CN104728301A - 带有摩擦离合器的附件通-断驱动器 - Google Patents

Abstract

在此提供了一种用于驱动车辆冷却泵或冷却风扇的通-断车辆附件。该附件具有一个摩擦离合器组件，该摩擦离合器组件带有与一个可旋转的中央轴构件相连的一个摩擦片构件。一个受偏压的电枢构件被适配成用于对一个摩擦片构件施力使得其上的摩擦衬片抵靠在正以输入速度旋转的一个壳体或盖上。使用一个螺线管组件来克服弹簧偏压并且拉动该电枢构件和摩擦片构件远离该壳体。

Description

带有摩擦离合器的附件通-断驱动器

本申请是2013年12月19日提交的美国专利申请序号14/135,280(DKT12180A(BWA 0427 PUS))的部分继续申请，该美国专利申请是2012年12月24日提交的美国专利申请号61/745,647的非临时申请。本申请还涉及均于2011年4月13日提交的美国专利申请序号61/474,862和美国专利申请序号61/474,928。

技术领域

在此披露了改进的摩擦离合器组件，具体用于冷却剂泵和类似物的通-断驱动器。

背景技术

车辆发动机附件(例如水泵和冷却风扇)在汽车和其他车辆中是常用的。这些附件典型地是由一个皮带驱动的，该皮带被附接到发动机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例如散热器以冷却该发动机冷却剂。

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只在需要的时候运行，以便减小发动机上的负荷，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通-断驱动器组件，例如冷却泵驱动器或风扇驱动器，该驱动器组件具有一种改进的干式摩擦离合器机构。该附件驱动器是由发动机皮带机械地驱动的。这些部件是作为一种包括皮带轮构件的一个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转动。与一个水泵的叶轮或一个风扇的叶片相连的一个轴被定位在该组件中并且是通过机械操作来控制的。

摩擦离合器组件被定位在一个壳体内并且选择性地允许由该皮带轮构件对该附件进行操作。干式摩擦离合器是通过使一个螺线管接通/断开来被激活的。在一个实施例中，当螺线管出于任何原因被断开时，该离合器将被接合，并且因此该离合器处于失效保护状态。在这种状况下，一个或多个弹簧或者一个或多个偏压构件对一个板加偏压，该板将一个摩擦片夹紧抵靠在该盖上。扭矩是通过该摩擦片传递的。

通过激活该螺线管使该离合器脱离接合。当该螺线管被接通时，螺线管力克服这些偏压构件的力并且致使该板接触皮带轮，并且另一个弹簧或偏压构件将该摩擦片与该盖间隔开并且使其固持抵靠在一个止挡件上，从而在该摩擦片的两侧上产生空气隙。当该离合器脱离接合时，输入端(皮带轮)和输出端(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(以及轴承阻力)。

当结合附图和权利要求来考虑时，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是结合发明的一个实施例的一种车辆附件组件的截面视图。

图2A和图2B是如图1所示的组件的这些部件的分解视图。

图3是图1中示出的组件的放大的截面视图，这些部件被示出处于接合的位置中。

图4是图1中示出的组件的放大的截面视图，这些部件被示出处于脱离接合的位置中。

图5是如图4所示的截面的一个部分的放大视图。

图6描绘了本发明的另一个实施例。

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。

在此披露的本发明涉及具体用于附件(如冷却剂泵和风扇)的双模式摩擦离合器组件，这些冷却剂泵和风扇用于使冷却剂或空气循环进入或通过发动机，如汽车内燃发动机。(术语“水泵”和“冷却剂泵”在此是可交换使用的。)然而，本发明也可以用于其他发动机附件装置。

如在此描述的本发明的优选冷却剂泵实施例尤其被适配用于卡车、乘用车和越野车辆，并且将相对于其在一种冷却剂泵中的用途进行说明。应理解的是，本发明专利并不限制或约束于用作一种冷却剂泵、或者限制于如在此描述的确切结构和运行方式。

根据本发明的带有一个摩擦离合器组件的一个水泵实施例在图1至图5中示出并且总体上是由参考数字20指示。该混合水泵包括一个电动机壳体22、一个螺线管壳体24、一个皮带轮构件26以及一个盖构件28。使水泵叶轮32运行的泵20使一个中央轴构件30旋转。如示出的，该皮带轮构件具有一个光滑的外表面27，一个发动机皮带(未示出)被定位在该外表面上。该皮带轮构件的外表面还可以包括多个圆周槽或用于与带有相对应的槽或匹配结构的一条发动机皮带相匹配的任何其他常规结构。

图2A和图2B示出了水泵组件20的这些部件的分解视图。图3至图5中示出了放大的视图，这些放大视图示出了处于螺线管去激活运行模式和激活运行模式的摩擦离合器机构。

叶轮轴30通过轴承34和36而在该多部件组件中被固持在位。一个冷却剂密封件38用于防止该泵中的冷却剂泄漏到该电动机壳体中。

如在这些附图中示出的，电动机壳体22具有多个安装构件、例如紧固件开口23。还提供其他的开口以用于将水泵组件20附接在一台车辆的发动机舱内。安装构件的尺寸、定位以及数目将取决于该附件的类型以及该附件安装在该车辆中和/或该发动机上的位置。

该摩擦离合器组件总体上由参考数字60指代。该摩擦离合器组件总体上包括一个电枢板62、一个摩擦片64、以及两个摩擦材料环形环圈66和68。电枢板62优选地是由一种磁性金属材料(例如低碳钢)制成的。摩擦片64(还被称作“离合器盘”)优选地是由一种非磁性材料、例如不锈钢制成的。

这些摩擦材料66和68可以是现今摩擦离合器中使用的任何常规摩擦材料，并且可以包括完整的环、多段环、或者总体上在附图中示出环圈66和68的位置上定位的多个简单的摩擦材料件。优选地，这些摩擦材料66、68被永久地附接到摩擦片64上，例如通过一种粘合剂。

优选地是由一种非磁性材料、例如不锈钢制成的盖构件28优选地被直接压力装配到皮带轮构件26上。该盖构件还可以通过其他常规手段而固定地附接到该皮带轮构件上，例如通过焊接或翻转组装。因此，当一条发动机皮带使该皮带轮旋转时，盖构件28与该皮带轮一起以相同的输入速度旋转。

皮带轮构件26优选地是由一种磁性金属材料、例如低碳钢制成的。该皮带轮构件围绕多个轴承80自由旋转。尽管这些轴承可以是具有足够耐久性和性能的任何类型，但如在这些附图中示出的，可以使用一对叠层式轴承。

对该摩擦离合器组件的操作是由一个螺线管组件90来执行的。该螺线管组件包括位于螺线管壳体24中的一个螺线管线圈92。该螺线管线圈构件包括铜导线的一个甜甜圈形状线圈，而该螺线管壳体优选地是由一种磁性材料、例如低碳钢制成的。螺线管线圈构件92可以被盛装在螺线管壳体24中。

轴承34允许轴构件30相对于螺线管壳体24自由旋转。

图2A和图2B中更详细地示出了电枢板构件62。该电枢板构件具有一个环形底座构件63、带有多个径向延伸的凸缘构件65，这些凸缘构件各自具有一个凸片构件67。在该电枢板构件上还包括多个向上翻转的弹簧保持器构件69。

这些凸片构件67被定位成匹配盖构件28中的相对应的凹口29。当附件构件20被组装时，这些凸片构件67被定位在这些凹口29中。这些凹口具有一个尺寸以允许这些凸片构件在这些凹口中轴向地移动(当该电枢板在该附件运行的过程中轴向移动时)。然而，这些凸片构件始终保持在这些凹口中，这样使得可以在该盖构件与该电枢板之间传递扭矩。以此方式，该电枢板和该盖构件与皮带轮构件26一起以输入速度旋转。

尽管在该优选实施例中提供了六个凸片构件67和六个匹配凹口29，但可以提供更多或更少的凸片和凹口，只要性能和运行方式相同或等效。

这些弹簧保持器构件69具有一种总体上“M”形状，具有一个外部U形圈以及在一端未连接的一个中间指构件71。提供了多个螺旋弹簧构件108，这些螺旋弹簧构件各自被定位在各个指构件71上。当附件构件20被组装时，这些螺旋弹簧构件108被定位在电枢板构件62与皮带轮构件26之间并且在一个离开该皮带轮构件的轴向方向上对该电枢板构件加偏压。

尽管在此示出和描述六个螺旋弹簧构件108和六个弹簧保持器构件69，但可以存在更多的或更少的这两种构件，只要该附件构件20的运行是相同的或等效的。同样，本发明中可以使用的弹簧构件的尺寸和种类取决于许多因素，例如需要加偏压的部件的重量、压缩这些弹簧构件所必需的力的量、以及它们所处的位置的物理限制。除此之外，虽然这些偏压构件被示出和描述成螺旋弹簧，但可以使用任何可比的偏压构件，只要该附件的性能和运行保持相同或等效。

摩擦片64具有一种圆形形状，具有一个用于轴构件30的中央开口73以及多个较小的开口75。同样，如以上所指示的，摩擦构件66、68被定位在该摩擦片的两侧上。

该摩擦片中的这些开口75被提供用于匹配止挡构件100上的多个凸耳构件101。止挡构件100被压力装配在轴构件30上。该止挡构件具有一个圆形盘构件103和一个套环构件105，该套环构件装配在轴构件30周围。止挡构件100优选地是由一种非磁性金属材料、例如不锈钢制成的。这些凸耳构件101被定位在盘构件103上处于与该摩擦构件中的这些开口75容易装配的位置。相匹配的凸耳构件101和开口75的准确数目不是关键的。可以提供更多或更少的匹配特征。

这些凸耳101在这些开口75中的松配合允许相对于盘构件103轴向地移动摩擦片构件64。这些凸耳构件还致使摩擦片构件64与轴构件30一起旋转。

一个螺母构件102被螺纹连接、或以其他方式牢固地固定在轴构件30的末端上。在螺母构件102与摩擦片构件64之间，一个弹簧构件110被定位在轴构件30上。弹簧构件110在一个轴向方向上提供抵抗摩擦片构件64的一个偏压力以防止摩擦片构件64上的摩擦构件66接触盖构件28的内表面31。如以下将说明的，弹簧构件110用于当螺线管组件90被激活时使摩擦片构件64返回到其脱离机械接合的位置。

轴承构件34位于螺线管壳体24内的一个轴向位置中、并且确定轴30的轴向位置。提供了圆柱形构件104。圆柱形构件104被定位在止挡构件100与轴承构件34之间。

当该水泵不运行时，摩擦离合器组件60通过螺线管组件90而保持在一个脱离接合的位置中。这在图4和图5中示出。当螺线管线圈构件92被电激活时，产生一个通量回路125，该通量回路用于克服这些螺旋弹簧构件108的力从而将电枢板62拉向该螺线管线圈构件。由于电枢板62被拉向该螺线管，复位弹簧110使摩擦片64保持抵靠在止挡构件100上。在这种状况下，如在图5中以放大的形式更具体示出的，摩擦片64上的这些摩擦材料66、68不与盖构件28或电枢板62相接触。

在这种运行模式下，在该摩擦片上的这些摩擦材料的一侧上存在空气隙120、121。输入端(皮带轮构件)和输出端(轴构件)是完全断开连接的。这样消除了该输入端与输出端之间的任何相互作用、例如轴承阻力。

为了产生一个适当的通量回路125，皮带轮构件26具有产生空气隙的多个开口115。这些开口115实质上形成一个环形的开口圈。通过这些空气隙，出于电磁目的，该皮带轮构件实质上是一个外部环形圈116和一个分开的内部环形圈118。(这在图2A和图4中最清楚示出。)

图4中示出了通量回路125。该通量回路延伸通过螺线管壳体24、皮带轮构件26的皮带接合部分、皮带轮构件26的外部环形圈部分116，然后跃升到电枢板构件62并且然后回到皮带轮构件26的内部环形圈部分118，在此该通量回路返回到螺线管壳体24。当该螺线管组件被激活时这个回路拉动电枢板构件62紧紧地靠近皮带轮构件26。

图3描绘了螺线管组件90未被激活时的情形。在这种情形中，该水泵由一条发动机皮带机械地驱动。这些螺旋弹簧构件108在远离皮带轮构件26并且远离螺线管组件90的一个轴向方向上对电枢构件62施力。这样导致电枢构件62接触摩擦构件68，该摩擦构件进而迫使摩擦构件66接触该盖构件28的内表面31。由于该电枢构件、皮带轮构件以及盖构件都被固定在一起，这导致轴构件30以相同的速度旋转。

图3中以多个箭头130示出了机械地旋转该轴构件的一条扭矩传递路径。在已接合的离合器中，该摩擦片构件被夹紧在该盖构件与电枢构件之间并且扭矩被传递通过该摩擦片的两侧。

在如这些附图中示出的优选实施例中，本发明提供了一种“失效保护”摩擦离合器设计。如果该车辆的电气系统失效的话，螺线管会失电从而允许这些螺旋弹簧迫使将摩擦离合器组件变为接合。因此，该泵运行会伴随该皮带轮构件通过该离合器组件驱动叶轮，由此防止过热。

图6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。该冷却风扇附件机构总体上由参考数字200来表示。

该摩擦离合器机构与以上描述的用于选择性地旋转水泵叶轮的摩擦离合器机构是基本上相同的。在这个实施例中，该摩擦离合器机构用于使一个冷却风扇210旋转。相同的部件是通过与在其他附图中列出的相同参考数字来表示的。主要区别是，当轴构件30’被激活时会使一个冷却风扇组件220旋转。该风扇组件包括一个冷却风扇210和一个中央轮毂构件230，该冷却风扇具有多个叶片构件。该轮毂构件被牢固地附接到轴构件30’上，并且风扇210以一种常规方式牢固地附接到轮毂构件230上，这样使得当该轴构件旋转时该壳体、风扇以及叶片将旋转并且是以相同的速度旋转。可以使用任何常规装置或机构将这些部件附接在一起从而使它们一起旋转。

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)

1.一种通-断附件驱动器组件，该组件具有带一个盖构件和一个螺线管部分的一个壳体构件、被附接到该盖构件上的一个皮带轮构件、可选择性地旋转以用于使该附件运行的一个内部轴构件、以及被定位在该壳体的螺线管部分中的一个螺线管组件，所述摩擦离合器组件包括：

一个电枢构件，所述电枢构件是由一种磁性材料制成的并且当被一个螺线管组件激励时能够相对于该轴构件轴向移动；

所述电枢构件具有多个弹簧保持构件；

一个摩擦片构件，该摩擦片构件被定位成轴向地邻近所述电枢构件；

多个摩擦构件，这些摩擦构件被定位在所述摩擦片构件的相反的两侧上；

多个螺旋弹簧构件，这些螺旋弹簧构件被定位在所述弹簧保持构件上并且在一个远离该皮带轮构件的轴向方向上对所述电枢构件加偏压；

其中当所述螺线管组件被激活时，所述电枢构件被轴向地拉向所述螺线管构件，从而防止所述摩擦构件中的至少一个摩擦构件接触该盖构件；并且

其中当所述螺线管组件未被激活时，所述这些螺旋弹簧构件对所述电枢构件加偏压轴向地抵靠所述摩擦片构件，从而导致所述这些摩擦构件中的一个摩擦构件接触所述盖构件并且由此导致所述内部轴构件旋转并且运行所述附件。

2.如权利要求1所述的摩擦离合器组件，其中所述这些摩擦衬片构件各自包括多个摩擦衬片材料的环形环圈。

3.如权利要求1所述的摩擦离合器组件，其中所述盖构件被附接到所述皮带轮构件上。

4.如权利要求3所述的摩擦离合器组件，其中所述附接是选自下组，该组包括压力装配、翻转、以及焊接。

5.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激活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。

6.如权利要求1所述的摩擦离合器组件，进一步包括用于朝向所述螺线管组件轴向地对所述摩擦片构件加偏压的一个复位弹簧构件。

7.如权利要求1所述的摩擦离合器组件，进一步包括在轴向上邻近所述摩擦片构件的一个止挡构件，其中所述止挡构件在一个方向上约束所述摩擦片构件的轴向移动。

8.如权利要求7所述的摩擦离合器组件，进一步包括在所述摩擦片构件中的多个开口以及在所述止挡构件上的相对应的多个凸耳构件，所述凸耳构件被滑动地定位在所述开口中。

9.如权利要求1所述的摩擦离合器组件，进一步包括在所述电枢构件上的多个凸片构件以及在所述盖构件中的相对应的多个匹配凹口构件，其中扭矩可以从所述盖构件传递至所述电枢构件。

10.一种用于车辆冷却剂泵的摩擦离合器组件，所述冷却剂泵具有用于使一个叶轮旋转的一个中央轴构件，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；

一个可轴向移动的磁性电枢构件；

多个偏压构件，这些偏压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压；

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；

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；以及

一个止挡构件，该止挡构件被定位成邻近所述摩擦片构件；

其中当所述螺线管组件未被电致动时，所述这些偏压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加偏压，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；

其中当所述螺线管组件被激活时所述止挡构件约束所述摩擦片构件的轴向移动。

11.如权利要求10所述的摩擦离合器组件，进一步包括在所述摩擦片构件中的多个开口以及在所述止挡构件上的相对应的多个凸耳构件，所述凸耳构件被滑动地定位在所述开口中。

12.如权利要求10所述的摩擦离合器组件，其中在该螺线管组件被激活时，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。

13.如权利要求10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板构件轴向远离所述壳体盖构件地偏压。

14.如权利要求10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，这些开口在一个内圈环部分与一个外圈环部分之间形成一个绝缘空气隙。

15.如权利要求10所述的摩擦离合器组件，进一步包括在所述电枢构件上的多个凸片构件以及在所述盖构件中的相对应的多个匹配凹口构件，其中扭矩可以从所述盖构件传递至所述电枢构件。