滑出。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是示意性分解立体视图，其图示了散热器、具有锁定装置的冷却风扇组件以及横向取向的发动机；

图2是根据第一实施例的、图1的冷却风扇组件的示意性局部剖视图，其中锁定装置处于锁定位置；

图3是根据第一实施例的、图1的冷却风扇组件的示意性局部剖视图，其中锁定装置处于解锁位置；

图4是根据第二实施例的、图1的冷却风扇组件的示意性局部剖视图；

图5是用于图4的冷却风扇组件的示例促动装置的示意性局部剖视图；

图6是图2的示意性局部放大图，显示了可动构件和锁定装置中采用的促动装置。

具体实施方式

参考附图，其中相似的附图标记在若干幅视图中代表相同或类似的部件，图1显示了车辆14中的冷却风扇组件10和散热器12的示意性分解透视图。内燃发动机16被图示为处于横向方位，且设置在组件10附近。组件10抽吸冷却空气穿过散热器12，以便冷却内燃发动机16。

组件10包括风扇18，所述风扇具有中心轮毂20。风扇18可安装到风扇护罩22，其定位在散热器12的后部侧上。图2-3是组件10的示意性片段剖视图。参考图1-3，多个叶片24操作性地连接到中心轮毂20且配置为选择性地围绕中心轮毂20旋转。参考图1-3，叶片环26固定地或刚性地连接到多个叶片24各自的最外径向部分28。叶片环26随多个叶片24旋转。叶片环26可以是环圈形状或环形形状，从而其限定内部和外部周界。叶片环26可以具有环圈形状。叶片环26限定至少一个叶片环槽30。在所示的实施例中，叶片环包括多个叶片环槽30。在一个非限制性示例中，在叶片环上每隔30-60mm形成一叶片环槽30。在另一示例中，叶片环26包括至少六-十二个叶片环槽30。在另一示例中，叶片环26包括至少二十个叶片环槽30。

参考图1，电动机32可操作性地连接到中心轮毂，用于选择性地为多个叶片24供能，换句话说，驱动风扇18。当电动机32怠速时，多个叶片24可以继续旋转，这有时称为“风车自转”。

参考图2-3，组件10包括锁定装置34，其配置为选择性地阻止多个叶片24(以及其刚性地连接到的叶片环26)旋转。在所示实施例中，锁定装置34配置为阻止多个叶片24在叶片24不被供能(即电动机32怠速时)时的旋转。换句话说，锁定装置34可配置为阻止“风车自转”。采用锁定装置34通过限制发动机罩下的发动机部件向冲击的高速气流的暴露而减小了车辆14中的空气动力学阻力。

参考图2-3，锁定装置34包括可动构件36和用于令可动构件36运动的促动装置38。可动构件36可相对于叶片环26在两个位置之间滑动，即解锁位置40(图3所示)和锁定位置42(图2所示)，所述解锁位置允许多个叶片24旋转，所述锁定位置阻止或锁定多个叶片24旋转。可动构件36可相对于中心轮毂20沿径向方向可动。换句话说，可动构件36可沿方向44运动，所述方向44垂直于叶片环26的旋转方向(在46处示出)。

参考图1-3，组件10包括外环48，该外环配置为至少部分围绕叶片环26。参考图1，叶片环26可定位在由外环48限定的中心开口50内。参考图1和3，外环48限定外环内直径上的孔52，在这里称为外环孔52。参考图1，外环48可以操作性地连接到风扇护罩22的内周界54。外环48可作为单独的部件制造，并适配或连接到风扇护罩的内周界54。替代地，外环48可以与风扇护罩22一体地形成。外环48可以相对于风扇护罩22保持静止。

参考图1-3，促动装置38可定位在外环孔52内。在图2-3所示的实施例中，促动装置38包括电磁体56。电磁体56由围绕铁磁芯60卷绕的线圈58构成。铁磁芯60可具有高磁导率、典型的饱和点以及磁滞。用于铁磁芯60的示例材料包括但不限于：铁、镍、钴、铁金属合金、稀土金属混合物、以及自然形成的矿物，比如天然磁石。

参考图2-3，电源68可以操作性地连接到电磁体56，用来选择性地为电磁体56供电，即，提供电流到线圈58。当电流在线圈58中流动时，磁场被诱发。当电流断开时，感应磁场消失。所产生的磁场强度与供应的电流的大小成比例。

参考图2，保持装置或保持件64可插入到叶片环槽30，且配置为锚固或保持可动构件36。叶片环26可通过注射模制或其他方法而与保持件64一体形成。参考图2-3，锁定装置34包括偏压构件66，该偏压构件操作性地连接到可动构件36，并配置为将可动构件36朝向锁定位置42偏压。在叶片环26的叶片环槽30中，偏压构件66可定位到或锚固到保持件64。在所示的实施例中，偏压构件66是拉伸弹簧。偏压构件66可以是压缩弹簧、扭力弹簧或任何其他类型的装置。

参考图2-3，在该实施例中，可动构件36至少部分地由永磁体构成。可动构件36可完全由永磁体构成。可采用任何合适类型的永磁体。参考图2，可动构件36配置为，当电磁体56处于非供电状态时，被朝向电磁体56的铁磁芯60吸引且与之接触，由此阻挡多个叶片24旋转。

图6是图2的一部分的放大视图，显示了可动构件36和促动装置38。参考图6，可动构件36和铁磁芯60取向为相反的磁极面对彼此，使得当没有电流流过线圈58时，可动构件36和铁磁芯60的相对的端部74、76相吸并接触。例如，参考图6，可动构件36的北极(N)可以定位在铁磁芯60的南极(S)附近。这种构造可以反过来，使得可动构件36的南极(S)定位在铁磁芯60的北极(N)附近。参考图2，当可动构件36和铁磁芯60的相对的端部74、76接触时，阻止多个叶片24和叶片环26旋转。铁磁芯60和可动构件36(由永磁体构成)被选择为具有足够的强度，以便克服多个叶片24所施加的任何“风车自转”力。换句话说，处于锁定位置42中的可动构件36配置为沿方向44远离叶片环槽30移动。参考图2，处于非供电状态的电磁体56对应于可动构件36的锁定位置42。

图3显示了处于供电状态的电磁体56。当电流在线圈58中流动时，电磁体56诱发出磁场。可动构件36配置为被感应磁场排斥，并朝向叶片环槽30运动。更具体地，足够的电流流过线圈58以诱发磁场，磁场将引起可动构件36和铁磁芯60排斥(如图3所示)，并允许多个叶片24旋转。感应磁场的力必须足够克服偏压构件66的偏压力，以便将可动构件36朝向叶片环槽30推动。

参考图3，用于线圈58的电流的方向被选择为使得，可动构件36被感应磁场排斥。例如，通过采用在78处(在图3中示出)示出的电流方向，诱发的磁场排斥在端部74处具有北极(N)的可动构件36(在图6中示出)。如本领域技术人员已知的，当电流流过线圈58时，被诱发的磁场方向可通过已知的“右手定则”确定。如果右手的手指沿通过线圈的电流流动方向(定义为常规电流或正电荷的流动)围绕线圈58弯曲，则拇指指向线圈58内的磁场的北极(N)的方向。

参考图3，处于供电状态的电磁体56对应于可动构件36的解锁位置40。处于解锁位置40中的可动构件36可随叶片环26和多个叶片24旋转。叶片环26和多个叶片24可针对可动构件和偏压构件66的旋转质量被平衡。当电磁体56断电时，偏压构件66迫使可动构件36回到锁定位置42(见图2)。

参考图2-3，开关70可操作性地连接到电源68和促动装置38。开关70可包括断开和闭合位置。当开关70处于闭合位置时，促动装置38可处于供电状态。当开关70处于断开位置时，促动装置38可处于非供电状态。开关可以是能够实现或断开第二构件和电源直接的相应连接的任何类型的开关或本领域已知的装置。参考图2，开关70可以操作性地连接到车辆控制器72，例如发动机控制单元(ECU)(或链接到ECU的分开的控制器)，以使得操作者能够控制锁定装置34的操作。

总之，参考图2-3，处于供电状态中的电磁体56配置为将可动构件36朝向解锁位置40迫动。处于非供电状态的电磁体56配置为将可动构件36朝向锁定位置42迫动。通过颠倒通过线圈58的电流方向，以上描述的构造可以颠倒，以便令线圈58内的磁场方向颠倒。在所示的实施例中，可动构件36是杆形的。可动构件36可针对特定应用而成形为任何适当的形状。在一个非限制性实施例中，可动构件36直径大约为20mm，厚度约为5mm。

锁定装置的第二实施例(大致在134处示出)在图4-5中显示，用于图1的冷却风扇组件10。除了下文列出的差异之外，该实施例在所有方面类似于第一实施例，且在若干幅视图中类似的附图标记被用来指代相同或类似的部件。图4是锁定装置134的示意性片段剖视图。锁定装置134包括可动构件136和促动装置138。参考图4，促动装置138和可动构件136可定位在外环48的外环孔52内。

参考图4，可动构件136可沿方向44运动，所述方向44垂直于叶片环26的旋转方向(在46处示出)。可动构件136可相对于叶片环26在两个位置之间滑动，即解锁位置140和锁定位置142(以虚线显示)，所述解锁位置允许多个叶片24旋转，所述锁定位置阻止多个叶片24旋转。

参考图4，可动构件136包括突出部分137，其延伸到叶片环槽30中(在锁定位置142中)，由此阻止多个叶片24和叶片环26旋转。参考图4，突出部分137配置为当可动构件136处于解锁位置140时滑出叶片环槽30，由此允许多个叶片24和叶片环26旋转。可动构件136可成形为销的形式。应意识到，可动构件136可针对特定应用而成形为任何适当的形状。在一个非限制性实施例中，可动构件136直径大约为5mm，长约为20mm。

参考图4，促动装置138配置为使可动构件136在锁定位置142和解锁位置140之间沿方向44前后滑动。图5是可用于可动构件136的示例促动装置138的示意性局部剖视图。可以使用任何其他适当类型的促动装置138。

参考图5，促动装置138可包括具有定子绕组的定子组件147(未示出)。转子组件151具有定位在定子组件147内的永磁体部件153。定子绕组可以是线圈(或导条)，其围绕定子组件147内的槽卷绕。定子组件147、转子组件151和永磁体部件153在图5中仅示意性地示出，且可以采用适用于当前特定应用的任何形状或形式。转子组件151可在定子组件147内旋转，且配置为与定子组件147磁性地相互作用。螺母构件155刚性地连接到转子组件151且随转子组件151旋转。螺母构件155限定内螺纹部分157。螺杆构件159定位在螺母构件内，且具有与螺母构件的内螺纹部分157相互作用的外螺纹部分161。

参考图5，可动构件136可操作性地连接到螺杆构件159。替代地，可动构件136可以与螺杆构件159一体地形成。电流可以流过定子组件147以产生感应磁场，该感应磁场与转子组件151的永磁体部件153相互作用，并在转子组件151上施加旋转力或力矩。转子组件151的旋转引起螺母构件155旋转，因为螺母构件155刚性地连接到或嵌入在转子组件151内。螺母构件155的角运动(通过内螺纹部分157与螺杆构件159的外螺纹部分161的相互作用)引起螺杆构件159以及因此可动构件136的线性运动。由此，流动通过定子组件147的电流配置为诱发可动构件136的运动。可动构件136的运动方向(向前和向后)可通过颠倒电流的极性而改变。

总之，参考图4，处于锁定位置142中的可动构件136至少部分地定位在叶片环槽30中，由此阻止叶片环26和多个叶片24旋转。参考图4，处于解锁位置140中的可动构件136配置为滑出或延伸出叶片环槽30，朝向外环孔52。

详细描述和附图或视图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于执行要求保护的发明的最佳模式和其他实施例，存在各种替换设计和实施例，用于实践限定在所附权利要求中的本发明。

Claims (10)

1.一种冷却风扇组件，其包括：

中心轮毂；

多个叶片，操作性地连接到中心轮毂且配置为选择性地围绕中心轮毂旋转；

叶片环，固定地连接到所述多个叶片，该叶片环限定至少一个叶片环槽；

锁定装置，配置为选择性地阻止所述多个叶片旋转，该锁定装置包括可动构件、和用于令所述可动构件运动的促动装置；和

其中所述可动构件相对于叶片环在两个位置之间可滑动，即解锁位置和锁定位置，所述解锁位置允许所述多个叶片旋转，所述锁定位置阻止所述多个叶片旋转。

2.如权利要求1所述的组件，其进一步包括：

电动机，操作性地连接到中心轮毂，用于选择性地为所述多个叶片供能；和

其中锁定装置配置为，当所述多个叶片未被供能时，选择性地阻止叶片旋转。

3.如权利要求1所述的组件，其进一步包括：

外环，配置为至少部分地围绕叶片环，并限定内部开口和外环孔；

其中该叶片环定位在外环的内部开口内；且

其中促动装置定位在外环孔内。

4.如权利要求1所述的组件，其中：

促动装置包括电磁体，该电磁体具有铁磁芯，且该电磁体限定供电状态和非供电状态；

可动构件由永磁体构成，且配置为当所述电磁体处于非供电状态时被朝向所述电磁体的铁磁芯吸引；和

其中可动构件配置为在所述电磁体处于供电状态时被由所述电磁体产生的感应磁场所排斥。

5.如权利要求4所述的组件，其中：

处于解锁位置中的可动构件定位在所述至少一个叶片环槽中，使得该可动构件随叶片环和所述多个叶片旋转；和

处于锁定位置中的可动构件配置为运动远离所述至少一个叶片环槽。

6.如权利要求4所述的组件，其进一步包括：

偏压构件，其可操作性地连接至可动构件，且被配置为朝向锁定位置偏压可动构件；和

其中偏压构件定位在叶片环的所述至少一个叶片环槽内。

7.如权利要求1所述的组件，其中促动装置包括：

定子组件；

转子组件，至少部分地定位在定子组件内且在定子组件内可旋转；该转子组件具有永磁体部件；

螺母构件，刚性地连接到转子组件且可随转子组件旋转，螺母构件限定内螺纹部分；

螺杆构件，定位在螺母构件内，且具有与螺母构件的内螺纹部分相互作用的外螺纹部分；和

其中流动通过定子组件的电流配置为诱发可动构件的运动。

8.如权利要求7所述的组件，其进一步包括：

外环，配置为至少部分地围绕叶片环，并限定内部开口和外环孔；

其中该叶片环定位在外环的内部开口内；且

其中促动装置和可动构件定位在外环孔内。

9.如权利要求7所述的组件，其中：

处于锁定位置的可动构件包括延伸到所述至少一个叶片环槽中的突出部分，由此阻止所述多个叶片和叶片环旋转；且

其中，突出部分配置为当可动构件处于解锁位置时从所述至少一个叶片环槽滑出。

10.一种冷却风扇组件，其包括：

中心轮毂；

多个叶片，操作性地连接到中心轮毂且配置为选择性地围绕中心轮毂旋转，所述多个叶片每一个限定各自的最外径向部分；

叶片环，固定地连接到所述多个叶片各自的最外径向部分，该叶片环限定至少一个叶片环槽；

锁定装置，配置为选择性地阻止所述多个叶片旋转，该锁定装置包括可动构件和用于令可动构件运动的促动装置；

其中可动构件可相对于叶片环在两个位置之间滑动，即解锁位置和锁定位置，所述解锁位置允许所述多个叶片旋转，所述锁定位置阻止所述多个叶片旋转；

其中可动构件可沿垂直于叶片环的旋转方向的方向运动；

其中促动装置包括具有铁磁芯的电磁体；且

其中可动构件由永磁体构成。