CN109415968B - 一种用于驱动和控制风扇的旋转的设备 - Google Patents

Abstract

用于驱动和控制风扇(1)绕它们的轴线旋转的设备，该风扇用于冷却操作机器和/或车辆的内燃机，该设备包括：用于产生旋转运动的装置(100)，它包括：主齿轮(120)，与主皮带轮(110)同轴地旋转连接，并提供有径向齿(121)；辅助齿轮(130)，在与主齿轮(120)的轴线平行的轴线上旋转，并提供有径向齿(121)，该径向齿设计成与主齿轮(120)的径向齿(121)啮合；第一电磁控制摩擦联轴器(200)，布置成与主齿轮(120)同轴；第二电磁控制摩擦联轴器(300)，布置成与第二传动齿轮(130)同轴；所述第一联轴器(200)和第二联轴器(300)各自包括相应的转子(220、320)，提供有皮带轮(221、321)，用于与辅助皮带(50)接合，用于同时旋转驱动两个转子(220、230)；轮毂(1a)，用于支承风扇(1)，该轮毂与两个转子中的任何一个成一体。

Description

一种用于驱动和控制风扇的旋转的设备

技术领域

本发明涉及一种用于驱动和控制风扇绕它们的轴线旋转的设备，该风扇用于冷却容纳在操作机器和/或车辆的散热器中的冷却流体，特别是农用拖拉机和越野车辆。

背景技术

已知操作机器和车辆通过内燃机的操作涉及通过冷却流体来冷却内燃机的需求，该冷却流体存储在蜂窝式散热器内部，并通过发动机来再循环；冷却流体再由环境空气来冷却，该环境空气通过旋转风扇的抽吸作用而被迫通过散热器。

以机器/车辆的正常前部部分作为参考点，三个元件轴向布置成散热器处于前部，发动机在它后面，而风扇布置在两者之间。

还已知通常在有大量松散碎屑的情况下使用的车辆的技术领域中(如农用拖拉机或将用于越野用途的车辆的情况)以及在静止条件下工作的操作机器的技术领域中，这种松散的碎屑趋于沉积在容纳车辆冷却流体的散热器的多孔表面上，从而引起它们堵塞，因此减少和/或没有冷却流体，结果导致发动机过热。

碎屑在散热器上积累的主要原因是风扇的强制空气流动，该风扇沿车辆的行驶方向布置在散热器后面，并与车辆的驱动轴连接，所述风扇在旋转时将吸入空气，并迫使它通过散热器，从而使得热量从容纳在该散热器内的冷却流体(该冷却流体处于较高温度)发散至处于较低温度的外部环境中。

还已知在正常操作条件下，所述风扇必须只有在冷却流体达到确定的预定温度时才旋转，这通过恒温器来检测。

更详细地说，要求机动车风扇应该能够从散热器朝向内燃机吸入空气：

-吸入较少量，用于在低外部温度条件下冷却，

-吸入较大量，当外部温度较高或车辆在导致发动机过热的苛刻条件下使用时，但是还有

-必须迫使空气暂时沿相反方向至散热器上，以便清除它在正常操作过程中积累的杂质。

由US2788775A已知一种由一种设备控制的风扇。

发明内容

因此，提出的技术问题是提供一种用于控制风扇绕它们的轴线旋转的设备，该风扇用于冷却容纳在操作机器和/或车辆的散热器中的冷却流体，特别是农用拖拉机和越野车辆，以便获得适用于冷却容纳在散热器中的冷却流体的旋转，也可选择，获得适用于清洁散热器单元(当由污垢堵塞时)的旋转。

结合该问题，还要求该设备应该具有小尺寸、很容易和便宜地制造和装配，并能够使用正常的标准化连接装置而很容易地安装在任何用户位置。

根据本发明，这些结果通过一种用于控制风扇绕它们的轴线旋转的设备来实现，该风扇用于冷却容纳在操作机器和/或车辆的散热器中的冷却流体，特别是农用拖拉机和越野车辆。该设备包括：-用于产生旋转运动的装置，该产生旋转运动的装置包括：-主运动接收装置，用于从运动源接收旋转运动；-主齿轮，该主齿轮与主运动接收装置同轴和可旋转地连接，并提供有径向齿；-辅助齿轮，该辅助齿轮绕与主齿轮的轴线平行的轴线旋转，并提供有辅助齿轮的径向齿，该辅助齿轮的径向齿设计成与主齿轮的径向齿啮合，以便确定主齿轮和辅助齿轮沿相反方向的旋转；其特征在于，该设备包括：-第一电磁控制摩擦联轴器，该第一电磁控制摩擦联轴器与主齿轮同轴地布置；-第二电磁控制摩擦联轴器，该第二电磁控制摩擦联轴器与辅助齿轮同轴地布置；所述第一电磁控制摩擦联轴器和第二电磁控制摩擦联轴器各自包括相应的转子，这些转子提供有皮带轮，用于与辅助皮带接合，用于在同样的方向上同时旋转驱动两个转子，所述第一电磁控制摩擦联轴器设计成通过相应的电磁控制系统的激励而使得相应的转子与相应的同轴的主齿轮连接，并且第二电磁控制摩擦联轴器设计成通过相应的电磁控制系统的激励而使得相应的转子与相应的同轴的辅助齿轮连接；-轮毂，用于支承与两个转子中的任一个成一体的风扇。

附图说明

通过下面参考附图对本发明主题实施例的非限定实例的说明，可以获得进一步的细节，附图中：

图1表示了安装在固定支承件上的、根据本发明的设备的第一实施例沿竖直平面的剖视图；

图2表示了类似于图1的、安装在内燃机的水泵本体上的设备的第二实施例的剖视图；

图3a、图3b表示了设备在风扇旋转成分别用于冷却和清洁散热器时的情况的剖视图；以及

图4a、图4b分别表示了设备的变化形式的还一实施例的局部剖视图，其中做了相应的放大。

具体实施方式

如图1中所示，只是为了更容易说明的目的，而没有任何限制的意思，假设一对参考轴线，即沿纵向方向X-X(为了方便，与风扇1的旋转轴线重合)以及与前述方向正交的横向/径向Y-Y，还有，参考由箭头“A”表示的车辆的行驶方向，前部部件对应于散热器2的位置，后部部件对应于内燃机1的位置(由它的本体部件12来表示)，风扇1布置在散热器2的后面并在所述发动机的前面。

根据上述布局，根据本发明的设备基本包括：

-用于产生旋转运动的装置100，该装置包括：

-用于从运动源接收旋转运动的装置，在图1的实例中，该装置包括：主皮带轮110，该主皮带轮110安装在固定支承件10上，该固定支承件附接在发动机的固定部件12上；轴承11，该轴承布置在主皮带轮110和支承件10之间；该皮带轮由与内燃机连接的皮带111来旋转驱动；

-固定壳体140，该固定壳体由两半壳体140a和140b形成，且在该固定壳体内部，以下部件布置在油池中：

-主齿轮120，该主齿轮与主皮带轮110同轴，它与主皮带轮旋转连接，并提供有径向齿121；传动齿轮120由轴承120a支承，该轴承与壳体140成一体；根据优选实施例，在传动齿轮和皮带轮之间的连接通过弹性联轴器125来实现，该弹性联轴器能够吸收任何装配公差；

-辅助齿轮130，该辅助齿轮在与主齿轮(第一齿轮)120的轴线平行的轴线上旋转，再由轴承130a支承，该轴承与壳体140成一体，且该辅助齿轮提供有径向齿131，该径向齿设计成与主齿轮120的齿121啮合；

-第一电磁控制摩擦联轴器200，它包括：

-第一电磁体210，该第一电磁体固定在壳体140上，并插入第一转子220的空心座中，该第一转子有形成为皮带轮221的径向表面，并安装在第一轴承230a上，第一轴承通过键连接至主齿轮120的轴向延伸部分122上；根据所示的布局，电枢230面向转子布置在它的外部，再通过弹性膜231而与第一盘232连接，该第一盘安装在主齿轮120的轴向延伸部分122上；膜231设计成允许电枢231沿纵向方向X-X移动，但是防止两个部件相对旋转。优选是，转子220和电枢230的径向截面都有开口，这些开口设计成使得磁通通路合适偏离，以便获得最大的耦合效率。

-第二电磁控制摩擦联轴器300，它包括：

-第二电磁体310，该第二电磁体固定在壳体140上，并插入第二转子320的空心座中，该第二转子有以皮带轮321方式形成的径向表面，并安装在第二轴承330a上，该第二轴承通过键连接至辅助齿轮130的轴向延伸部分132上；根据所示的布局，第二电枢330面向转子330布置在它的外部，再通过弹性膜331而与第二盘332连接，该第二盘安装在辅助齿轮130的轴向延伸部分132上；膜设计成允许电枢沿轴方向向X-X移动，但是防止两个部件相对旋转。

优选是，转子320和电枢330的径向截面都有轴向开口，该轴向开口设计成使得磁通通路合适偏离，以便获得最大的耦合效率。

-辅助皮带50，该辅助皮带分别安装在第一转子220和第二转子320的皮带轮221、231上；

-轮毂1a，该轮毂1a附接在第一联轴器200的第一转子220上，并与风扇1成一体。

由于这种结构：

主齿轮120总是以第一旋转方向(相对于主皮带轮110以相同方向/相反方向)旋转，它通过该主皮带轮110来旋转；

辅助齿轮130总是由主齿轮120通过齿121、131来驱动旋转；在两个传动齿轮之间的啮合导致辅助齿轮130的旋转方向与主齿轮120的旋转方向相反；

-当第一联轴器200和第二联轴器300脱开时，风扇1在怠速状态下处于停止状态，并不与任何旋转元件连接；

-当第一联轴器200通过电磁体210的激励而驱动时(这使得电枢230退回抵靠转子220)，所述转子和第二联轴器300的第二转子320都旋转，不过这对于风扇的旋转没有效果，该风扇因此由主齿轮120驱动沿与该主齿轮120的旋转方向相同的方向旋转，例如(图3a)以便从外部抽吸空气以冷却散热器2；

-当第二联轴器300通过电磁体310的激励而驱动时(这使得电枢330退回抵靠第二转子320)，所述转子和第一联轴器200的第一转子220都通过皮带50而旋转；因此，风扇1沿与辅助齿轮130的旋转方向相同的方向旋转，例如(图3b)以便将空气从内部吹至散热器上，并清洁由灰尘堵塞的单元。

如图2中所示，可以设想，根据本发明的设备可以应用于泵20，该泵用于再循环内燃机的冷却流体；在这种情况下，主皮带轮110通过轴承21而安装在泵的轴22上；在风扇与主齿轮同轴的情况下，操作原理与上面已经介绍并在这里引用的操作原理类似。

还参考图2，可以设想，通过变型，风扇1的毂1a可以与辅助齿轮130同轴地安装；在这种情况下，风扇的旋转通过第二联轴器300的转子320来进行，因此：

-第一联轴器200的驱动使得风扇1沿与主皮带轮110相同的方向旋转；

-第二联轴器300的驱动使得风扇1沿与主皮带轮110相反的方向旋转。

如图4a、图4b中所示，设想了实施例的还一变型，其中，该设备包括第三联轴器400，优选为福柯(Foucault)或涡流类型，布置在第一联轴器200和风扇1的毂1a之间。

该联轴器包括盘410，导电元件411插入该盘410的厚度中；盘410有轴向套筒410a，该轴向套筒通过键连接在主齿轮120上，以便形成联轴器的驱动部件；

支承件413安装在轴承413a的外座圈上，在与盘410相对的轴向位置中且相对于该盘410在内部，该轴承的内座圈通过键连接在盘410的轴向套筒410a上；支承件413承载永磁体414，该永磁体布置成与导电元件411轴向相对。

辅助电枢414通过弹性膜414a而附接在支承件413上，并设计成通过第一联轴器200的电磁体210的激励而退回抵靠主转子220。

因此，在该结构中，设想电磁体由两个分开的绕组形成，这两个绕组设计成分别传送两个不同的激励电流：更大的电流，用于使得第一电枢230退回，这使得皮带111的旋转传递给风扇1；以及更小的电流，用于使得福柯联轴器400的辅助电枢414退回，以便将比所述皮带110的速度更低的速度传递给风扇1；所述更低的速度由福柯联轴器400的尺寸来确定。

不过可以设想，电磁体控制系统可以包括两个分开的电磁体，它们能够由不同的电流来激励。

尽管未示出，但是可以设想，在风扇与辅助齿轮同轴的情况下也可以提供第三涡流联轴器，这里不再详细介绍第三联轴器组件，它与已经对于风扇与主齿轮同轴的情况所介绍的完全类似。

如相同的图4a、图4b中所示，提供了还一辅助装置500，用于形成故障安全元件，即，这些辅助装置设计成在电子控制系统或辅助皮带50的电故障或故障的情况下也保证风扇的最小旋转速度。

所述装置500包括支承件510，该支承件与风扇的轮毂1a成一体，并有固定在其上的永磁体511，该永磁体布置在径向位置，以便在轴向外侧与盘410的导电元件411轴向相对，该盘通过键连接在主齿轮120上。

由于盘410总是旋转，因此产生涡流，且这些涡流引起在盘410和磁体510之间的电磁场，该电磁场引起轮毂1a的旋转驱动，并因此引起风扇1的旋转驱动。

由于旋转速度由轮毂的永磁体的尺寸来确定，因此该尺寸也可以非常小，从而只用于安全目的的所需旋转速度非常低。在风扇通过第三福柯联轴器而与辅助齿轮同轴的情况下，可以类似地提供故障安全装置500。

对于结合该设备的多种结构所述的所有操作模式，叶片的定向将适用于要获得的抽吸/吹动操作的类型。

因此将清楚能够怎样通过根据本发明的设备而保证利用单个风扇来进行用于冷却的风扇旋转以及用于清洁散热器的风扇旋转，而不需要辅助电马达。

除此之外，由于具有平行轴线的联轴器的特殊布置，能够限制设备的轴向尺寸，以使得它可以有利地应用于具有较少空间的车辆发动机舱。

在实施例的变化形式中，可以获得风扇的多个旋转速度，以使得通过散热器的空气量可以适用于不同的使用情况。

尽管结合多个实施例和本发明实施例的多个优选实例来进行了介绍，但是应当理解，本专利的保护范围只由下面的权利要求来确定。

Claims (13)

1.一种用于驱动和控制风扇(1)的旋转的设备，该风扇用于冷却和清洁用于固定的操作机器或车辆的内燃机的散热器，该设备包括：

-用于产生旋转运动的装置(100)，该产生旋转运动的装置包括：

-主运动接收装置(110；111)，用于从运动源接收旋转运动；

-主齿轮(120)，该主齿轮(120)与主运动接收装置(110)同轴和可旋转地连接，并提供有径向齿(121)；

-辅助齿轮(130)，该辅助齿轮(130)绕与主齿轮(120)的轴线平行的轴线旋转，并提供有辅助齿轮(130)的径向齿(131)，该辅助齿轮(130)的径向齿设计成与主齿轮(120)的径向齿(121)啮合，以便确定主齿轮和辅助齿轮沿相反方向的旋转；

其特征在于，该设备包括：

-第一电磁控制摩擦联轴器(200)，该第一电磁控制摩擦联轴器与主齿轮(120)同轴地布置；

-第二电磁控制摩擦联轴器(300)，该第二电磁控制摩擦联轴器与辅助齿轮(130)同轴地布置；

所述第一电磁控制摩擦联轴器(200)和第二电磁控制摩擦联轴器(300)各自包括相应的转子(220、320)，这些转子提供有皮带轮(221、321)，用于与辅助皮带(50)接合，用于在同样的方向上同时旋转驱动两个转子(220、320)，所述第一电磁控制摩擦联轴器(200)设计成通过相应的电磁控制系统的激励而使得相应的转子(220)与相应的同轴的主齿轮(120)连接，并且第二电磁控制摩擦联轴器(300)设计成通过相应的电磁控制系统的激励而使得相应的转子(320)与相应的同轴的辅助齿轮(130)连接；

-轮毂(1a)，用于支承与两个转子中的任一个成一体的风扇(1)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：该设备包括固定壳体(140)，该固定壳体由两半壳体(140a；140b)形成，用于将所述主齿轮和辅助齿轮容纳在油池中。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述主运动接收装置包括皮带轮(111)，该皮带轮设计成通过轴承(11；21)而安装在固定于内燃机的固定部件(12)上的支承件(10)上，或者安装在泵(20)的轴(22)上，该泵用于使冷却液再循环。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述第一电磁控制摩擦联轴器(200)包括第一电磁体(210)，该第一电磁体固定在壳体(140)上，并插入第一电磁控制摩擦联轴器(200)的转子(220)的空心座内部，电枢(230)面向第一电磁控制摩擦联轴器(200)的转子(220)地布置在该转子外侧，再通过弹性膜(231)而与第一盘(232)连接，该第一盘安装在主齿轮(120)的轴向延伸部分(122)上。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述第一电磁控制摩擦联轴器(200)的转子(220)安装在第一轴承(230a)上，该第一轴承通过键连接在主齿轮(120)的轴向延伸部分(122)上。

6.根据权利要求4-5中任意一项所述的设备，其特征在于：所述第二电磁控制摩擦联轴器(300)包括第二电磁体(310)，该第二电磁体固定在壳体(140)上，并插入第二电磁控制摩擦联轴器(300)的转子(320)的空心座内部，第二电磁控制摩擦联轴器(300)的转子安装在第二轴承(330a)上，该第二轴承通过键连接在辅助齿轮(130)的轴向延伸部分(132)上；第二电枢(330)布置成面向第二电磁控制摩擦联轴器(300)的转子(320)并在该第二电磁控制摩擦联轴器(300)的转子的外侧，再通过弹性膜(331)而与第二盘(332)连接，该第二盘安装在辅助齿轮(130)的轴向延伸部分(132)上。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：用于承载风扇(1)的轮毂(1a)与主齿轮(120)或辅助齿轮(130)同轴地安装。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：该设备包括第三涡流联轴器(400)，该第三涡流联轴器布置在用于支撑风扇(1)的轮毂(1a)和主齿轮(120)或辅助齿轮(130)之间，其中与用于支撑风扇(1)的轮毂(1a)成一体的相应转子(220、320)与该主齿轮(120)或辅助齿轮(130)相连。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述第三涡流联轴器(400)包括盘(410)，该盘包含插入该盘厚度中的导电元件(411)，并有通过键连接在主齿轮(120)或辅助齿轮(130)上的轴向套筒(410a)，轮毂(1a)与该主齿轮(120)或辅助齿轮(130)相连，以便形成联轴器的驱动部件，且支承件(413)安装在轴承(413a)的外座圈上，并在与盘(410)相对的轴向位置和相对于该盘(410)在内侧，该轴承(413a)的内座圈通过键连接在盘(410)的轴向套筒(410a)上，所述支承件承载永磁体(414)，该永磁体布置成与导电元件(411)轴向相对，以便形成所述第三涡流联轴器的从动元件。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于：第一电磁控制摩擦联轴器(200)或第二电磁控制摩擦联轴器(300)的电磁控制系统包括两个电磁体或单个电磁体，其中，两个绕组设计成通过不同电流来激励，用于使得第一电磁控制摩擦联轴器或第二电磁控制摩擦联轴器的电枢(230、330)或者第三涡流联轴器(400)的辅助电枢(430)退回。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于：所述辅助电枢(430)通过弹性膜(414a)而附接在支承件(413)上，并设计成通过相关电磁体(210；310)的激励而退回抵靠联轴器的转子(220；320)，轮毂(1a)与该联轴器相连。

12.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：该设备包括辅助装置(500)，该辅助装置设计为形成故障安全元件，该故障安全元件包括支承件(510)，该支承件与风扇的轮毂(1a)成一体，并有固定于其上的永磁体(511)，该永磁体布置在径向位置，以便在轴向外侧与盘(410)的导电元件(411)轴向相对，该盘(410)通过键连接在主齿轮(120)上，轮毂(1a)与该主齿轮相连。

13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：该风扇用于冷却和清洁用于农用拖拉机和越野车辆的内燃机的散热器。

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