ITMI20081697A1

ITMI20081697A1 - MOTION TRANSMISSION DEVICE FOR ROTATION TO A SHAFT DRIVEN SHAFT FOR FLUID RECIRCULATION PUMPS

Info

Publication number: ITMI20081697A1
Application number: IT001697A
Authority: IT
Inventors: Piercarlo Boffelli; Erminio Depoli; Fabio Natale
Original assignee: Baruffaldi Spa
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-03-25

Description

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

Forma oggetto del presente trovato un dispositivo di azionamento di un albero condotto particolarmente per mezzi di ricircolo di un fluido di raffreddamento di motori di veicoli. The present invention relates to a device for actuating a driven shaft particularly for means for recirculating a cooling fluid of vehicle engines.

E' nota, ad esempio, nel settore della produzione dei motori, particolarmente endotermici, la necessità di raffreddare gli stessi tramite ricircolazione di un fluido di raffreddamento mosso tramite una corrispondente pompa di ricircolo la cui girante è posta in rotazione da un albero azionato da una puleggia collegata all'albero motore tramite una cinghia. It is known, for example, in the sector of the production of engines, particularly endothermic, the need to cool them by recirculating a cooling fluid moved by means of a corresponding recirculation pump whose impeller is rotated by a shaft driven by a pulley connected to the crankshaft via a belt.

E' anche noto che il ricircolo del fluido di raffreddamento deve essere effettuato con portata corrispondente alla effettiva necessità di raffreddamento del motore, determinata dalle reali condizioni di utilizzo e dalla temperatura esterna, al fine di evitare di mantenere costantemente e inutilmente in rotazione a pieno regime dispositivi che assorbono potenza utile, aumentando l'usura delle varie parti componenti e i consumi energetici del veicolo. It is also known that the recirculation of the cooling fluid must be carried out with a flow rate corresponding to the actual need for cooling of the engine, determined by the real conditions of use and by the external temperature, in order to avoid constantly and unnecessarily keeping it rotating at full speed. devices that absorb useful power, increasing the wear of the various component parts and the energy consumption of the vehicle.

Si pone pertanto il problema tecnico di realizzare un dispositivo di comando di un albero condotto, particolarmente, ma non esclusivamente, di pompe di ricircolo di fluidi, quali i fluidi di raffreddamento di motori per veicoli e simili, atto a determinare la rotazione di detto albero condotto su comando e con differenti velocità di rotazione. Oltre a ciò si deve prevedere che la rotazione dell'albero condotto sia garantita anche in caso di guasto dell'impianto elettrico di alimentazione (fail safe), necessità particolarmente sentita nel caso di ricircolo del fluido di raffreddamento di motori . The technical problem therefore arises of providing a control device for a driven shaft, particularly, but not exclusively, of fluid recirculation pumps, such as the cooling fluids of engines for vehicles and the like, capable of causing the rotation of said shaft. driven on command and with different rotation speeds. In addition to this, it must be provided that the rotation of the driven shaft is guaranteed even in the event of a failure of the electrical supply system (fail safe), a need particularly felt in the case of recirculation of the engine cooling fluid.

Nell'ambito di tale problema si richiede inoltre che tale dispositivo sia di contenuti ingombri ma, nello stesso tempo, in grado di erogare coppie elevate e/o elevati numeri di giri anche corrispondentemente ad una velocità di rotazione ridotta del motore, in modo da risultare applicabile anche a pompe di elevata portata di veicoli pesanti con motore a basso numero di giri. Si richiede inoltre che il dispositivo risulti di facile ed economica produzione ed assemblaggio e facilmente accoppiabile alla pompa senza necessità di speciali adattamenti. Within the scope of this problem, it is also required that this device be small in size but, at the same time, capable of delivering high torques and / or high speeds even correspondingly at a reduced rotation speed of the motor, so as to be also applicable to heavy duty heavy vehicle pumps with low rpm engine. It is also required that the device be easy and economical to produce and assemble and be easily coupled to the pump without the need for special adaptations.

Tali risultati sono ottenuti secondo il presente trovato da un dispositivo di trasmissione di un moto di rotazione da mezzi di generazione del moto ad un albero condotto, secondo le caratteristiche di rivendicazione 1 e da una pompa di ricircolo di un fluido secondo le caratteristiche di rivendicazione 18. These results are obtained according to the present invention by a device for transmitting a rotation motion from motion generating means to a driven shaft, according to the characteristics of claim 1 and by a fluid recirculation pump according to the characteristics of claim 18. .

Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione di un esempio non limitativo di attuazione dell'oggetto del presente trovato effettuata con riferimento ai disegni allegati, in cui si mostra: More details can be found from the following description of a non-limiting example of embodiment of the object of the present invention made with reference to the attached drawings, which show:

in figura 1 : una sezione secondo un piano verticale assiale di una prima forma di attuazione del dispositivo secondo il presente trovato applicato ad una pompa di ricircolo in condizioni di rotazione a pieni giri; in figure 1: a section according to an axial vertical plane of a first embodiment of the device according to the present invention applied to a recirculation pump in conditions of full rotation;

in figura 2 : una sezione analoga a quella di fig.l con dispositivo attivato per la rotazione a giri ridotti; in Figure 2: a section similar to that of Figure 1 with the device activated for rotation at reduced revolutions;

in figura 3 : una sezione secondo un piano verticale assiale di una seconda forma di attuazione del dispositivo secondo in condizioni di rotazione a pieni giri della pompa; in figure 3: a section according to an axial vertical plane of a second embodiment of the second device in conditions of full rotation of the pump;

in figura 4 : una sezione analoga a quella di fig.3 con dispositivo attivato per la rotazione a giri ridotti e in Figure 4: a section similar to that of Figure 3 with the device activated for rotation at reduced revolutions e

in figura 5 e 6 : sezioni analoghe alle precedenti con una ventola associata alle due forme di attuazione del dispositivo secondo il presente trovato rispettivamente . in figures 5 and 6: sections similar to the previous ones with a fan associated with the two embodiments of the device according to the present invention respectively.

Come illustrato in fig. 1, la girante 1 di una pompa di ricircolo del fluido di raffreddamento di veicoli e simili è montata ad una prima estremità di un albero condotto 2 supportato da un gruppo fisso 10 comprendente il corpo 11 della pompa solidale al basamento Ila del motore del veicolo. Internamente al corpo pompa 11 è disposto un primo cuscinetto 12 che porta l'albero 2 della girante 1; Esternamente al corpo pompa 11 è previsto un secondo cuscinetto 13 calettato sull'albero 2 tramite il relativo anello interno 13a e con anello esterno 13b portante una flangia 21 che presenta una puleggia anulare 2la atta all'accoppiamento con una cinghia 3 di trasmissione del moto. As illustrated in fig. 1, the impeller 1 of a pump for recirculating the cooling fluid of vehicles and the like is mounted at a first end of a driven shaft 2 supported by a fixed assembly 10 comprising the pump body 11 integral with the base 11a of the vehicle engine. Inside the pump body 11 there is a first bearing 12 which carries the shaft 2 of the impeller 1; Outside the pump body 11 there is a second bearing 13 keyed onto the shaft 2 by means of the relative inner ring 13a and with an outer ring 13b carrying a flange 21 which has an annular pulley 2a suitable for coupling with a motion transmission belt 3.

Detta flangia 21 costituisce il rotore di un innesto elettromagnetico 20, che comprende: un elettromagnete 22, fisso, concentrico al rotore 21 e coassialmente portato da un supporto 22a vincolato al basamento Ila; assialmente disposta da parte opposta un'ancora 33 all'elettromagnete 22 rispetto al rotore 21. Said flange 21 constitutes the rotor of an electromagnetic clutch 20, which comprises: an electromagnet 22, fixed, concentric to the rotor 21 and coaxially carried by a support 22a constrained to the base 11a; axially disposed on the opposite side an anchor 33 to the electromagnet 22 with respect to the rotor 21.

Esternamente all'ancora 33 è previsto un disco condotto 35 reso solidale all'albero 2 della pompa tramite un relativo bullone 35a. L'elemento condotto 35 presenta una superficie frontale 35b che porta un elemento di attrito 36 atto ad impegnarsi frontalmente con l'ancora 33. Externally to the anchor 33 there is a driven disk 35 made integral with the shaft 2 of the pump by means of a relative bolt 35a. The driven element 35 has a front surface 35b which carries a friction element 36 able to engage frontally with the anchor 33.

Detta ancora 33 presenta fori 33a attraverso i quali vengono inserite delle spine assiali 37 atti a consentire all'ancora 33 di compiere movimenti in senso assiale verso/da il rotore 21, mantenendola tuttavia bloccata alla rotazione relativa rispetto a quest'ultimo. Said anchor 33 has holes 33a through which axial pins 37 are inserted which allow the anchor 33 to perform axial movements towards / from the rotor 21, while keeping it locked to relative rotation with respect to the latter.

Tra l'ancora 33 e il rotore 21 sono assialmente interposte delle molle 34 a tazza atte ad esercitare una spinta assiale sull'ancora 33 stessa, reagendo sul rotore 21 assialmente fisso. L'ancora 33 porta inoltre un anello 41a portamagnetini 41 di un giunto 40 a correnti parassite il cui altro elemento 42 in materiale amagnetico è inserito sull'elemento condotto 35. Between the anchor 33 and the rotor 21 there are axially interposed cup springs 34 suitable for exerting an axial thrust on the anchor 33 itself, reacting on the axially fixed rotor 21. The anchor 33 also carries a magnet holder ring 41a 41 of an eddy current joint 40 whose other element 42 made of non-magnetic material is inserted on the driven element 35.

Con tale configurazione il funzionamento del dispositivo di azionamento della pompa è il seguente: With this configuration, the operation of the pump activation device is as follows:

-) in condizioni di elettromagnete 22 diseccitato, l'ancora 33 viene spinta dalla molla 34 verso l'elemento condotto 35, al quale si vincola tramite il disco di attrito 36 che spinge assialmente, il moto di rotazione del rotore 21 viene pertanto trasmesso direttamente all'albero condotto 2 che ruota assieme alla girante 1 con gli stessi giri della puleggia 2la; -) in conditions of de-energized electromagnet 22, the anchor 33 is pushed by the spring 34 towards the driven element 35, to which it is constrained by means of the friction disc 36 which pushes axially, the rotation motion of the rotor 21 is therefore transmitted directly to the driven shaft 2 which rotates together with the impeller 1 with the same revolutions as the pulley 2a;

-) in condizioni di elettromagnete 22 eccitato, si genera un campo magnetico che, vincendo l'azione di spinta della molla 34, richiama l'ancora 33 contro il rotore 21, staccandolo dal disco di attrito 36; in tale condizione la rotazione dell'ancora 33 assieme al rotore 21, attiva il giunto 40 a correnti parassite trascinando in rotazione l'elemento condotto 35 con giri ridotti a causa dello slittamento relativo dovuto alla mancanza di contatto tra l'elemento 41 di comando e l'elemento 42 condotto del giunto di Foucault. -) in conditions of energized electromagnet 22, a magnetic field is generated which, overcoming the thrust action of the spring 34, draws the anchor 33 against the rotor 21, detaching it from the friction disk 36; in this condition, the rotation of the anchor 33 together with the rotor 21 activates the eddy-current joint 40, causing the driven element 35 to rotate with reduced revolutions due to the relative slippage due to the lack of contact between the control element 41 and the duct element 42 of the Foucault joint.

Si rileva pertanto come il dispositivo secondo il presente trovato consenta di mantenere elevate dimensioni del magnete 22, consentendo pertanto di vincere forze di spinta elevate delle molle 34 che possono, a loro volta, essere dimensionate per ottenere elevate coppie di trasmissione tra l'ancora e il disco condotto. It is therefore noted that the device according to the present invention allows to maintain large dimensions of the magnet 22, thus allowing to overcome high thrust forces of the springs 34 which can, in turn, be sized to obtain high transmission torques between the anchor and the driven disc.

In entrambe le forme di attuazione il dispositivo secondo il trovato consente un funzionamento di tipo "fail safe" che mantiene l'albero condotto in rotazione tramite la spinta delle molle anche in caso di guasto dell'impianto elettrico, risultando tuttavia composto da un numero minimo di componenti a vantaggio della semplicità e della economicità del dispositivo nel suo complesso. In both embodiments, the device according to the invention allows a "fail safe" type of operation which keeps the driven shaft rotating by thrusting the springs even in the event of a fault in the electrical system, however it is composed of a minimum number of components to the advantage of the simplicity and cost-effectiveness of the device as a whole.

Qualora fossero richieste ridotte dimensioni radiali del dispositivo a causa dei corrispondenti ridotti volumi di alloggiamento dello stesso in un vano motore, si prevede una seconda forma di attuazione del dispositiva illustrato nelle figure 3 e 4. Should reduced radial dimensions of the device be required due to the corresponding reduced housing volumes of the same in an engine compartment, a second embodiment of the device illustrated in Figures 3 and 4 is provided.

Secondo tale forma di attuazione si prevede un cannotto 135 assialmente solidale all'albero condotto 2 e sul quale è calettata la ralla interna 123a di un secondo cuscinetto 123 assiale la cui ralla esterna 123b porta l'elettromagnete 122 che è, in questo caso disposto da parte esterna all'ancora 33 rispetto al rotore 121. According to this embodiment, a sleeve 135 is provided axially integral with the driven shaft 2 and on which the internal washer 123a of a second axial bearing 123 is keyed, the external washer 123b of which carries the electromagnet 122 which is, in this case arranged by outside the anchor 33 with respect to the rotor 121.

Il cannotto 135 presenta una estensione anulare 135a di battuta assiale per il cuscinetto 123 e di dimensione diametrale tale da determinare un ridotto traferro con l'elettromagnete 122 nonché dimensione assiale tale da determinare una superficie frontale libera 135d assialmente più estesa verso l'ancora rispetto alla corrispondente superficie frontale dell'elettromagnete 122. The sleeve 135 has an annular extension 135a of axial abutment for the bearing 123 and of diametrical dimension such as to determine a reduced air gap with the electromagnet 122 as well as an axial dimension such as to determine a free front surface 135d axially more extended towards the anchor with respect to the corresponding front surface of the electromagnet 122.

Nella estensione anulare 135a è formata una sede anulare 135b per l'alloggiamento di molle 134 agenti assialmente in spinta sull'ancora 33. In the annular extension 135a an annular seat 135b is formed for housing springs 134 acting axially in thrust on the anchor 33.

Da parte assialmente opposta alle molle 134, l'ancora 33 presenta un anello 142a porta magnetini 142, costituenti una parte del giunto a correnti parassite 140 la cui altra parte amagnetica 141 è solidale al rotore 121. On the axially opposite side to the springs 134, the anchor 33 has a magnet holder ring 142a 142, forming a part of the eddy current joint 140 whose other non-magnetic part 141 is integral with the rotor 121.

Il funzionamento del dispositivo è in questo caso il seguente: The operation of the device is in this case the following:

-) in condizioni di elettromagnete 122 diseccitato, l'ancora 33 viene spinta dalle molle 134 verso il rotore 21 al quale si vincola tramite il disco di attrito 131 solidale al rotore stesso, il moto di rotazione della puleggia 21a viene pertanto direttamente trasmesso dall'ancora 33 all'albero condotto 2 che, pertanto, ruota assieme alla girante 1 con gli stessi giri della puleggia 2 la; -) in conditions of de-energized electromagnet 122, the anchor 33 is pushed by the springs 134 towards the rotor 21 to which it is constrained by means of the friction disc 131 integral with the rotor itself, the rotation motion of the pulley 21a is therefore directly transmitted by the again 33 to the driven shaft 2 which, therefore, rotates together with the impeller 1 with the same revolutions as the pulley 2 la;

-) in condizioni di elettromagnete 122 eccitato, si genera un campo magnetico che, vincendo l'azione di spinta delle molle 134, richiama l'ancora 33 verso il cannotto 135, staccando l'ancora 33 dal disco di attrito 31 e portando la stessa in battuta contro la superficie frontale 135d dell'estensione anulare 135a del cannotto 135, ma non contro la superficie frontale dell'elettromagnete; -) in conditions of energized electromagnet 122, a magnetic field is generated which, overcoming the thrust action of the springs 134, draws the anchor 33 towards the sleeve 135, detaching the anchor 33 from the friction disk 31 and bringing it abuts against the front surface 135d of the annular extension 135a of the sleeve 135, but not against the front surface of the electromagnet;

in tale condizione la rotazione dell'ancora 33 attiva il giunto 40 a correnti parassite trascinando in rotazione il cannotto condotto 135 con giri ridotti a causa dello slittamento relativo dovuto alla mancanza di contatto tra l'elemento 41 di comando e l'elemento 42 condotto del giunto di Foucault . in this condition, the rotation of the anchor 33 activates the eddy-current joint 40, causing the driven sleeve 135 to rotate with reduced revolutions due to the relative slippage due to the lack of contact between the control element 41 and the driven element 42 of the Foucault's joint.

Nella seconda forma di attuazione sopra descritta, il dispositivo risulta di dimensioni radiali ridotte, ma, la particolare forma del cannotto condotto, la presenza della sua estensione anulare e la precisione di centraggio ottenibile posizionando l'elettromagnete sul cuscinetto calettato sull'albero, consentono di mantenere un ridotto e preciso traferro sia frontale sia radiale tra i due elementi, il che determina un elevato concatenamento di flusso magnetico sia in senso frontale, sia in senso radiale attraverso il cannotto condotto, il che consente di ottenere una maggiore forza di attrazione frontale e quindi un maggior dimensionamento delle molle di spinta assiale sull'ancora con conseguente maggior coppia di trasmissione all'albero condotto; ciò permette anche di ottimizzare le dimensioni e i costi del magnete e di semplificare l'elettronica di comando che non richiede transitori di sovralimentazione. Come illustrato nelle figg 5 e 6 si prevede anche che l'albero condotto 2 possa essere collegato ad una ventola 4 per forzare aria sul radiatore del liquido refrigerante, ventola che viene conseguentemente azionata a pieni giri o a velocità ridotta in sincronismo con la girante della pompa. In entrambe le forme di attuazione il dispositivo consente un funzionamento di tipo fail safe che mantiene l'albero condotto in rotazione tramite la spinta delle molle anche in caso di guasto dell'impianto elettrico, risultando tuttavia composto da un numero minimo di componenti a vantaggio della semplicità di assemblaggio e della economicità del dispositivo nel suo complesso. In the second embodiment described above, the device has reduced radial dimensions, but the particular shape of the driven sleeve, the presence of its annular extension and the centering precision obtainable by positioning the electromagnet on the bearing keyed on the shaft, allow to maintain a reduced and precise air gap both frontal and radial between the two elements, which determines a high concatenation of magnetic flux both in the frontal direction and in the radial direction through the driven sleeve, which allows to obtain a greater frontal attraction force and therefore a greater dimensioning of the axial thrust springs on the anchor with consequent greater transmission torque to the driven shaft; this also allows to optimize the dimensions and costs of the magnet and to simplify the control electronics which do not require supercharging transients. As illustrated in figs 5 and 6, it is also envisaged that the driven shaft 2 can be connected to a fan 4 to force air onto the coolant radiator, which fan is consequently operated at full speed or at reduced speed in synchronism with the pump impeller. . In both embodiments, the device allows fail-safe operation which keeps the driven shaft rotating by thrusting the springs even in the event of a fault in the electrical system, however it is composed of a minimum number of components to the advantage of simplicity of assembly and cost-effectiveness of the device as a whole.

Claims

CLAIMS 1. Device for transmitting a rotational motion from a motion-generating rotor (21) to a driven shaft (2), comprising at least one friction clutch (30; 130) interposed between said rotor (21; 121) of motion generation and the driven shaft (2) is formed by at least one fixed electromagnet (22; 122) and by at least one anchor (33), interposed between said motion generation rotor (21; 121) and a driven element (35; 135) integral with shaft (2) and axially movable from / to a position of engagement / disengagement with the rotor (21; 121), at least one eddy current joint (40; Ί40) interposed between the rotor (21; 121) and the anchor (33) characterized in that it comprises elastic axial thrust means (34; 134) acting on the anchor (33) and able to determine a rotation speed of the driven shaft (2) substantially equal to the speed of rotation of the rotor (21; 121).

2 . Device according to claim 1 characterized by the fact that said rotor (21; 121) for generating the motion is constituted by a circular flange, on the outer circumferential edge of which a pulley (21a) is formed, suitable for coupling with a corresponding belt (3) transmission.

3. Device according to claim 1 characterized in that said motion generating rotor (21; 121) is mounted on a bearing (13) keyed onto the driven shaft (2).

4. Device according to claim 1 characterized in that said eddy current joint (40; 140) comprises a first element integral with the anchor and formed by a ring (41a; 141a) magnet holder (41; 141) and a second element (42 ; 142) in non-magnetic material integral with the driven element (35).

5. Device according to claim 1 characterized in that said rotor (21; 121) has friction means (31) integral with the front surface (21b) and suitable for coupling with the anchor (33).

6. Device according to claim 1 characterized in that said electromagnet (22), fixed, is concentric with the rotor (21) and diametrically inside it.

7. Device according to claim 6 characterized in that said anchor (33) is integral with the rotor (21).

8. Device according to claim 6 characterized in that said elastic axial thrust means (34) are interposed between the anchor (33) and the rotor (21).

9. Device according to claim 1 characterized in that said rotor (121) has friction means (31) integral with its front surface (121b).

10. Device according to claim 1 characterized in that said electromagnet (122), fixed, is coaxial to the rotor (121) and arranged externally thereto upstream with respect to the impeller (1).

11. Device according to claim 10 characterized in that the diametrical dimension of the rotor (121) is not greater than the corresponding diametrical dimension of the electromagnet (122).

12. Device according to claim 10 characterized by the fact that it comprises a sleeve (135), coaxially integral with the driven shaft (2) and coupled to the internal washer (123a) of a second coaxial bearing (123) whose external washer (123b) carries said electromagnet (122).

13. Device according to claim 12 characterized in that said sleeve (135) has an annular extension (135a) of axial abutment for the bearing (123) and of diametrical dimension suitable for determining a reduced air gap with the electromagnet (122).

14. Device according to claim 13 characterized in that said annular extension (135a) has a free front surface (135d) axially more extended towards the anchor with respect to the corresponding front surface of the electromagnet (122).

15. Device according to claim 13 characterized in that said annular extension (135a) has an annular seat (135b), recessed, suitable for housing the elastic axial thrust means (134) on the anchor (33).

16. Device according to claim 10 characterized in that said elastic means (134) for axial thrust on the anchor (33) are interposed between the anchor (33) itself and the driven element (135).

17. Device according to claim 10 characterized in that the return magnetic flux of the anchor (33) is developed both frontally and radially between the anchor (33) itself and the annular extension (135a) of the driven element (135).

18. Pump for recirculating a cooling fluid comprising a fixed pump body (11) carrying a shaft (2) for driving the impeller (1) characterized in that it comprises a device for transmitting a rotation motion from a rotor ( 21; 121) for generating the motion to the driven shaft (2) according to claim 1.

19. Pump according to claim 18 characterized in that it comprises a fan (4) integral with the driven shaft (2).