ITMI20001035A1

ITMI20001035A1 - MOTORCYCLE TRANSMISSION DEVICE FOR FANS OF MOTOR VEHICLES WITH FRONT CONCATENEMENT MAGNETIC HYSTERESIS.

Info

Publication number: ITMI20001035A1
Application number: IT2000MI001035A
Authority: IT
Inventors: Piercarlo Boffelli; Erminio Depoli; Fabio Natale; Claudio Bellotti
Original assignee: Baruffaldi Spa
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-11-10
Also published as: IT1317510B1; ITMI20001035A0

Description

DESCRIZIONE del Brevetto per Invenzione Industriale di: DESCRIPTION of the Patent for Industrial Invention of:

Forma oggetto del presente trovato un dispositivo di trasmissione del moto a ventole di raffreddamento del liquido refrigerante di autoveicoli, il quale comprende un giunto di tipo ad isteresi magnetica a concatenamento frontale e corrènte di magnetizzazione regolabile . The present invention relates to a device for transmitting motion to fans for cooling the coolant of motor vehicles, which comprises a coupling of the magnetic hysteresis type with frontal linkage and an adjustable magnetization current.

E' nota nella tecnica di raffreddamento dei liquidi refrigeranti contenuti nei radiatori di autoveicoli, la necessità di forzare aria sul radiatore stesso al fine di ottenere una più rapida dissipazione di calore dal liquido verso l’esterno, detto flusso di aria forzata essendo ottenuto ponendo in rotazione una ventola, normalmente montata o sull'albero della pompa dell'acqua, o su un albero rinviato portante una puleggia che prende moto da una cinghia azionata dall'albero motore. The need to force air onto the radiator in order to obtain a more rapid dissipation of heat from the liquid towards the outside is known in the cooling technique of the coolants contained in motor vehicle radiators, said forced air flow being obtained by placing in rotation of a fan, normally mounted either on the shaft of the water pump, or on a transmission shaft carrying a pulley which is moved by a belt driven by the crankshaft.

E' anche noto che detta ventola deve essere posta in rotazione solamente al raggiungimento di una certa prefissata temperatura dell'acqua, rilevata tramite un termostato che aziona una frizione elettromagnetica la cui chiusura provoca l'avvio in rotazione della ventola . It is also known that said fan must be rotated only when a certain predetermined water temperature is reached, detected by means of a thermostat which activates an electromagnetic clutch whose closure causes the fan to start rotating.

Dette frizioni elettromagnetiche presentano tuttavia l'inconveniente di determinare un avvio in rotazione della ventola alla velocità di rotazione della puleggia di azionamento, senza possibilità di determinare una variazione della velocità di rotazione della ventola stessa in dipendenza dalla variazione di velocità dell'azionamento della stessa. However, said electromagnetic clutches have the drawback of causing the fan to start in rotation at the rotation speed of the drive pulley, without the possibility of causing a change in the rotation speed of the fan itself depending on the change in the speed of its drive.

Più in dettaglio si richiede in particolare che una ventola per autoveicolo possa ruotare: More specifically, it is required that a motor vehicle fan can rotate:

- a velocità ridotta rispetto a quella dell'albero di trasmissione per il raffreddamento in condizioni di bassa temperatura esterna, - at reduced speed compared to that of the propeller shaft for cooling in conditions of low external temperature,

- a velocità nulla, ovvero con ventola che non ruota affatto e si mantiene in condizioni di folle rispetto all'albero di trasmissione, per temperature particolarmente basse alle quali l'ulteriore raffreddamento è inutile o addirittura dannoso. - at zero speed, that is with the fan that does not rotate at all and remains in neutral conditions with respect to the transmission shaft, for particularly low temperatures at which further cooling is useless or even harmful.

Nel tentativo di ottenere tali comportamenti sono stati realizzati degli innesti di tipo misto con frizioni ad attrito a comando elettromagnetico e giunti a trascinamento basati sullo sfruttamento di correnti parassite generate dalla rotazione di un elemento conduttore in vicinanza di magneti permanenti. In an attempt to obtain these behaviors, clutches of a mixed type with electromagnetically controlled friction clutches and drag joints based on the exploitation of eddy currents generated by the rotation of a conducting element in the vicinity of permanent magnets have been made.

Tale soluzione è ad esempio nota da DE-32 03 143 che descrive una disposizione in cui l'albero motore è collegato al rotore di una frizione elettromagnetica al quale si vincola un'ancora collegata alla ventola per la presa diretta, mentre per la velocità lenta si sfrutta l'accoppiamento tra un disco conduttore, rotante con l'albero di trasmissione, e i magneti permanenti solidali alla ventola, accoppiamento che determina una trasmissione di moto a velocità ridotta a causa dello scorrimento relativo tra le due parti. This solution is known for example from DE-32 03 143 which describes an arrangement in which the drive shaft is connected to the rotor of an electromagnetic clutch to which an anchor connected to the fan is constrained for direct drive, while for slow speed the coupling between a conducting disk, rotating with the transmission shaft, and the permanent magnets integral with the fan is exploited, a coupling that determines a transmission of motion at reduced speed due to the relative sliding between the two parts.

Tale soluzione non consente tuttavia di ottenere la condizione di ventola in folle (=ferma). However, this solution does not allow to obtain the condition of the fan in neutral (= stopped).

Per ovviare a tali inconvenienti è stata descritta in EP-0 317 703 un giunto che, riprendendo la soluzione del precedente DE-32 03 143, prevede anche una seconda frizione elettromagnetica che consente in combinazione con le altre di ottenere tre differenti condizioni di funzionamento . To obviate these drawbacks, a coupling has been described in EP-0 317 703 which, taking up the solution of the previous DE-32 03 143, also provides a second electromagnetic clutch which allows, in combination with the others, to obtain three different operating conditions.

Sebbene funzionali entrambe le soluzioni presentano un limite strutturale derivante dal fatto che la velocità lenta è prefissata dal dimensionamento dell'elettromagnete costituente il comando della frizione e non è pertanto possibile regolare la velocità lenta di rotazione della ventola in un campo di variabilità corrispondente alle effettive condizioni di temperatura del motore. Although functional, both solutions have a structural limit deriving from the fact that the slow speed is prefixed by the dimensioning of the electromagnet constituting the clutch control and it is therefore not possible to regulate the slow rotation speed of the fan in a range of variability corresponding to the actual conditions. of engine temperature.

Si pone pertanto il problema tecnico di realizzare un dispositivo di trasmissione del moto di rotazione ad una ventola di raffreddamento del liquido refrigerante di autoveicoli, il quale sia azionato da un unico mezzo di azionamento e consenta di far girare la ventola-con un numero di giri controllabile e regolabile in funzione della effettiva necessità di raffreddamento del motore, il che include anche la possibilità di mantenere ferma la ventola corrispondentemente a temperature esterne molto basse. The technical problem therefore arises of providing a device for transmitting the rotation motion to a cooling fan for the coolant of motor vehicles, which is operated by a single drive means and allows the fan to rotate with a number of revolutions. controllable and adjustable according to the actual need for cooling of the motor, which also includes the possibility of keeping the fan stationary correspondingly at very low external temperatures.

Nell'ambito di tale problema costituisce ulteriore necessità che il dispositivo sia controllato tramite rilevazione diretta della temperatura del liquido refrigerante e consenta una selezione del funzionamento sia manuale sia automatica. Within the scope of this problem, a further need is for the device to be controlled by direct detection of the temperature of the coolant and to allow selection of both manual and automatic operation.

Tali problemi tecnici sono risolti secondo il presente trovato da un dispositivo di trasmissione del moto ad una ventola di raffreddamento del liquido refrigerante di un'autoveicolo, solidale ad un elemento di supporto, che comprende un giunto ad isteresi magnetica ad azionamento elettromagnetico a concatenamento frontale. Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione di un esempio non limitativo di attuazione del trovato effettuata con riferimento ai disegni allegati nei quali si mostra: These technical problems are solved according to the present invention by a device for transmitting motion to a cooling fan of the coolant of a motor vehicle, integral with a support element, which comprises a magnetic hysteresis joint with electromagnetic actuation with front linkage. More details can be found from the following description of a non-limiting example of embodiment of the invention made with reference to the attached drawings which show:

in figura 1 : una sezione assiale schematica del dispositivo di trasmissione del moto alla ventola secondo il presente trovato; in figura 2 : una sezione secondo il piano di traccia II-II di fig. 1 illustrante la disposizione delle espansioni polari del rotore dell'innesto di fig.l; in figure 1: a schematic axial section of the device for transmitting the motion to the fan according to the present invention; in figure 2: a section along the plane marked II-II of fig. 1 illustrating the arrangement of the pole pieces of the rotor of the clutch of fig.

in figura 3 : una sezione secondo il piano di traccia III-III di fig. 1 illustrante il disco di materiale magneticamente semiduro atto a determinare la ciclica magnetizzazione frontale provocata dal rotore e in figure 3: a section along the line III-III of fig. 1 illustrating the disk of magnetically semi-hard material suitable for determining the cyclic front magnetization caused by the rotor e

in figura 4 : una sezione assiale schematica di un secondo esèmpio di attuazione del dispositivo di trasmissione del moto alla ventola secondo il presente trovato. in figure 4: a schematic axial section of a second embodiment of the device for transmitting the motion to the fan according to the present invention.

Come illustrato in fig. 1, il dispositivo di trasmissione del moto ad una ventola . 1 di raffreddamento per autoveicoli è interposto tra la ventola stessa e un albero di azionamento 2, per comodità di descrizione nel seguito si intenderà come direzione longitudinale quella parallela all'asse longitudinale dell'albero di azionamento 3. As illustrated in fig. 1, the device for transmitting motion to a fan. 1 for cooling for motor vehicles is interposed between the fan itself and a drive shaft 2, for convenience of description in the following the longitudinal direction will be understood as that parallel to the longitudinal axis of the drive shaft 3.

La ventola 1 è a sua volta solidale ad un piatto la montato sull'albero 2 tramite un cuscinetto lb. The fan 1 is in turn integral with a plate la mounted on the shaft 2 by means of a bearing lb.

Il dispositivo di trasmissione comprende un giunto 10 ad isteresi magnetica costituito da un elettromagnete 11 formato da una bobina 11a anulare inserita all'interno di un supporto anulare 11b, a "C", di ferro dolce, solidale ad un relativo disco Ile, concentricamente montato sull 'albero 2 con interposizione di un cuscinetto 11d; il disco 11c e la bobina Ila risultano pertanto folli rispetto all'albero 3 e tenuti fermi in rotazione tramite un perno Ile disposto in senso longitudinale e solidale alla carcassa del motore. The transmission device comprises a magnetic hysteresis joint 10 consisting of an electromagnet 11 formed by an annular coil 11a inserted inside a C-shaped annular support 11b of soft iron, integral with a relative disk 11c, concentrically mounted on shaft 2 with the interposition of a bearing 11d; the disc 11c and the coil 11a are therefore idle with respect to the shaft 3 and kept stationary in rotation by means of a pin 11c disposed in a longitudinal direction and integral with the motor casing.

La bobina Ila può essere alimentata con correnti regolate dall'esterno ad esempio tramite un potenziometro o equivalente circuito di controllo 100 (indicato con linea a tratti in fig. 1). The coil 11a can be supplied with externally regulated currents, for example by means of a potentiometer or equivalent control circuit 100 (indicated with broken lines in Fig. 1).

Sull'albero 2 è coassialmente montato anche un rotore 12 formato da un corpo centrale 12a, solidale in rotazione all'albero 2 stesso, e da una parte radialmente periferica 13 sostanzialmente a "L" rovesciato che forma con il corpo I2a una sede I3a atta a contenere parzialmente l'elettromagnete 11. Also mounted on the shaft 2 is a rotor 12 formed by a central body 12a, integral in rotation to the shaft 2 itself, and by a radially peripheral part 13 substantially in an inverted "L" shape which forms with the body I2a a suitable seat I3a to partially contain the electromagnet 11.

Più in dettaglio (fig.2) il ramo longitudinale 13b e il ramo radiale 13c della "L" sono realizzati in materiale magnetizzabile e il bordo interno del ramo radiale 13c è sagomato con espansioni 13d estendentisi radialmente verso l'asse di rotazione ad intervalli angolari regolari. More in detail (fig. 2) the longitudinal branch 13b and the radial branch 13c of the "L" are made of magnetizable material and the inner edge of the radial branch 13c is shaped with expansions 13d extending radially towards the rotation axis at angular intervals regular.

Dette espansioni 13d radiali definiscono pertanto altrettante sedi 13e radiali che consentono l'accoppiamento con corrispondenti espansioni radiali 12d e sedi 12e del corpo centrale 12a del rotore 12. L'accoppiamento tra le due parti è realizzato con interposizione di un cordone 14 in materiale isolante applicato ad esempio tramite saldo-brasatura. Said radial expansions 13d therefore define as many radial seats 13e which allow the coupling with corresponding radial expansions 12d and seats 12e of the central body 12a of the rotor 12. The coupling between the two parts is made with the interposition of a bead 14 in applied insulating material for example by brazing.

Il giunto ad isteresi 10 è completato da un anello 15 in materiale magneticamente semiduro, il cui spessore deve essere tale da impedire il contatto con il rotore 12, rispetto al quale deve tuttavia essere mantenuto ad una minima distanza per favorire il concatenamento delle linee di flusso del campo magnetico come risulterà meglio evidente nel seguito. The hysteresis joint 10 is completed by a ring 15 in magnetically semi-hard material, the thickness of which must be such as to prevent contact with the rotor 12, with respect to which it must however be kept at a minimum distance to facilitate the chaining of the flow lines. of the magnetic field as it will become clearer in the following.

In tal modo il rotore 12 costituisce l'elemento di concatenamento frontale dell'innesto ad isteresi e le sue espansioni 13d e 12d costituiscono rispettivamente le polarità N (NORD=+) e S (SUD=-) dello stesso che determinano un ciclico campo magnetico a concatenamento frontale atto a trascinare in rotazione l'anello 15 e quindi la ventola 1. In this way the rotor 12 constitutes the front linkage element of the hysteresis clutch and its expansions 13d and 12d respectively constitute the N (NORTH = +) and S (SOUTH = -) polarities of the same which determine a cyclic magnetic field with frontal chaining adapted to rotate the ring 15 and therefore the fan 1.

Il funzionamento del giunto è il seguente : The operation of the joint is as follows:

- si alimenta una corrente all'elettromagnete Ila il quale genera un campo magnetizzante che determina un campo magnetico ciclico (alternanza di poli N e S del rotore) le cui linee di flusso si concatenano con l'anello 15; - a current is fed to the electromagnet 11a which generates a magnetizing field which determines a cyclic magnetic field (alternation of poles N and S of the rotor) whose flux lines are concatenated with the ring 15;

- contemporaneamente la rotazione del rotore 12, che ruota con l'albero 2, determina il passaggio alternato delle polarità 12d=N e 13e=S nel traferro compreso tra l'elettromagnete 11 e l'anello 15, provocando una ciclica inversione di magnetizzazione nell'anello 15 che grazie alla sua isteresi tende a trascinare con sè in rotazione l'anello stesso, quindi la ventola 1. - at the same time the rotation of the rotor 12, which rotates with the shaft 2, determines the alternating passage of the polarities 12d = N and 13e = S in the air gap between the electromagnet 11 and the ring 15, causing a cyclic inversion of magnetization in the ring 15 which, thanks to its hysteresis, tends to rotate the ring itself, hence the fan 1.

In tal modo poiché l'anello 15 è trascinato senza contatto e con certo slittamento rispetto al rotore 12 la ventola· 1 ruoterà a sua volta con una velocità inferiore a quella dell'albero motore 2. In this way, since the ring 15 is dragged without contact and with a certain slippage with respect to the rotor 12, the fan 1 will in turn rotate with a speed lower than that of the motor shaft 2.

Regolando la corrente di eccitazione dell'elettromagnete 11 è però possibile regolare il campo magnetico generato e quindi la velocità di rotazione della ventola 1 che può passare da condizioni di arresto (corrente=0) a condizioni di massima velocità (corrente=MAX), passando attraverso condizioni intermedie sostanzialmente regolabili con continuità, mediante la regolazione della corrente di eccitazione dell'elettromagnete che può essere effettuata con dispositivi 100 molto semplici ed economici posizionati a distanza dal dispositivo, ma in prossimità dell'utilizzatore, che può in tal modo effettuare una regolazione manuale, oppure collegati a centraline di controllo programmate che regolano automaticamente la velocità di rotazione della ventola in base alle reali condizioni di temperatura che si determinano nelle varie condizioni di impiego. By adjusting the excitation current of the electromagnet 11, however, it is possible to adjust the magnetic field generated and therefore the rotation speed of the fan 1 which can pass from stop conditions (current = 0) to conditions of maximum speed (current = MAX), passing through intermediate conditions substantially continuously adjustable, by means of the regulation of the excitation current of the electromagnet which can be carried out with very simple and inexpensive devices 100 positioned at a distance from the device, but in the vicinity of the user, who can thus make an adjustment manual, or connected to programmed control units that automatically adjust the rotation speed of the fan based on the real temperature conditions that occur in the various conditions of use.

In fig. 4 è illustrato un primo esempio di attuazione in variante del dispositivo secondo il trovato in cui l'elettromagnete 111 prevede che il supporto anulare a "C" lllb della bobina llla presenti sulla parete di fondo radiale un magnete permanente lllg anulare. In fig. 4 illustrates a first variant embodiment of the device according to the invention in which the electromagnet 111 provides that the C-shaped annular support 11a of the coil 11a has an annular permanent magnet 11a on the radial bottom wall.

In questa forma di attuazione l'anello d'isteresi 15 della ventola 1 è pertanto sempre concatenato al rotore 12 e la regolazione della sua velocità avviene alimentando corrente all'elettromagnete 111 che, eccitandosi, determina un campo magnetico che tende a neutralizzare il campo magnetico permanente. In this embodiment, the hysteresis ring 15 of the fan 1 is therefore always chained to the rotor 12 and its speed is regulated by feeding current to the electromagnet 111 which, being excited, determines a magnetic field which tends to neutralize the magnetic field. permanent.

Regolando l'intensità di corrente alimentata all'elettromagnete 111 si regola corrispondentemente l'intensità del campo magnetico residuo e quindi la velocità di rotazione della ventola. By adjusting the intensity of the current supplied to the electromagnet 111, the intensity of the residual magnetic field and therefore the rotation speed of the fan are adjusted accordingly.

Claims

CLAIMS 1) Device for transmitting motion to a fan (1) for cooling the coolant of a motor vehicle, comprising motion generation means (2) on which the fan (1) is mounted by means of an idle support (la), characterized by the fact that it comprises a magnetic hysteresis joint (10) with electromagnetic drive (11) with front linkage with a hysteresis element, magnetically semi-hard (15), integral with said support (la) of the fan (1).

2) Device according to claim 1 characterized in that said hysteresis joint (10) comprises means (100) for adjusting the excitation currents of the electromagnet (11).

3) Device according to claim 1 characterized by the fact that said hysteresis joint (11) comprises a rotor (12) interposed between said electromagnet (11) and hysteresis element (15) and integral in rotation with said actuation means (2) .

4) Device according to claim 1 characterized by the fact that said rotor is formed by a central body (12a) and by a radially peripheral part (13) substantially in an inverted "L" shape, which forms with the body (12a) a seat (13a ) adapted to partially contain the electromagnet (11).

5) Device according to claim 4 characterized in that said central body (12a) of the rotor (12) has radial expansions (12d) at regular angular intervals and delimiting as many radial seats (I2e).

6) Device according to claim 4 characterized by the fact that the internal edge of the radial branch (I3c) is shaped with expansions (13d) extending radially towards the rotation axis at regular angular intervals and defining as many radial seats (I3e) for coupling with corresponding radial expansions (12d) and seats (12e) of the central body (I2a) of the rotor (12).

7) Device according to claim 4 characterized in that the coupling between two parts (12a, 13) is made with the interposition of a cord (14) made of insulating material.

8) Device according to claim 1 characterized by the fact that said electromagnetic actuation means comprise an electromagnet (11) formed by an annular coil (11a) inserted inside a C-shaped annular support (11b) in soft iron, integral with a relative disk (Ile) concentrically mounted idle on the motion generation means (2).

9) Device according to claim 1 characterized by the fact that said electromagnetic actuation means comprise an electromagnet (111) formed by an annular coil (11a), inserted inside an annular support (11a) with opposed double L, made of soft iron, integral, through the respective radial arms of the L, to a relative disk (11c) concentrically mounted idle on the motion generation means (2), between said radial arms of the two "Ls" an annular permanent magnet (11lg) being interposed.