CN104728300A - 用于附件驱动的摩擦离合器 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆附件、尤其用来驱动车辆冷却泵或冷却风扇的失效保护摩擦离合器组件。该摩擦离合器组件包括一个摩擦片构件，该摩擦片构件与一个用于运行车辆附件的中央可旋转的轴构件相连。一对摩擦衬片构件被定位在该摩擦片构件的相反的两侧上。一个电枢构件受到弹簧偏置而轴向地迫使该摩擦片构件和摩擦衬片构件抵靠在一个正以输入速度旋转的壳体或盖上。一个螺线管组件用来克服弹簧偏置力并且将该电枢构件和摩擦片构件拉动而远离该壳体。

Description

用于附件驱动的摩擦离合器

相关申请的交叉引用

本申请是2013年12月19日提交的美国专利申请序列号14/135,280(DKT 12180 A(BWA 0427 PUS))的一个部分继续申请，该美国专利申请是2012年12月24日提交的美国专利申请号No.61/745,647的一个非临时性申请。本申请还涉及均在2011年4月13日提交的美国专利申请序列号61/474,862和美国专利申请序列号61/474,928。

技术领域

在此披露了摩擦离合器驱动组件，特别是用于车辆附件，如冷却剂泵。

背景

在例如带有内燃发动机的汽车和载重车的车辆中通常使用如水泵和冷却风扇的附件。这些附件典型地是由皮带驱动的，该皮带被直接或间接地附接到发动机的曲轴上并因此以发动机转速的某些比例运转。这些水泵具有一个叶轮，该叶轮用于将发动机冷却剂从发动机循环到散热器并且返回以便使该冷却剂保持在可接受的温度极限之内。冷却风扇具有一个带叶片的风扇，该风扇将大气空气提供到散热器，例如用来对发动机冷却剂进行冷却。

如今正不断努力减少发动机附件(如水泵和风扇驱动器)的功率消耗以便改善燃料经济性并减少排放。因此优选的是如果此类附件能够被制作成以更小的功率运行，或者仅在需要时以更小的功率运行，以便减少发动机上的负荷，并且进而改善燃料经济性并减少来自发动机的不希望有的排放物。

发明概述

在此披露了一种车辆附件驱动组件，例如冷却器泵或风扇驱动器，该驱动组件具有一种改进的干式摩擦离合器机构。该附件可以具有一种对电磁操作摩擦离合器的开关操作，该电磁操作摩擦离合器能够选择性地使轴构件旋转。用于这种操作的这些部件是作为一种包括皮带轮构件的多部件组件的一部分而包括在内的。皮带轮由定位在皮带轮构件上的发动机皮带以输入速度旋转。在用作水泵时，连接到水泵的叶轮上的一个轴被定位在该组件中并且由一个摩擦离合器机构以开关的方式进行控制。类似地，在用作风扇驱动器时，该附件驱动器的操作是由一个摩擦离合器机构以开关的方式来控制的。

摩擦离合器组件被定位在该组件的内部以便选择性地允许皮带轮构件机械地操作。干式摩擦离合器组件是通过接通/断开一个螺线管而被致动的。当螺线管被断开(即，未被通电)时，离合器将被接合，并且因此离合器处于失效保护状态。多个弹簧推动一个电枢板，该电枢板将摩擦片夹在该电枢板与一个盖构件之间。扭矩是通过该摩擦片的两侧而被传递的。通过接通该螺线管使得该离合器脱接合。

当螺线管被接通(即，被通电)时，螺线管的力克服这些弹簧的力并且将电枢板向后拉靠在该皮带轮上。一个回位弹簧推动该摩擦片远离盖件并且将其固持在一个止挡件上，从而在摩擦片的两侧上产生空气隙。在这种操作状态中，输入端(皮带轮)与输出端(轴)被断开连接，从而消除了输入端与输出端之间的相互作用(例如，轴承阻力)。

当结合附图和附加权利要求来考虑时，本发明另外的目的、特征和益处将在本发明的以下说明中阐述。

附图的简要说明

图1是根据本发明的实施例的车辆水泵组件的截面视图。

图2是图1的组件的一个分解视图。

图2A是图1的组件的一部分的分解视图。

图3是图1和图2所示的组件的截面视图，其中这些部件被示出是在螺线管的脱接合位置中。

图4是图1和图2所示的组件的截面视图，其中这些部件被示出是在螺线管的接合位置中。

图5是根据本发明的另一个实施例的车辆冷却风扇组件的截面视图。

优选实施方式的说明

为了促进和理解本发明的原理的目的，现在将参见在图中所展示的这些实施例并且将使用特定的语言对它们进行说明。尽管如此，应理解在此并不旨在限制本发明的范围。本发明包括在所展示的装置和所说明的方法中以及本发明的原理的进一步应用中的任何替代方案以及其他修改，这些将是在本发明所涉及的领域中的人员或普通技术人员通常会想到的。

在此描述的本发明具体涉及尤其用于冷却剂泵和冷却风扇的摩擦离合器组件。冷却剂泵使冷却剂在发动机(例如汽车内燃发动机)中循环。(术语“水泵”和“冷却剂泵”在此是可交换使用的。使用冷却风扇来推动或拖动空气经过散热器，以便帮助降低发动机冷却剂的温度。

在此描述的本发明的优选实施例尤其被适配用于卡车、乘用车和越野车辆。

图1至图4示出了用于运行冷却泵的附件组件的实施例。这个实施例总体上由参考数字200来表示。该组件包括一个壳体202和一个用来使发动机冷却流体在车辆中循环的叶轮204。

壳体202包括一个基底构件206和一个盖构件208，该基底构件和该盖构件可以由多个紧固件(例如多个螺栓210)紧固在一起。一个螺线管致动摩擦离合器机构212被定位在该壳体中。一个中央轴构件214被居中地定位在该壳体中并且用来使叶轮204旋转。叶轮被定位在一个壳体(未示出)中并且由一个装配组件216连接到该轴构件214上。轴的下部末端214L以任何常规方式被紧固到组件216上。

这个组装好的壳体包括一个皮带轮构件220。该皮带轮构件被适配成通过发动机皮带由该发动机曲轴直接地或间接地驱动。尽管该皮带轮构件的外表面223在附图中是光滑的，它还可以具有任何常规形状以便与发动机皮带相啮合或相配合。

该轴构件214通过轴承组构件230来可旋转地支撑在壳体202中。尽管只示出了一个轴承组230，但还可以使用不止一组的轴承或叠层式轴承。

摩擦离合器机构212包括一个电枢板232、一个摩擦片234和两个摩擦材料环形环圈236、238。电枢板232优选地是由一种磁性金属材料(例如低碳钢)制成的。摩擦片234优选地是由一种非磁性材料(例如不锈钢)制成的。

摩擦材料236、238可以是现今用在摩擦离合器中的任何常规摩擦材料，并且可以是完整的环、多段环、或者总体上在附图中示出环圈236、238的位置上定位的多个简单的摩擦材料件。这些摩擦材料是例如通过使用粘合剂进行粘结而固定地附接到摩擦片的两侧上的。

优选由非磁性材料(例如不锈钢)制成的这个盖构件208是通过这些连接销构件(例如多个紧固件或螺栓210)来直接连接到皮带轮构件220上的。这些紧固件的末端可以是有螺纹的以用于与皮带轮构件220中的多个开口221中的相对应的匹配螺纹进行配合。因此，当发动机皮带(未示出)使皮带轮旋转时，盖构件208以相同的输入速度旋转。

皮带轮构件220优选地是由一种磁性材料(例如低碳钢)制成。皮带轮构件围绕这些轴承240自由旋转。尽管这些轴承可以具有任何会具有足够的耐久性和性能的类型，但如附图中所示的还可以使用一对叠层式轴承240。

摩擦离合器组件的操作是由一个螺线管组件250来执行的。螺线管组件包括一个被定位在壳体202的基底构件206中的螺线管线圈252。螺线管线圈构件包括铜导线的一个甜甜图形状线圈，而螺线管壳体优选地是由一种磁性材料(例如低碳钢)制成。螺线管线圈构件252优选地被承装在壳体构件206中。

螺母构件260是有旋拧在，或者是以其他方式牢固地固定在轴构件214的末端上。摩擦片构件234例如是用键固定而连接到螺母构件260上。如图2所示，该螺母构件具有多个花键构件261，这些花键构件装配在摩擦片构件234中心的相对应的槽口235中。以此方式，螺母与摩擦片构件随该轴构件214旋转。螺母构件260以及轴构件214将一个止挡构件270与轴承构件230牢固地夹在一起。轴构件214以及其上固定的所有部件都是通过轴承构件230轴向地定位的。止挡构件270优选地是由一种非磁性材料(例如不锈钢)制成。

为了将轴承构件230在壳体206内部固定在一个轴向位置中，使用了一个波形弹簧构件280和轴承保持器构件282。轴承保持器构件282被螺纹附接到壳体206上，如通过参考号284所示。

使用止挡构件270来止挡该摩擦片构件234在螺线管组件250通电时的轴向运动，如在以下进行说明。一个复位弹簧290被定位在螺母构件260与摩擦片构件234之间并且在螺线管组件250被致动时起作用来使摩擦片构件234返回其机械脱接合位置。

螺线管线圈252是通过一个电路板(未示出)来供电的。电气引线和导线可以是插入模制在壳体206中的，以便将电信号运送给螺线管线圈构件252。该电路板通过如CAN网络的车辆通信网络而进一步与该车辆的电子控制单元(ECU)相联通。水泵组件控制器电路板还可以被定位在壳体206内、可能具有甜甜图形状。

水泵的致动是根据发动机所需要的冷却来选定的。多个传感器将相关数据馈送给ECU，然后ECU对泵控制器发送一个信号请求致动该泵。然后该泵控制器接合该摩擦离合器，这样允许叶轮由皮带轮驱动。

当水泵不需要致动时，螺线管组件250使摩擦离合器组件保持在脱接合位置。这在图4中示出。当螺线管线圈构件252被电致动时产生一个通量回路300，该通量回路起作用来克服这些螺旋弹簧构件302的力从而将该电枢板232拉向螺线管线圈构件。当电枢板232被拉向螺线管时，复位弹簧290使摩擦片234固持抵靠在止挡构件270上。在这种情况下，摩擦片234上的摩擦材料不与盖构件208或电枢板232接触。

螺旋弹簧302的数量以及它们的偏置力是根据组件中所需要的力来确定的。附图中示出了六个螺旋弹簧302，但根据所需要的力而可以存在比这个数量更多或更少的数目。

在这种操作的解除启用模式中，在摩擦片的这些摩擦材料的外侧上存在空气隙，并且输入端(皮带轮构件)与输出端(轴构件)是断开连接的。这样消除了任何相互作用，例如输入端与输出端之间的轴承阻力。

为了产生适当的通量回路300，皮带轮构件220具有产生空气隙的多个开口310。这具体地在图2A中示出，还在图4中示出。这些开口310实质上形成一个环形的开口圈。通过这些空气隙，该皮带轮构件针对电磁目的而言实质上是一个外部环形圈312和一个分开的内部环形圈314。开口或槽缝310的尺寸、形状和数量不是决定性的，只要它们满足在磁通量中产生一个断路的目的即可。

图4中示出了这个通量回路300。这个通量回路延伸经过螺线管壳体206、皮带轮构件220的传动带接合部分223、皮带轮构件的外部环形圈部分312，并且然后跳转到电枢板构件232，并且接下来回到皮带轮构件220的内部环形圈部分314，在此返回到螺线管壳体。这个回路将电枢板紧紧地拉靠在皮带轮构件上，使得该电枢构件随皮带轮构件旋转并且以相同速度旋转。在这种情况下，水泵叶轮204未被致动。

图3描绘了螺线管组件250未被致动的情形。这就是“失效安全”情况。这样使得水泵由发动机皮带驱动并且被致动。在这种情形下，螺旋弹簧302在远离皮带轮构件并且远离螺线管组件的方向上对电枢构件232施力。这使得电枢构件232接触该摩擦构件236，该摩擦构件进而迫使摩擦构件238接触盖构件208的内表面209。由于电枢构件、皮带轮构件和盖构件都被固定在一起，这样使得该轴构件214和叶轮构件204以相同速度旋转。

图3中的箭头320示出了一个使轴构件机械地旋转的扭矩传送路径。在这个接合的离合器中，摩擦片构件234被夹在盖构件208与电枢构件232之间并且扭矩传送过摩擦片的两侧。还存在一个从皮带轮构件220、经过紧固件210、电枢板构件232、摩擦片构件234、螺母构件290并且到达轴214的扭矩传送路径。

图5示意性地描绘了本发明的摩擦离合器针对运行一个冷却风扇的用途。这个冷却风扇附件机构总体上由参考数字400来表示。

摩擦离合器机构410基本上与以上描述的用于使水泵叶轮选择性地旋转的摩擦离合器机构相同。在这个实施例中，摩擦离合器机构用来使冷却风扇旋转。这些相同部件是通过与在其他附图中阐述的相同参考数字来表示的。主要区别是，轴构件214’在被致动时会使一个冷却风扇组件420旋转。风扇组件420包括一个带大量叶片构件440的冷却风扇430、和一个中央轮毂构件450。轮毂构件450被紧固地附接到轴构件214’上，并且风扇430被紧固地附接到轮毂构件450上，从而使得在轴构件旋转时轮毂构件和叶片将旋转并且以相同速度旋转。可以使用任何常规装置或机构来将这些部件附接在一起从而使它们一起旋转。

当前的水泵和冷却风扇装置被设计成是弹簧接合的，因而在控制失效情况(如失去电功率)下该附件装置是有动力的。这样做提供了“失效保护”的功能，这种功能意味着该装置在失电时默认进入其“工作”状态。如果冷却剂泵的电气系统失效的话，螺线管会失电从而使得螺旋弹簧迫使摩擦离合器组件变为接合。因此泵将以机械模式运行而叶轮由皮带轮构件通过离合器组件来驱动，从而防止过热。

尽管本发明已参照多个优选实施例进行了说明，还应当理解的是本发明不是如此受限制的，因为可以在由下述权利要求所描述的本发明的全部范围内进行改变和修改。

Claims (15)

1.一种用于车辆冷却剂泵的摩擦离合器组件，所述冷却剂泵具有一个用于使叶轮旋转的中央轴构件，所述摩擦离合器组件包括：

一个螺线管组件，该螺线管组件包括一个螺线管壳体和一个螺线管线圈构件；

一个以输入速度可旋转的皮带轮构件；

一个壳体构件，该壳体构件被附接到所述皮带轮构件上并且可随其旋转；

一个轴向可移动的磁性电枢构件；

多个偏置构件，这些偏置构件用于使得所述电枢构件轴向远离所述螺线管组件地偏置；

一个摩擦片构件，该摩擦片构件被连接到所述中央轴构件上并且可随其旋转；

一个第一摩擦衬片构件，该第一摩擦衬片构件被定位在所述摩擦片构件的一个第一表面上并且邻近所述电枢构件；以及

一个第二摩擦衬片构件，该第二摩擦衬片构件被定位在所述摩擦片构件的一个第二且相反的表面上并且邻近所述壳体构件；

其中，当所述螺线管组件未被电致动时，所述多个偏置构件在朝向所述壳体构件的方向上对所述电枢构件和所述摩擦片构件轴向地施力，其中所述第二摩擦衬片构件接触所述壳体盖构件从而致使所述摩擦片构件和所述中央轴构件以输入速度旋转。

2.如权利要求1所述的摩擦离合器组件，其中，所述多个偏置构件包括多个螺旋弹簧构件。

3.如权利要求1所述的摩擦离合器组件，其中，所述第一摩擦衬片构件和第二摩擦衬片构件各自包括多个摩擦衬片材料的环形圈环。

4.如权利要求1所述的摩擦离合器组件，其中，在该螺线管组件被致动时，用于轴向地移动所述电枢构件的通量路径包括如下路径，该路径经过所述螺线管组件、所述皮带轮构件、所述电枢构件、回到所述皮带轮构件并且然后回到所述螺线管组件。

5.如权利要求1所述的摩擦离合器组件，进一步包括一个复位弹簧构件以用于使得所述摩擦片构件轴向远离所述壳体盖构件地偏置。

6.如权利要求1所述的摩擦离合器组件，其中，所述皮带轮构件包括多个开口，该多个开口在一个内圈部分与一个外圈部分之间形成一个绝缘空气隙和磁通量断路。

7.如权利要求1所述的摩擦离合器组件，其中，所述螺线管组件未被电致动，所述电枢构件被施力而抵靠在所述第一摩擦衬片构件上，从而使所述电枢构件以输入速度旋转。

8.一种用于车辆发动机冷却风扇的摩擦离合器组件，所述冷却风扇具有一个用于使风扇构件旋转的中央轴构件，所述摩擦离合器组件包括：

一个螺线管组件，该螺线管组件包括一个螺线管壳体和一个螺线管线圈构件；

一个以输入速度可旋转的皮带轮构件；

一个壳体构件，该壳体构件被附接到所述皮带轮构件上并且可随其旋转；

一个轴向可移动的磁性电枢构件；

多个偏置构件，这些偏置构件用于使得所述电枢构件轴向远离所述螺线管组件地偏置；

一个摩擦片构件，该摩擦片构件被连接到所述中央轴构件上并且可随其旋转；

一个第一摩擦衬片构件，该第一摩擦衬片构件被定位在所述摩擦片构件的一个第一表面上并且邻近所述电枢构件；以及

一个第二摩擦衬片构件，该第二摩擦衬片构件被定位在所述摩擦片构件的一个第二且相反的表面上并且邻近所述壳体构件；

其中，当所述螺线管组件未被电致动时，所述多个偏置构件在朝向所述壳体构件的方向上对所述电枢构件和所述摩擦片构件轴向地施力，其中所述第二摩擦衬片构件接触所述壳体盖构件从而致使所述摩擦片构件和所述中央轴构件以输入速度旋转。

9.如权利要求8所述的摩擦离合器组件，其中，所述多个偏置构件包括多个螺旋弹簧构件。

10.如权利要求8所述的摩擦离合器组件，其中，所述第一摩擦衬片构件和第二摩擦衬片构件各自包括多个摩擦衬片材料的环形圈环。

11.如权利要求8所述的摩擦离合器组件，其中，在该螺线管组件被致动时，用于轴向地移动所述电枢构件的通量路径包括如下路径，该路径经过所述螺线管组件、所述皮带轮构件、所述电枢构件、回到所述皮带轮构件并且然后回到所述螺线管组件。

12.如权利要求8所述的摩擦离合器组件，进一步包括一个复位弹簧构件以用于使得所述摩擦片构件轴向远离所述壳体盖构件地偏置。

13.如权利要求8所述的摩擦离合器组件，其中，所述皮带轮构件包括多个开口，该多个开口在一个内圈部分与一个外圈部分之间形成一个绝缘空气隙和磁通量断路。

14.如权利要求8所述的摩擦离合器组件，其中，所述螺线管组件未被电致动，所述电枢构件被施力而抵靠在所述第一摩擦衬片构件上，从而使所述电枢构件以输入速度旋转。

15.如权利要求8所述的摩擦离合器组件，其中，所述风扇构件包括一个中央轮毂构件和多个风扇叶片构件。