CN103998810A - 具有双摩擦片驱动的切换式水泵 - Google Patents

Abstract

一种电磁离合器，包括：旋转输入件或滑轮；以及旋转输出件或传动轴。毂盖被耦合至所述滑轮，并包括相邻于外摩擦片或离合器片的内接触面，用来与所述输出件旋转。电枢片可相对于所述输入件轴向地移动，并偏向啮合所述离合器片和所述毂盖的位置，用来将力矩从所述滑轮转移至传动轴。自动通电致动器，将所述输入件或滑轮的旋转运动转换成所述电枢片的线性移动，来进一步啮合所述离合器。所述自动通电致动器包括偏压件，促使所述输入件和所述输出件中的一个与所述电枢片之间的相对转动，来啮合所述电枢片和所述离合器片。电磁铁被用来轴向移动所述所述电枢片远离所述摩擦片，来使所述离合器片从所述毂盖中脱离，从而使输入力脱离所述滑轮。所述离合器片通过花键被耦合至所述传动轴，从而不会妨碍所述离合器片在所述传动轴上的轴向移动。

Description

具有双摩擦片驱动的切换式水泵

相关申请的交互参照

本申请要求2011年7月27日提交的发明人为Darrell Greene，题为“具有双摩擦片驱动的切换式水泵”的美国临时专利申请No.61/512,214；题为“具有集成电机的离合器装置”的美国临时专利申请No.61/512,220；和题为“用于离合器的通电元件”的美国临时专利申请No.61/512,160的优先权，并纳入此处作为参照。 

 领域

本发明涉及一种与泵机组一起使用的离合器机构。特别的是，涉及一种可选择性操作、自动致动的离合器机构，可特别适用于车辆的内燃发动机中的润滑系统的水泵。

 背景

一般情况下，提供包含有泵机组的内燃机来泵送流体穿过引擎，例如通过操作水泵来泵送冷却液穿过引擎来使热量从引擎转移，一般用于类似油和水的不可压缩流体的泵，为齿轮泵或叶轮泵。在类似汽车发动机系统的环境中，动力输出（如皮带滑轮)用来操作泵，泵将需要在较大的速度范围内操作，随着引擎运行速度的改变，泵改变速度，从而导致输出量的改变以及流体退出泵的输出压力的改变。

在上述装置中，一般提供电磁离合器来选择性地操作泵。例如，由发明人Darrell F. Greene共同参与的2010年12月29日公开的国际专利WO2010/148507(Al)；2010年6月21日提交的国际申请PCT/CA/2010/000978中说明的装置，在此，其整个内容被纳入此处作为参考。国际申请PCT/CA/2010/000978的离合器具有特殊适用性，但仍需要继续改进该装置。尤其是，该国际申请的离合器装置和水泵机组包括不太理想并受影响的公差叠加。此外，毂（外部或外轴承）和驱动片（内部或轴承）的轴旋转因公差不太理想。由于输入和输出的旋转速度有所不同，其可能导致驱动片绕毂旋转被看作是离合器“滑动”。进一步，在国际申请PCT/CA/2010/000978公开的离合器装置中，相对于毂的传动轴上的离合器片的压合不能保证摩擦面是否完全平行。这可能会导致摩擦片上不均匀的接触压力，可能会导致容量降低或滑落。另外，由于在设定输入件和电磁铁的间隙时，输出离合器片沿传动轴长度的位置很重要，因此，国际申请PCT/CA/2010/000978公开的装置的装配比较困难。如果间隙太大，非啮合时离合器装置可能表现出性能较低。因此，需要在制造时提高离合器装置装配的简易性，同时保持电磁组件和离合器机组的高度准确性和一致的公差间隙。

 发明内容

本节用于说明本发明的内容，但并没有全面公开其所有的范围或其所有的特性。在一个示例性实施例中，提出一种电磁离合器，包括：旋转输入件或驱动件或滑轮；旋转输出件或驱动件或传动轴。在一个示例性实施例中，毂盖可耦合至旋转输入件或滑轮，并包括相邻于外摩擦片或离合器片的内接触面，用来与输出件或传动轴旋转。电枢片可相对于输入件轴向地移动，并偏向啮合所述离合器片和所述毂盖的位置，用来将力矩从所述滑轮转移至传动轴。自动通电致动器，将所述输入件或滑轮的旋转运动转换成所述电枢片的线性移动，来进一步啮合所述离合器。所述自动通电致动器包括偏压件，促使所述输入件和所述输出件中的一个与所述电枢片之间的相对转动，来啮合所述电枢片和所述离合器片。电磁铁被用来轴向移动所述所述电枢片远离所述摩擦片，来使所述离合器片从所述毂盖中脱离，从而使输入力脱离所述滑轮。

在此公开的离合器装置可作为水泵的一部分特别应用于汽车中的引擎。在此公开的离合器装置也可适用于其他装置，特别是车辆所使用来自引擎的动力输出，例如用于驱动油泵或交流发电机等其他配件的输送带。进一步，本发明可适用的领域将通过以下的详细说明变得更清楚。以下，参照附图对具体的实施例进行详细说明，除非明确说明，其并不仅局限于在此公开的范围。

 附图简要说明

图1是示出根据一个实施例的电磁离合器装置的横截面图，其中，该离合器装置可与典型的水泵装置的一部分连接，来与汽车的引擎一起使用。

图2是示出根据图1的实施例的电磁离合器装置的分解图。

 具体说明

参照常规的特征，可以看出图1和图2示出一种新设计的电磁离合器机构或装置，其可与车辆或汽车（未示图）中的引擎（未示图）的水泵（部分示出）一起使用，特别是可用于客运车辆（未示图）中的引擎（未示图）。该电磁离合器装置虽然被特别用于客运车辆（未示图）中的引擎（未示图）的水泵（部分示出），但其也可应用于其他类似的装置，例如泵，其中，输入力矩被控制和转移至旋转装置。

该电磁离合器装置可与水泵（部分示出）的壳8耦合，来旋转水泵的叶轮1，该叶轮1可与传动轴3的输出件的一端耦合，通过下轴承4和上轴承6被支撑在壳8中。 

本发明的离合器装置，不要求传动轴3端部具备螺栓来将离合器装置的驱动盘22耦合至传动轴3，而是允许驱动盘22经由花键10沿传动轴3的长度浮动。电枢或内摩擦片20可通过球体坡道环13偏向啮合位置，并与偏置弹簧17来啮合离合器装置，从而，将应用于滑轮24和毂12的力矩转移至传动轴3穿过离合器装置。当希望或需要将离合器装置脱离时，任何已知 或适当类型的控制器（未示图）向电磁线圈15发信号，通电来移动电枢或内摩擦片20远离啮合位置，从而外摩擦片23将不会与防尘盖26啮合，从而力矩将不会转移至传动轴3并经由叶轮1于泵的负载上。

本发明的改进的离合器机构，具有将控制离合器机构的间隙长度的功能转移至现有部件-防尘盖26（即，消除与其他设计中的很多部件相关的公差叠加）的优点。由于输出件或驱动盘22的表面或摩擦片23压在防尘盖26的内表面上，所以，上述的公差叠加问题可有效地被消除。因此，图1和图2所示出的电磁离合器的设计，由于输出件或驱动盘22和其摩擦片21、23以及毂盖26被耦合至毂12，设定离合器机构的间隙，因此可更好地来正确并一致地控制离合器机构的间隙和相关的公差叠加。由此，输出件或驱动盘22可被挤压在输入件或电枢20和毂盖26之间来啮合离合器机构。

进一步，本发明设计的离合器机构的安装相对来说十分简单。在一个实施例中，如图2所示，输出件或驱动盘22可简单地配置在沿传动轴3放置的花键套管10上，并通过弹簧夹11被耦合（例如通过紧固件或其他合适的简单有效的连接件）至毂12，且滑轮24也被耦合至毂12。由于防尘盖26可被直接安装至毂12，因此，长度和间隙可更容易控制，获得显著提高，且电磁线圈15运作时可保持一致的间隙。

如图1和图2所示出的，在该实施例的离合器机构中，来自滑轮24的输入力矩可被转移至毂12，然后转移至毂盖26至离合器机构。该力矩可从离合器片22的两侧经由传动轴3被转移至负载（即，叶轮1和泵）。在该离合器机构中，可具备与球体坡道环13相联的内侧和与毂盖26相联的外侧。在该实施例中，当离合器机构的两侧（内和外）的摩擦界面相同，力矩将被平衡或均等共享。在该实施例中，与单侧型的离合器机构相比，球体坡道环13的敏感的球体坡道仅受到一半的力。

值得注意的是，仅仅是经位于与电枢或内摩擦片20相联的内侧（即，球体坡道）的离合器机构的摩擦界面被转移的力矩，可转换成离合器机构内部的夹压。当两侧受到相同的夹压，摩擦片或驱动盘22在输入和输出摩擦面之间浮动（其不限制传动轴上的轴向运动）。

在另一个实施例中，内摩擦片21和外摩擦片23可分别具有不同的摩擦系数，用来调优离合器的运作。例如，在另一个示例性的实施例中，外摩擦片23可比内摩擦片21具有更低的摩擦系数，用来产生动力于球体坡道13，虽然与单侧摩擦离合器机构相似，但事实上没有轴向的力负载于支撑传动轴3的轴承4、6之上，可保持该设计的优势。

在该实例中，当力矩增加且球体超越弹簧17的偏压力时，由球体坡道13所提供的离合器机构的夹持力可能比较高，但力矩被不均匀共享（内摩擦片21所持力矩更大）。根据一个优选的方法，在内摩擦片21接收大量力矩之前可允许外摩擦片23“预啮合”离合器机构（即，提供具有软啮合或“二阶段”啮合的离合器机构）。由此，根据实施例的离合器机构可用来限制减少离合器机构啮合期间的有害噪音。其也可理解为该设计可通过使用不同的摩擦系数来实现，即通过使用不同的材料或几何形状尤其是摩擦环的内半径来实现。

该外摩擦片23可制备为具备较高的摩擦系数来减少内摩擦片21所持的力矩，且夹压（由此球体坡道13上的力）也被减少。初始计算示出该离合器机构的整个动力和系统自动调节具有意料之外的潜在好处。当离合器机构的夹持力减少时，如果外摩擦片23性能按比例增加时，离合器机构的最大力矩将不会被减少。

在此所述的任何数值或数字是指以一个单位的增加数来包括从下限值至上限值的所有值，从而使任何下限值与任何上限值之间有分离的至少2个单位。作为一个例子，当组件的数量或流程变量值，例如，温度、压力、时间等，被设定为1-90，优选是20-80，更优选是30-70，其表示类似15-85，22-68，43-51，30-32等的值，在本说明书中被特别列举。对于是小于1的值，一个单位可以是指0.0001、0.001、0.01或0.1。上述具体指明的仅为例子，且列举的下限值至上限值之间所有可能的数值组合，其被考虑以类似方式应用于本申请。在此，被表示为"重量份数"的数量，其也可以是指重量百分比，来表示同一范围。因此，本发明的详细说明中表示的“'x'重量份数产生的聚合物混合组成”的范围，也可以是指'x'的重量百分比产生的聚合物混合组成，表示同一范围。

除非另外说明，所有范围包括两个终结点和终结点之间的所有数字。"约"或"大约"用来表示在一个范围内，适用于该范围的两终结点。因此，"约20-30"是指"约20至约30"，包括至少具体说明的终结点。

上述说明的所有内容和参照，包括专利申请和公开，其被纳入此处作为参考。在此"用于说明组合的基本构成应包括确定的元件、材料、组件或步骤，且其他元件、材料、组件或步骤将不会实质性地影响该组合的基本特征和新颖性。在此使用的“包括”和“包含”，其用来说明元件、材料、组件或步骤的组合，也可以是指实施例由元件、材料、组件或步骤基本构成。在此使用的“可”是表示任何说明的属性可选择性地被包含。

多个元件、材料、组件、或步骤可通过一个集成的元件、材料、组件、或步骤来提供。或者，一个集成的元件、材料、组件或步骤也可被分成为分离的多个元件、材料、组件或步骤。在此用于说明元件、材料、组件或步骤的"a"或"one"，其并不排除附加的元件、材料、组件或步骤。

如上所示，本发明虽然已参照示例性实施例进行了说明，但是本发明并不局限于所述实施例，在本发明所属领域中具备通常知识的人均可在上述说明的范围内进行各种修改和变形。因此，本领域中的技术人员所进行的修改将由后附的权利要求范围定义。上述说明的所有内容和参照，包括专利申请和公开，其被纳入此处作为参考。在此公开的权利要求项中被省略的任何技术内容不应视为该技术内容的放弃权项，也不应理解为发明者没有考虑将该技术内容作为公开的技术内容的一部分。

Claims (19)

1.一种用于选择性地啮合输入件和输出件的离合器机构，所述离合器机构包括：

离合器片，被配置用来与所述输入件和所述输出件中的一个旋转；

电枢片，相对于所述输入件和所述输出件中的另一个轴向地移动；

自动通电致动器，与所述输入件耦合，将所述输入件的旋转运动转换成所述电枢片的线性移动；

驱动件，耦合至所述输出件，所述驱动件包括至少一个摩擦片；和

毂盖，旋转耦合至所述输入件，并定义所述离合器机构的间隙。

2.如权利要求1所述的离合器机构，进一步包括水泵叶轮，耦合至所述驱动件。

3.如权利要求1或2所述的离合器机构，水泵通过引擎中的冷却系统来泵水，所述水泵包括所述离合器。

4.如权利要求1或2所述的离合器机构，进一步包括滑轮，耦合至所述离合器的所述驱动件。

5.如权利要求1或2所述的离合器机构，其中，所述驱动件具常规的圆盘状，且所述输出件为具有轴向花键的传动轴，且所述圆盘状的驱动件包括花键，旋转耦合至所述传动轴。

6. 如权利要求5所述的离合器机构，其中，所述花键耦合于所述传动轴和所述驱动件之间，不限制所述驱动件在所述传动轴上的轴向移动。

7.如权利要求1所述的离合器机构，所述驱动件和所述输出件通过花键套管被耦合，不限制所述输出件相对于所述传动轴的轴向移动。

8.如权利要求1所述的离合器机构，所述驱动件和所述输出件通过花键套管被耦合，不限制所述输出件相对于所述传动轴的轴向移动，且所述花键套管通过弹簧夹被耦合至所述传动轴。

9.如权利要求8所述的离合器机构，进一步包括滑轮，耦合至所述毂盖。

10.如权利要求9所述的离合器机构，其中，所述毂盖包括防尘盖，直接安装在毂上，来减少长度和间隙并提高所述离合器机构的控制力。

11.一种电磁离合器，包括：

旋转输入件；

包含有传动轴的旋转输出件；

离合器片，通过花键套管被耦合至所述传动轴，不限制所述离合器片相对于所述传动轴的轴向移动；

电枢片，相对于所述输入件和所述输出件中的另一个轴向地移动；

自动通电致动器，将所述输入件的旋转运动转换成所述电枢片的线性移动，其中，所述自动通电致动器包括偏压件，促使所述输入件和所述输出件中的另一个与所述电枢片之间的相对转动，来啮合所述电枢片和所述离合器片，当所述输入件被驱动时，所述自动通电致动器提供附加的离合器啮合力，所述自动通电致动器还包括电磁铁，轴向地移动所述电枢片，使所述电枢片与所述离合器片脱离。

12.如权利要求11所述的电磁离合器，其中，所述花键套管通过弹簧夹被耦合至所述传动轴。

13.如权利要求12所述的离合器机构，其中，所述旋转输入件包括滑轮和耦合至所述滑轮的毂盖。

14.如权利要求13所述的离合器机构，其中，所述毂盖包括防尘盖，直接安装在毂上，来减少长度和间隙并提高所述离合器机构的控制力。

15.如权利要求11至14中的任何一项所述的电磁离合器，泵包括所述电磁离合器。

16.如权利要求11至14中的任何一项所述的电磁离合器，水泵通过引擎中的冷却系统来泵水，所述水泵包括所述电磁离合器。

17.如权利要求4所述的水泵，包括滑轮，耦合至所述离合器的所述驱动件。

18.如上述权利要求中的任何一项所述的离合器，进一步包括偏压装置，将所述驱动件偏压来啮合所述输出件。

19.一种离合器，包括：安装在所述离合器中的电磁线圈；和与自动通电致动器耦合的电枢，其中，当所述电磁线圈移动至与偏压装置的偏压力相反的方向时使所述电枢通电，并抑制所述自动通电致动器的力来使所述离合器脱离，从而应用至所述输入件的力矩不会转移到所述输出件。