ES2232999T3 - Unidad magnetica de embrague/freno. - Google Patents

Abstract

UNIDAD DE FRENO/EMBRAGUE PARA SU USO EN UN VEHICULO SEGADOR O DE OTRO TIPO. INCLUYE UN ROTOR (12) DISPUESTO RADIALMENTE HACIA FUERA DE UN EJE DE ENTRADA (14) QUE SE PROLONGA LONGITUDINALMENTE, UN CONJUNTO DE ARMAZON (16) Y UN CONJUNTO DE CUBIERTA DE CAMPO (18). EL ROTOR (12) INCLUYE UN DISCO DEL ROTOR (22) DISPUESTO RADIALMENTE HACIA FUERA EN EL EJE DE ENTRADA (14). EL CONJUNTO DE ARMAZON (16) INCLUYE UN ARMAZON (24) AXIALMENTE SEPARADO DEL DISCO DEL ROTOR (22) Y UN ELEMENTO DE SALIDA (26) CONECTADO AL ARMAZON (24). LA CUBIERTA DE CAMPO (30), LOS IMANES (32,34), EL PRIMER Y EL SEGUNDO POLO (36,38) Y EL ARMAZON (24) FORMAN UN CIRCUITO MAGNETICO QUE ARRASTRA EL ARMAZON (24) EN UNA PRIMERA DIRECCION AXIAL HACIA UNA POSICION DE FRENADO ENCAJANDO EN EL PRIMER Y EL SEGUNDO POLO (36,38). TRAS EXCITAR LA BOBINA DE CAMPO (42), SE FORMA UN SEGUNDO CIRCUITO MAGNETICO ENTRE LA CUBIERTA DE CAMPO (30), EL DISCO DEL ROTOR (22) Y EL ARMAZON (24). EL SEGUNDO CIRCUITO MAGNETICO ARRASTRA EL ARMAZON (24) EN UNA SEGUNDA DIRECCION AXIAL HACIA EL DISCO DEL ROTOR (22) Y HACIA UNA POSICION DE EMBRAGUE.

Description

Unidad magnética de embrague/freno.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

Esta invención está relacionada con una unidad de embrague/freno para utilizar en un cortacésped o vehículo similar, y más particularmente con una unidad que tiene una pieza polar que tiene una reluctancia magnética relativamente alta que separa un par de piezas polares con una reluctancia magnética relativamente baja, para permitir una liberación más eficiente del freno y del acoplamiento del embrague.

2. Exposición del arte relacionado

Las unidades de embrague/freno están adaptadas comúnmente para su utilización en máquinas cortacésped, tractores de jardín o vehículos similares para transmitir selectivamente un par motor desde un motor a una transmisión de un implemento (por ejemplo, una unidad de cuchilla del cortacésped) y para aplicar un par motor de frenado positivo a la transmisión cuando no se está transmitiendo el par motor.

Una unidad convencional de embrague/freno puede incluir un miembro de entrada, o cubo, conectado a un eje de entrada que se extiende longitudinalmente para la rotación con el mismo, un disco rotor montado sobre el miembro de entrada, una armadura separada axialmente del disco rotor, y un miembro de salida tal como una polea conectada a la armadura. La armadura y el miembro de salida pueden estar conectados mediante una pluralidad de resortes que presionen la armadura en una primera dirección axial alejándose del disco rotor y dentro de una posición de embragado contra un miembro de frenada. La unidad puede incluir además un embrague electromagnético dispuesto en un lado del disco rotor frente a la armadura. El embrague puede incluir una bobina eléctrica dispuesta dentro de un armazón de campo estacionario. La energetización de la bobina establece un circuito magnético entre el armazón de campo, disco rotor, y armadura y tracciona la armadura en una segunda dirección axial hacia el disco rotor y a una posición en acoplamiento de embrague, liberando al mismo tiempo la armadura del acoplamiento con el miembro(s) de frenado. La des-energetización de la bobina corta el circuito magnético y los resortes tracciona una vez más de nuevo la armadura en la primera dirección axial a una posición de frenado contra el miembro de frenado.

Tal como se observa por el solicitante en la patente de los EE.UU. del solicitante número 5119918 (de ahora en adelante denominada como "patente '918"), cuya exposición completa se incorpora aquí como referencia, las unidades de embrague/freno anteriormente descritas tienen inconvenientes significativos. En estas unidades convencionales, la fuerza de frenado completa se suministra por los resortes que conectan la armadura y el miembro de salida. Como resultado de ello, estos resortes tienen que ser relativamente fuertes. Tiene que generarse una fuerza electromagnética relativamente alta por el embrague electromagnético, con el fin de liberar el freno y provocar el acoplamiento del embrague. Adicionalmente, la fuerza provista por los resortes se incrementa conforme la armadura es traccionada alejándola de la posición de frenada y hacia la posición del embrague acoplado contra el disco rotor. Debido a que se requiere una alta fuerza electromagnética, tienen que utilizarse componentes eléctricos grandes y/o más costosos tanto dentro de la unidad de embrague/freno en sí misma como dentro de cualquier vehículo o máquina que incorporen la unidad.

En la patente '918, el solicitante expone una unidad de embrague/freno que es capaz de solucionar las deficiencias antes mencionadas. En particular, el solicitante expone una unidad de embrague/freno que incorpora una pluralidad de imanes permanentes para realizar el frenado. La pluralidad de imanes están dispuestos entre una brida que se extiende radialmente del armazón de campo y una pluralidad correspondiente de piezas polares que tienen una reluctancia magnética relativamente baja. Los imanes crean un circuito magnético entre los imanes, las piezas polares, el armazón de campo, y la armadura que atraen a la armadura en una primera dirección axial dentro a una posición de frenada contra las piezas polares. Debido a que la armadura es arrastrada a una posición de frenado por la atracción magnética, los resortes que conectan la armadura y el miembro de salida necesitan ser lo suficientemente sólidos para transmitir el par motor de la armadura hacia el miembro de salida. Adicionalmente, la fuerza de frenado provista por el circuito magnético disminuye conforme la armadura es arrastrada en una segunda dirección axial hacia el disco rotor y a la posición de embrague acoplado (al contrario a la fuerza en incremento en el freno convencional de resortes). Debido a que se precisa una fuerza menor para liberar el freno y para llevar la armadura al acoplamiento con el disco rotor, puede utilizarse componentes eléctricos más pequeños y/o menos costosos en la unidad de embrague/freno y en vehículo o máquina que incorpore la unidad.

Aunque la unidad de embrague/freno descrita en la patente '918 representa una mejora significativa con respecto al arte previo, son deseables mejoras adicionales. Una mejora deseada sería además reducir la fuerza electromagnética necesaria para liberar el freno y acoplar el embrague. En la unidad de embrague/freno expuesta en la patente '918, los imanes y las piezas polares abarcan una distancia angular inferior a la mitad de la circunferencia del armazón de campo. En consecuencia, cuando se energetiza la bobina, una parte de la armadura más alejada de los imanes entra rápidamente en acoplamiento con el disco rotor. Conforme se incrementa la atracción magnética entre la armadura y el disco rotor, la parte de la armadura adyacente a los imanes se acopla también en el acoplamiento con el disco rotor. La fuerza requerida para llevar esta última parte de la armadura al acoplamiento con el disco rotor, no obstante, es todavía mayor de lo deseado.

Otra mejora deseable sería posibilitar la aplicación de un revestimiento protector, tal como el carburo de cromo, a una o más de las piezas polares, con el fin de incrementar la durabilidad y la vida útil de las piezas polares. El carburo de cromo tiene una alta reluctancia magnética. En las unidades convencionales de embrague/freno, solo puede ser aplicada una magnitud relativamente pequeña a las piezas polares sin una reducción significativa en la atracción magnética entre la armadura y las piezas polares, y consecuentemente, en el par motor de frenado.

Existe por tanto una necesidad de un freno que minimice o elimine una o más de las deficiencias anteriormente expuestas.

Sumario de la invención

La presente invención busca el poder proporcionar una unidad de embrague/freno que precise de una fuerza electromagnética menor en comparación con las unidades convencionales para liberar el freno y acoplar el embrague.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona una unidad de embrague/freno, que comprende:

un disco rotor conectado a un eje para la rotación con el mismo, en el que el mencionado eje se extiende a lo largo de un primer eje y en el que el mencionado disco rotor se extiende radialmente hacia fuera desde el mencionado eje;

una armadura separada axialmente con respecto al mencionado disco rotor;

un miembro de salida conectado a la mencionada armadura;

un primer armazón de campo separado axialmente de la mencionada armadura mediante el mencionado disco rotor, en el que el mencionado armazón de campo incluye una brida que se extiende radialmente hacia fuera;

una primera y segunda piezas polares separadas angularmente entre sí y conectadas a la mencionada brida, teniendo la primera y segunda piezas polares una reluctancia magnética relativamente baja;

un primer y segundo imanes permanentes dispuestos entre la mencionada brida y las mencionadas primera y segunda piezas polares, respectivamente, el mencionado armazón de campo, los mencionados primero y segundo imanes permanentes, las mencionadas primera y segunda piezas polares, y la mencionada armadura que forman un primer circuito magnético que atraen a la mencionada armadura en una primera dirección axial alejándola del mencionado disco rotor, y una en primera posición de la mencionada armadura en acoplamiento con las mencionadas primera y segunda piezas polares;

una tercera pieza polar conectada a la mencionada brida y dispuesta entre las mencionadas primera y segunda piezas polares, teniendo la mencionada tercera pieza polar una reluctancia magnética relativamente alta; y

medios para generar selectivamente un segundo circuito magnético entre el mencionado armazón de campo, el mencionado disco rotor, y la mencionada armadura, en los que el mencionado segundo circuito magnético atrae a la mencionada armadura en una segunda dirección axial hacia el mencionado disco rotor, en el que una segunda parte de la mencionada armadura opuesta angularmente a la mencionada primera parte se acopla al mencionado disco rotor primeramente forzando por tanto la mencionada primera parte para desacoplarla de una pieza de las mencionadas primera y segunda piezas polares.

En la unidad de embrague/freno expuesta en la patente '918, la armadura permanecía en acoplamiento con la primera y segunda piezas polares incluso después de que fuera atraída la parte de la armadura angularmente opuesta a las piezas polares en acoplamiento con el disco rotor. La adición de una tercera pieza polar entre la primera y segunda piezas polares, no obstante, asegura que la armadura permanezca en acoplamiento con solo una pieza de la primera y segunda piezas polares, una vez que la parte de la armadura angularmente opuesta a las piezas polares se acople al disco rotor. El entrehierro de aire resultante entre la armadura y la pieza polar desacoplada debilita o abre el circuito magnético que genera el par motor de frenado. Como resultado de ello, se precisa menos fuerza electromagnética para traer la armadura en acoplamiento completo con el disco rotor, y por tanto la liberación del freno y el acoplamiento del embrague se lleva a cabo de forma más eficiente que en las unidades convencionales.

La unidad de embrague/freno de acuerdo con la presente invención tiene una durabilidad incrementada y una mayor vida útil, porque se precisa de una fuerza electromagnética menor para sobrevencer el par motor de frenado dentro de la unidad. Puede aplicarse un revestimiento protector a los componentes de la unidad, para incrementar la durabilidad y la vida útil de la unidad. Por ejemplo, puede aplicarse un revestimiento de cromo protector a la tercera pieza polar. La unidad de embrague/freno expuesta en la patente '918 utiliza solo dos piezas polares, estando formadas ambas como parte del circuito de frenado magnético. Debido a que el carburo de cromo tiene una reluctancia magnética alta, la aplicación del mismo a dichas piezas polares afectaría significativamente al par motor de frenado de la unidad. En una unidad de embrague/freno de acuerdo con la presente invención, no obstante, el revestimiento puede aplicarse a la tercera pieza polar, la cual no forma parte del circuito de frenado magnético. La aplicación del revestimiento de carburo de cromo a la tercera pieza polar reducirá el desgaste en todas las piezas polares, y en consecuencia ampliará la vida útil de la unidad.

Estas y otras características y objetos de esta invención llegarán a ser evidentes para los técnicos especializados en el arte, a partir de la siguiente descripción detallada y de los dibujos adjuntos que muestran las características de esta invención a modo de ejemplo.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en sección transversal de una unidad de embrague/freno de acuerdo con la presente invención que muestra la unidad en una posición de frenado.

La figura 2 es una vista en sección transversal de la unidad de embrague/freno de la figura 1 tomada substancialmente a lo largo de las líneas 2-2 de la figura 1.

La figura 3 es una vista en planta de la unidad de embrague/freno de las figuras 1 y 2 tomadas substancialmente a lo largo de las líneas 3-3 de la figura 2.

La figura 4 es una vista en sección transversal parcial de una unidad de embrague/freno de acuerdo con la presente invención que muestra la unidad en una posición de embrague acoplado parcialmente.

La figura 5 es una vista en planta lateral ampliada de una parte de la unidad de embrague/freno de la figura 4 tomada substancialmente a lo largo de las líneas 5-5 de la figura 4.

Descripción detallada de la realización preferida

Con referencia ahora a los dibujos en los que se utilizan numerales de referencia iguales para identificar componentes idénticos en las distintas vistas, las figuras 1 y 2 muestran una unidad de embrague/freno 10 de acuerdo con la presente invención. La unidad 10 se proporciona para su utilización en un cortacésped, tractor de jardín, o en una vehículo similar, para transmitir selectivamente un par motor desde un eje de entrada a una unidad de un implemento (por ejemplo, una unidad de accionamiento de cuchillas del cortacésped). La unidad 10 está provista también para aplicar un par motor de frenado positivo a la unidad del implemento cuando el par motor no está siendo transmitido a la unidad. Se comprenderá que la unidad 10 puede ser utilizada en una amplia variedad de vehículos y aplicaciones que no se encuentren expuestas específicamente aquí.

La unidad 10 es un conjunto de rotor 12 dispuesto alrededor de un eje 14 que se extiende longitudinalmente, un conjunto de armadura 16, y un conjunto de armazón de campo 18. El conjunto del rotor 12 puede incluir un cubo de entrada 20 y un disco rotor 22. El conjunto de armadura 16 puede incluir una armadura 24, un miembro de salida 26 tal como una polea, y medios tales como los resortes de ballesta 28, para conectar el miembro 26 a la armadura 24. El conjunto del armazón de campo 18 puede incluir un armazón de campo 30, un par de imanes permanentes 32, 34, un par correspondiente de piezas polares 36, 38 que tengan una reluctancia magnética relativamente baja, una pieza polar 40 que tenga una reluctancia magnética relativamente alta, y medios tales como una bobina de campo 42, para generar un circuito magnético entre el armazón de campo 30, disco rotor 22, y la armadura 24 con el fin de provocar el acoplamiento selectivo de la armadura 24 con el disco rotor 22.

El cubo de entrada 20 se utiliza de una forma convencional para proporcionar un bastidor estructural y un soporte estructural para los demás componentes de la unidad 10. El cubo 20 puede estar hecho de metal en polvo. El cubo 20 está dispuesto radialmente hacia fuera del eje 14, el cual se extiende longitudinalmente a lo largo de un eje 44, e incluye una parte 46 de diámetro reducido. El cubo 20 incluye una chaveta 48 que se extiende axialmente y que puede ser acoplada al eje 14 mediante la inserción de la chaveta 48 en un chavetero que se extiende axialmente (no mostrado) formada a lo largo de la periferia de la parte 46 del eje 14. La unidad 10 puede incluir también un separador 50 separado axialmente de la parte 46 del eje 14 y en forma telescópica dentro del cubo 20. El separador 50 puede ser utilizado para soportar el conjunto de la armadura 16 en una relación ensamblada con los demás componentes de la unidad 10 y puede fabricarse a partir de materiales convencionales incluyendo los metales en polvo. El separador 50 tiene una superficie 52 exterior generalmente cilíndrica, un conducto pasante cilíndrico 54 y una brida 56 en un extremo longitudinal. La superficie 52 puede incluir uno o más chaveteros 58 que se extienden axialmente para recibir las chavetas 48 del cubo 20. El conducto hueco 54 está configurado para recibir un tornillo 60 o bien otros medios de fijación que pueden estar roscados a través del conducto 54 y dentro de la abertura 62 en la parte 46 del eje 14, con el fin de fijar el separador 50, cubo 20, y un rodamiento 64, en una relación de montaje con el eje 14. La pista de rodamiento interna 66 del rodamiento 64 está fijada entre un resalte 68 del cubo 20 y la brida 56 del separador 50.

El disco rotor está provisto para el acoplamiento selectivo con la armadura 24 para transmitir el par motor desde el eje 14 al miembro de salida 26. El disco rotor 22 puede estar hecho de metales convencionales o aleaciones de metales, incluyendo el acero. El disco rotor 22 está conectado al eje 14 mediante el cubo de entrada 20 y se extiende radialmente hacia fuera del eje 14. Tal como se expone en la patente de los EE.UU. anterior del solicitante número 5285882 (de ahora en adelante denominada como "patente '882"), cuya exposición completa se incorpora aquí como referencia, el disco 22 puede incluir una pluralidad de ranuras (no mostradas).

Pueden insertarse una pluralidad correspondiente de orejetas que se extienden radialmente hacia fuera y separadas angularmente (no mostradas) sobre el cubo 20 en las ranuras, y expandidas de forma que se pueda crear un acoplamiento ajustado del disco 22 y del cubo 20. El disco 22 incluye un miembro anular 74 que se extiende axialmente, dispuesto alrededor de la periferia radial del disco 22. El disco 22 incluye también una pluralidad de filas separadas radialmente de las ranuras 76 separadas angularmente, cuyo fin se expondrá con más detalle más adelante. En la realización mostrada, el disco 22 incluye tres filas de ranuras 76. Se comprenderá, no obstante, que el número de filas, el numero de ranuras 76 en cualquier fina, y el tamaño y forma de las ranuras 76 pueden variar.

La armadura 24 está provista para transmitir un par motor de frenado al miembro exterior 26 y para transmitir selectivamente un par motor de accionamiento desde el eje 14 al miembro 26. La armadura 24 puede estar hecha de distintos metales convencionales y de aleaciones de metales incluyendo el acero. La armadura 24 está dispuesta radialmente hacia fuera del eje 14 y está separada axialmente del disco rotor 22 mediante un entrehierro de aire 78. Al igual que el disco 22, la armadura 24 incluye una pluralidad de filas separadas radialmente de ranuras 80 separadas angularmente, cuyo fin se describe con más detalle más adelante. En la realización descrita, la armadura 24 incluye dos filas de ranuras 80. La fila radialmente interna 80 en la armadura 24 se encuentra dispuesta radialmente entre las filas interna y central de las ranuras 76 sobre el disco rotor 22. La fila radialmente exterior de ranuras 80 en la armadura 24 se encuentra dispuesta radialmente entre las filas central y exterior de las ranuras 76 sobre el disco 22. De nuevo otra vez, se comprenderá que el numero de filas de ranuras 80 en la armadura 24, el numero de ranuras 80 en cualquier fila, y el tamaño y forma de las ranuras 80 puede variar.

El miembro de salida 26 está provisto para transmitir el par motor a un implemento tal como una cuchilla de un cortacésped (no mostrado). El miembro de salida 26 puede comprender una polea y puede incluir una correa (no mostrada) que esté conectada a la cuchilla del cortacésped o a otro dispositivo de accionamiento de una forma convencional. El miembro de salida 26 puede estar hecho a partir de varios metales convencionales y de aleaciones de metal, incluyendo el acero. El miembro 26 está soportado para la rotación con respecto al cubo 20 mediante el rodamiento 64. El miembro 26 puede incluir uno o más resaltes 82 que ayuden a limitar el movimiento axial del rodamiento 64.

Los resortes de ballesta 28 están provistos para transmitir el par motor desde la armadura 24 al miembro de salida 26. Los resortes 28 están provistos también para permitir el movimiento axial de la armadura 24 con respecto al miembro 26 acercándose y alejándose del disco rotor 22. Los resortes 28 pueden estar hechos de acero inoxidable. Los resortes 28 están conectados en un extremo a la armadura 24 y en un segundo extremo al miembro 26 utilizando los remaches 84 o bien otros medios de fijación.

El armazón de campo 30 está provisto para albergar la bobina de campo 42. El armazón 30 forma también parte del circuito magnético que provoca el acoplamiento selectivo del disco 22 y armadura 24 según se describe con más detalle más adelante. El armazón de campo 30 puede estar hecho de metales convencionales y de aleaciones de metales, incluyendo el acero. El armazón 30 es de forma generalmente en U en su sección transversal, e incluye los miembros anulares 86, 88 radialmente internos y exteriores. El miembro interno 86 está dispuesto en forma adyacente y radialmente hacia fuera del cubo interno 20. El miembro interno 86 descansa también sobre una pista exterior 90 de un rodamiento 92 que se utiliza para soportar el armazón 30, mientras que permite que el eje 14 y el cubo 28 giren dentro de un miembro interno 86 del armazón 30. El rodamiento 92 está limitado en el movimiento axial mediante un resalte 94 del eje 14 en un extremo axial del rodamiento 92 y mediante el cubo 20 y un resalte 98 del miembro interno 86 en otro extremo axial del rodamiento 92. El miembro exterior 88 del armazón 30 está dispuesto radialmente hacia fuera del miembro 74 del disco 22. El armazón 30 incluye también una brida 100 que es integral y que se extiende radialmente hacia fuera desde el miembro exterior 88. Se extienden unos fijadores (no mostrados) a través de las ranuras 102 de la brida 100, y fijan el armazón 30 al bloque motor o a otra estructura fijada para impedir la rotación del armazón 30.

Las piezas polares 36, 38 proporcionan una superficie de frenado para la armadura 24. Las piezas polares 36, 38 puede estar hechas de materiales que tengan una reluctancia magnética relativamente baja, incluyendo metales convencionales y aleaciones de metales tales como el acero. Las piezas polares 36, 38 pueden estar conectadas a la brida 100 del armazón 30 mediante remaches 104 o bien otros medios de fijación. La parte radialmente interna de cada una de las piezas polares 36, 38 se solapa en la parte radialmente exterior de la armadura 24.

Con referencia ahora a la figura 3, los imanes permanentes 32, 34 están provistos para formar un circuito magnético 108 entre el armazón de campo 30, los imanes 32, 34, piezas polares 36, 38 y la armadura 24. Los imanes 32, 34 pueden estar compuestos por un material cerámico. Los imanes 32, 34 están dispuestos entre las piezas polares 36, 38, respectivamente, y la brida 100, estando fijados entre los mismos mediante los remaches 104. Puede estar dispuesta una capa fina de plástico sobre las superficies radialmente interna y externa de los imanes 32, 34. En la realización mostrada existen dos imanes 32, 34 y dos piezas polares correspondientes 36, 38. El número de imanes (y de las correspondientes piezas polares) puede variar. No obstante, tal como será evidente a partir de la exposición posterior, los imanes (y las piezas polares) deberán estar dispuestos de forma tal que la distancia angular abarcada por los imanes (y las piezas polares) sea inferior a la mitad de la circunferencia del armazón de campo 30. Los imanes 32, 34 están magnetizados de forma tal que los imanes 32, 34 tengan polos enfrentados axialmente de polaridad contraria. En la realización mostrada, el polo norte del imán 34 está más cerca axialmente de la brida 100 del armazón 38, mientras que el polo sur del imán 32 está más cerca axialmente de la brida 100. Se comprenderá, no obstante, que la polaridad de los imanes 32, 34 puede variar en tanto que los polos iguales de los imanes adyacentes se encuentren en direcciones axialmente opuestas. Centro del circuito magnético 106, el flujo magnético circula a lo largo del siguiente recorrido: imán 32 \rightarrow pieza polar 36 \rightarrow armadura 24 \rightarrow pieza polar 38 \rightarrow imán 34 \rightarrow brida 100 del armazón de campo 30 \rightarrow imán 32. Tal como se muestra en la figura 1, cuando se des-energetiza la bobina 42, el circuito 108 atrae a la armadura 24 en una primera dirección axial alejándola del disco rotor 22 y en una posición de frenado en acoplamiento con las piezas polares 36, 38.

Con referencia ahora a la figura 2, la pieza polar 40 está provista para permitir la liberación fácil de la armadura 24 de las piezas polares 36, 38 , tal como se expone con más detalle más adelante. La pieza polar 40 está dispuesta entre las piezas polares 36, 38, y pueden fabricarse a partir de materiales que tengan una reluctancia magnética relativamente alta, tal como el acero inoxidable con metal en polvo. La pieza polar 40 puede situarse axialmente más allá de la armadura 24 que las piezas polares 36, 38. La pieza polar 40 está conectada a la brida 100 del armazón de campo 30 mediante remaches 108, tornillos o bien otros medios de fijación. Una parte radialmente exterior de la pieza polar 40 puede tener una longitud axial mayor que la parte radialmente interna de la pieza polar 40 solapada por la armadura 24.

Con referencia ahora a la figura 4, la bobina de campo 42 es convencional en el arte y está provista para generar un circuito magnético 110 entre el armazón de campo 30, disco rotor 22, y armadura 24 para provocar el acoplamiento del disco rotor 22 y la armadura 24 y para transmitir por tanto el par motor desde el eje de entrada 14 al miembro de salida 26. La bobina de campo 42 es generalmente anular y puede estar encapsulada dentro de un plástico. La bobina 42 está dispuesta entre los miembros interno y externo 86, 88 del armazón de campo 30, y puede conectarse eléctricamente a una fuente de alimentación (no mostrada) tal como un batería para vehículos. Cuando la bobina 42 se energetiza, se forma el circuito 110 entre el armazón de campo 30, disco rotor 22, y la armadura 24. El flujo magnético circula desde el miembro exterior 88 del armazón 30 a través de un entrehierro de aire hasta el miembro 74 del disco rotor 22. Las filas de ranuras 76 en el disco 22 y las filas de ranuras 80 en la armadura 24 provocan que el flujo se propague hacia atrás y hacia delante entre el disco 22 y la armadura 24 a través del entrehierro de aire 78, tal como se muestra. Esta configuración permite un acoplamiento de alto par motor entre el disco 22 y la armadura 24, incluso cuando la distancia axial del entrehierro 78 sea muy grande. Finalmente, el flujo retorna desde el disco 22 al miembro interno 86 del armazón 30.

El circuito 110 atrae a la armadura 24 en una segunda dirección axial hacia el disco 22 y a una posición de embrague acoplado. En particular, una parte 112 de la armadura 24 de los imanes opuestos angularmente 32, 34 encaja en acoplamiento primeramente con el disco 22. Tal como se mencionó anteriormente, los imanes 32, 34 (y las piezas polares correspondientes 36, 38) abarcan preferiblemente una distancia angular inferior a la mitad de la circunferencia del armazón de campo 30. Como resultado de ello, el flujo magnético dentro del circuito 106 se propaga a través solo de una parte del armazón de campo 30, y minimizando la interferencia entre el circuito 110 y el circuito 106. Adicionalmente, la configuración de los imanes 32, 34 y de las piezas polares 36, 38 permite que una parte 112 de la armadura 24 encaje a presión rápidamente en acoplamiento con el disco 22. Con referencia ahora a la figura 5, una parte 112 de la armadura 24 se acopla al disco 22, una parte 114 de la armadura 24 se desacopla de una de las piezas polares 36, 38. En la realización mostrada, la armadura 24 se ha desacoplado de la pieza polar 38. En la unidad de embrague/freno expuesta en la patente '918, la armadura 24 permanece acoplada con ambas piezas polares 36, 38, hasta que se genere la fuerza magnética suficiente dentro del circuito 110 para desacoplar la armadura 24. Aunque la parte 114 de la armadura se encajó rápidamente en acoplamiento con el disco 22, es deseable reducir adicionalmente la fuerza magnética necesaria para llevar a la armadura 24 en un acoplamiento completo con el disco 22. Con la adición de la pieza polar 40 entre las piezas polares 36, 38, una vez que la parte 112 de la armadura 24 se acopla al disco 22, la armadura 24 es capaz de permanecer en contacto con solo una de las piezas polares 36, 38 (además de la pieza polar 40). El entrehierro de aire resultante entre la armadura 24 y la pieza polar sin acoplar 39 debilita o incluso corta el circuito 106. Como resultado de ello, se precisa de una menor fuerza electromagnética para desacoplar la armadura 24 de la pieza polar 36 y para llevar la armadura 24 en acoplamiento completo con el disco 22. La unidad 10 puede, por tanto, ser operada más eficientemente.

La adición de la pieza polar 40 proporciona una ventaja adicional. Para incrementar la durabilidad y la vida útil de las piezas polares 36, 38, 40, es deseable colocar un revestimiento protector, tal como el carburo de cromo, sobre al menos una parte de una o más de las piezas polares 36, 38, 40. El carburo de cromo tiene una reluctancia relativamente alta, no obstante. En consecuencia, la aplicación del revestimiento en las piezas polares 36, 38 provoca una reducción significativa en la atracción magnética entre la armadura 24 y las piezas polares 36, 38, y consecuentemente, la reducción del par motor de frenado. En la presente invención, no obstante, puede ser aplicado un revestimiento de carburo de cromo 116 a la pieza polar 40 (que se muestra mejor en la figura 2) porque no es una parte del circuito magnético 106. La aplicación del revestimiento 116 a la pieza polar 40 ayuda a reducir el desgaste en las piezas polares 36, 38, 40, incrementando por tanto la durabilidad y ampliando la vida útil de la unidad 10.

Aunque la invención ha sido particularmente mostrada y descrita con referencia a las realizaciones preferidas de la misma, se comprenderá perfectamente por los técnicos especializados en el arte que pueden hacerse varios cambios y modificaciones en la invención sin desviarse del espíritu y alcance de la invención.

Claims (10)

1. Una unidad de embrague/freno (10), que comprende:

un disco rotor (22) conectado a un eje (14) para la rotación con el mismo, en el que el mencionado eje (14) se extiende a lo largo de un primer eje y en el que el mencionado disco rotor (22) se extiende radialmente hacia fuera desde el mencionado eje (14);

una armadura (24) separada axialmente con respecto al mencionado disco rotor (22);

un miembro de salida (26) conectado a la mencionada armadura (24);

un primer armazón de campo (30) separado axialmente de la mencionada armadura (24) mediante el mencionado disco rotor (22), en el que el mencionado armazón de campo (30) incluye una brida que se extiende radialmente hacia fuera (100);

una primera y segunda piezas polares (36, 38) separadas angularmente entre sí y conectadas a la mencionada brida (100), teniendo la primera y segunda piezas polares (36, 38) una reluctancia magnética relativamente baja;

un primer y segundo imanes permanentes (32, 34) dispuestos entre la mencionada brida (100) y las mencionadas primera y segunda piezas polares (36, 38), respectivamente, el mencionado armazón de campo (30), los mencionados primero y segundo imanes permanentes (32, 34), las mencionadas primera y segunda piezas polares (36, 38), y la mencionada armadura (24) que forman un primer circuito magnético que atraen (106) a la mencionada armadura (24) en una primera dirección axial alejándola del mencionado disco rotor (22), y una en primera posición (114) de la mencionada armadura (24) en acoplamiento con las mencionadas primera y segunda piezas polares (36, 38);

una tercera pieza polar (40) conectada a la mencionada brida (100) y dispuesta entre las mencionadas primera y segunda piezas polares (36, 38), teniendo la mencionada tercera pieza polar (40) una reluctancia magnética relativamente alta; y

medios (42) para generar selectivamente un segundo circuito magnético (110) entre el mencionado armazón de campo (30), el mencionado disco rotor (22), y la mencionada armadura (24), en los que el mencionado segundo circuito magnético (110) atrae a la mencionada armadura (24) en una segunda dirección axial hacia el mencionado disco rotor (22), en el que una segunda parte (112) de la mencionada armadura (24) opuesta angularmente a la mencionada primera parte (114) se acopla al mencionado disco rotor (22) primeramente forzando por tanto la mencionada primera parte (114) para desacoplarla de una pieza de las mencionadas primera y segunda piezas polares (36, 38).

2. Una unidad de embrague/freno (10) según la reivindicación 1, que incluye un cubo de entrada (20) conectado al mencionado eje (14) para la rotación con el mismo, caracterizada porque el mencionado disco rotor (22) está dispuesto en forma radial hacia fuera del mencionado cubo de entrada (20) y estando conectado en forma giratoria al mencionado cubo de entrada (20).

3. Una unidad de embrague/freno (10) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la mencionada armadura (24) está conectada al mencionado miembro de salida (26) por una pluralidad de resortes de ballesta (28).

4. Una unidad de embrague/freno (10) según la reivindicación 1 ó 2, que incluye medios para conectar el mencionado miembro de salida (26) a la mencionada armadura (24).

5. Una unidad de embrague/freno (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el mencionado disco rotor (22) incluye una pluralidad de filas separadas radialmente de ranuras (76) separadas angularmente.

6. Una unidad de embrague/freno (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la mencionada armadura (24) incluye una pluralidad de filas separadas radialmente de ranuras (80) separadas angularmente.

7. Una unidad de embrague/freno (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el mencionado armazón de campo (30) incluye un miembro anular radialmente exterior (88) y en la que el mencionado disco rotor (32) incluye un miembro anular (74) dispuesto radialmente hacia dentro del mencionado miembro radial anular exterior (88).

8. Una unidad de embrague/freno (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la distancia angular abarcada por los mencionados primero y segundo imanes permanentes (32, 34) es inferior a la mitad de una circunferencia del mencionado armazón de campo (30).

9. Una unidad de embrague/freno (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque un polo norte del mencionado primer imán permanente (32) está enfrentado a la mencionada primera dirección axial, y en la que un polo norte del mencionado segundo imán permanente (34) está enfrentado a la mencionada segunda dirección axial.

10. Una unidad de embrague/freno (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la mencionada tercera pieza polar (40) tiene un revestimiento de carburo de cromo.