JP3947572B2 - 可変ピッチブレードを備えた一体ファンアッセンブリ - Google Patents
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Description
本発明は冷却システムに係り、特にピッチの変更を調節可能なブレードを備え、空気流量特性を変えることのできるファンアッセンブリに関する。また本発明はこのようなファンアッセンブリに適用可能な改良されたブレードユニットに関し、ファンアッセンブリの組立方法に関する。
冷却空気を生成すべく周方向に離間された複数のブレードを含むファンアッセンブリを設けることが知られている。このようなファンアッセンブリは、熱を発生する装置の冷却等のため、広く様々な分野で用いられる。例えば、自動車の分野では、ファンアッセンブリがエンジンの冷却の目的のため通常用いられる。特に、ファンアッセンブリは概して内燃機関のブロックに取り付けられ、シーブとベルトドライブ装置とを介してエンジンに駆動される。ファンアッセンブリは主にラジエータを通過する流れを発生し、総括的な温度調節式エンジン冷却システムの一部として組み込まれる。
ファンアッセンブリがエンジンによって駆動されるので、ファンブレードの回転速度はエンジン回転数に追従する。しかし、ファンアッセンブリに対する駆動部が典型的にクラッチ機構を備えるので、ファンアッセンブリは空気流を発生しないオフ状態と、エンジン速度により規定される最大速度で駆動されるオン状態とのいずれか一方となる。かかる装置において、エンジンが高速回転しているときにクラッチ機構が作動されると、かなりの初期荷重がドライブシステム、特にベルトに付加される。この種のエンジン冷却装置に関する他の問題は、ファンアッセンブリが使用するであろう力の量をコントロールできないということである。つまり、エンジンから引き出される馬力がファン速度に対して所定馬力に常に固定される。即ち、空気密度及び空気温度に拘わらず、引き出される馬力がファンの回転速度の三乗となる。これは、ファンアッセンブリが未だ高速で作動されるが、要求される冷却量が低いときに特に不利となる。さらに、ファンアッセンブリへの係合が、特にエンジン低回転時多大な騒音源となり得る。例えば、エンジンがアイドリング運転しているとき、ファンの係合によって発生するノイズが大きな騒音となり、クラッチ機構の摩擦要素の係合によって大きなノイズが発生する。
主に上記した問題のため、可変速度ファンアッセンブリ、例えばビスカス及び渦流タイプファンクラッチが組み込まれたもの、及び可変ピッチファンアッセンブリが開発されている。一般に、可変速度ファンアッセンブリは、ファンブレードの操作速度が、要求される冷却の程度により良く相関され得る点で有利である。当然、可変速度ファンアッセンブリであっても、与えられた特定のファン操作速度に対し一定の空気流量を与えるものでしかない。加えて、ビスカス駆動は一般に完全「オフ」状態又は「最大」空気流状態を与えることはできない。何故ならそれが常にスリップするからである。ここで、可変ピッチファンアッセンブリは、ブレードのピッチが要求冷却量に応じて調節されることができ、エンジンから引き出される馬力が減少され得るという理由で、有利に用いられる。
さらに、可変ピッチファンアッセンブリは、エンジン低速時であってもスムーズ且つ静かな方法で最初に係合されることができ、直ちにオフ或いは最大状態を採ることができる。
可変ピッチファンアッセンブリは空気流量特性をさらに高めるよう調節され得るが、流れの設計上の点や、特にメンテナンスの容易性という点で問題がある。例えば、使用中にブレードのピッチの変更が必要とされる接続であることから、ブレードはファンアッセンブリの保持部材から直ちに取り外すことができない。加えて、従来の可変ピッチファンアッセンブリのブレードは軸を有し、軸は、典型的これに接続された軸受を介して、ハウジングの外側の開口のみで回転可能に支持される。この構成は、特に高速作動中、ハウジングの集中部位に大きな力を作用させてしまう。さらに、ファンブレードを径方向外側に引っ張るような大きな力がファンブレードに作用されると、ブレード軸の軸受及びハウジングに対する緩みや分離すら生じさせる。
上記に基づき、ファンアッセンブリには、最適な空気流量を発生し、優れたメンテナンス性を発揮し、優れたファンブレードの構造と取付装置とを提供するよう設計されるべきという要求が存在する。
発明の概要
本発明は、特に内燃機関の冷却に適用可能な改良された可変ピッチファンアッセンブリを提供することにより、ファンアッセンブリに関する上記及び他の欠点及び問題点を解決するものである。
本発明によれば、ファンアッセンブリは1ユニットとして容易にドライブ装置に取り付けられ、その空気流量特性の変更のため作動中直ちに調節され得る。ファンアッセンブリはハウジングを含み、ハウジングは機械的に接続される複数のハウジング部から形成され、これらハウジング部は互いに離間される内壁を有し、内壁は内部チャンバを区画する。またファンアッセンブリは複数のブレードユニットを含み、そのそれぞれは周方向に離間した位置にてハウジングにより回転可能に支持される。またファンアッセンブリはブレードユニットに接続されたアクチュエータ部材を含み、アクチュエータ部材のハウジングに対する移動がブレードユニットのピッチを調節する。ハウジングを幾つかの部分から作ることにより、ファンアッセンブリをメンテナンスのため直ちに分解することができる。加えて、ファンアッセンブリが一体化されるので、事前の組立てが簡単で、ファンアッセンブリ全体を1ユニットとして、好ましくは別の機械的接続を通じて、容易にドライブ装置に取り付けることができる。
特に、ハウジングは好ましくは第一及び第二のハウジング部を含み、これらハウジング部は第一の組の機械的留め具を介して接続される。また、ハウジングは好ましくは、一方のハウジング部に形成された中心開口を横切って延出するカバー部材を含む。ハウジングは別の組の留め具の使用によりドライブ装置に取り付けられ、ドライブ装置は第一の組の機械的留め具を覆い、これによりファンアッセンブリのハウジングがドライブ装置から最初に外されるまで、第一の組の機械的留め具への接触は禁止される。組合せ状態において、両ハウジング部は周方向に離間された複数の開口を共同で形成する。開口内にはブレードユニットのジャーナル部が回転可能に支持される。ハブ部材が、一方のハウジング部にかつ内部チャンバ内に設けられる。ハブ部材には周方向に離間された複数のポケットが形成され、ポケットは開口に整列されブレードユニットのポスト部を回転可能に支持する。それ故、それぞれのブレードユニットは径方向に離間された二ヶ所の位置で好適に支持される。
本発明の好適実施形態によれば、それぞれのブレードユニットは1ユニットとして形成される。特に、それぞれのブレードユニットは、それぞれのポスト部、拡張フランジ部、径方向膨出部、それぞれのジャーナル部、伸張要素及びファンブレードによって画定される支持軸を含む。ポスト部、拡張フランジ部、径方向膨出部及びジャーナル部は、伸張要素同様、最初に一体の構成部品として形成されており、ファンブレードは伸張要素に直接一体成形される。この一体成形前に、スラスト軸受が好ましくは径方向膨出部の周囲に位置され、ブッシュスリーブがジャーナル部の周囲に配置される。ブッシュスリーブは、ハウジング部が組み合わされたとき形成される一の開口内で挟持されるような寸法を有する。この構成において、スラスト軸受とブッシュスリーブとを含むブレードユニット全体は一つのアッセンブリ部品を構成する。
様々なアクチュエータ装置が採用し得るが、アクチュエータ部材は好ましくはピストンを構成し、ピストンは例えばカバー部材を通じた内部チャンバ内への流体媒体の導入により内部チャンバ内で直線移動される。好ましくはダイアフラムがカバー部材とピストンとの間に組み込まれる。これにより抵抗が最少となり、正確なピストンの移動が容易に得られる。ピストンはそれぞれのファンブレード支持軸に接続され、これによりピストンのハウジングに対する移動がブレードユニットを回転させ、ファンブレードのピッチを変更する。ピストンを移動させるための流体媒体の導入により発生する力は、ピストンに作用し且つファンブレードを最大空気流量ピッチに向ける付勢力を上回らなければならない。好適実施形態において、ファンアッセンブリはまた検出ユニットを有する。検出ユニットは、ファンブレードの回転速度とピッチとの少なくとも一方を示す信号を発生する。このような検出ユニットは様々な形態を採ることができ、そこからの信号は好ましくはコントロールユニットに送られ、現在の作動パラメータに基づく最適ブレードピッチの確定に用いられる。
このように、本発明の目的は、複数の、互いに接続されたハウジング部から形成され、これらハウジング部が複数の構成部品を支持して、これにより一体ユニットが提供され、そのドライブ装置への取り付けが容易になり、それからの取り外しも容易となってメンテナンスが容易になる可変ピッチファンアッセンブリを提供することにある。
本発明の他の目的は、独特のブレードユニットを備え、それぞれのブレードユニットが、スラスト軸受とブッシュスリーブとを支持し且つファンブレードが一体成形される支持軸を含み、これによりブレードユニットの全体が1構成部品によって構成されて組立てと交換とが容易となるファンアッセンブリを提供することにある。
本発明のさらなる目的は、それぞれのブレードユニットを、ハウジングにおける径方向に離間された二ヶ所の位置で回転可能に支持し、ファンアッセンブリの作動中のハウジングへの反力を効果的に分散することにある。
本発明のさらなる目的は、ブレードユニットのピッチと回転速度との少なくとも一方を検出する装置を提供し、ファンアッセンブリの作動を正確に制御することにある。
本発明のファンアッセンブリのさらなる特徴と利点及びその組立方法が、添付図面を参照しつつ理解されるべき後述する好適実施形態の詳細な記載から明らかになるであろう。尚、異なる図面であっても同じ部品には同じ(ような)符号が付されている。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明のファンアッセンブリの部分正面断面図で、特にブレードユニットの取付状態を描いている。
図2は、図1の2−2線に沿ったファンアッセンブリの断面図で、ファンアッセンブリのドライブ装置への取付状態を描いており、アクチュエータ部材は図の上半分で一方の最大操作位置にあり、図の下半分で他方の最大操作位置にある。
図3は、図1の3−3線に沿ったファンアッセンブリの断面図である。
図4は、概して図3の4−4線に沿ったファンアッセンブリの部分断面図である。
ここで、留意すべきは、これらの図が本発明の基本的教示の説明の容易化のためにのみ描かれているということである。好適実施形態をなす部品の数、位置、関係及び寸法に関する図示実施形態の拡張は、後述の本発明の教示が読まれ理解された後は、説明され当業者の範疇のものとなるであろう。さらに、特定の力、重さ、強さ及び同様の要求に等しくするための正確な寸法及び寸法比が、同様に、後述の本発明の教示が読まれ理解された後は、当業者の範疇にあるであろう。
さらに、ここで「第一」、「第二」、「内側」、「外側」、「径方向」、「軸方向」、「周方向」、及び同様の用語が用いられたとき、これらの用語は図示された構造を見ている人にそう見えるだろうと考えて用いただけであり、かつ発明の記述・説明を容易にするためにのみ用いられると解すべきである。
発明を実施するための最良の形態
本発明の好適な教示に関するファンアッセンブリの好適実施形態が図面に概して10で示される。この最適実施形態において、ファンアッセンブリ10はとりわけ車両の内燃機関に適用されるが、本発明のファンアッセンブリ10の他への適用は直ちに明らかになるであろう。それ故、本発明の好適実施形態において、ファンアッセンブリ10はドライブユニット12に取り付けて示されており、ドライブユニット12はシーブ14を含み、シーブ14は、軸受ブラケット22(図2参照)のスタブシャフト20に一対の軸受ユニット16,18を介して回転可能に取り付けられる。軸受ブラケット22もまたフランジ部24を含み、フランジ部24はスタブシャフト20に一体に形成されると共に複数の穴26が設けられ、穴26はエンジンブロック又はこれに類するもの(図示せず)に軸受ブラケット22を固定するために用いられる。
とりわけ、軸受ユニット16,18は、シーブ14及びスタブシャフト20に嵌合(圧入)されると共にスペーサリング32によって軸方向に離間される。軸受ユニット16,18のインナレース(単独符合なし)はスタブシャフト20上にワッシャ34及びナット36によって軸方向に保持され、ナット36はスタブシャフト20の終端部に螺合される。軸受ユニット16,18のアウタレース(これも単独符合なし)はシーブ14に接して嵌合(圧入)されると共に、シーブ14との係合及びリテーナリング38の存在によって望ましい軸方向位置に保持される。
シーブ14には外側溝付き表面部40が形成され、その外側溝付き表面部40は、内燃機関に駆動される駆動ベルトを受け入れるよう用いられる。この装置では、シーブ14がエンジンの運転中常に駆動される。エンジンとシーブとの間の相対回転速度(駆動比)を変えるために様々な装置が考えられる。例えば、簡単には、ドライブシャフトに対するシーブの相対的な大きさを変更するなど。しかし、好適実施形態において、シーブ14は好ましくはエンジンに対し1:1の比で駆動される。その理由は後に明らかになるが、シーブ14もまた概して截頭円錘状の環状ドライブリング42を含み、環状ドライブリング42は軸端面44を有する。
図示されるように、スタブシャフト20には内部穴46が形成され、内部穴46の中には流体供給カップリング48が位置されている。概して、流体供給カップリング48は周知のカートリッジの形態をとっており、それ故ここでは詳述しない。しかしながら、留意すべきは、流体供給カップリング48が、軸受ブラケット22に形成された入口通路52を通じて供給された加圧流体の供給を受けるよう適用される内部通路50を含むことである。
スタブシャフト20にはプレート54が留め具56により取り付けられる。プレート54は少なくとも一つのセンサ58を保持し、好適実施形態において、センサ58は、少なくとも一つの羽根ピッチと、後に詳述されるであろう好適な形態におけるファンアッセンブリ10の操作速度とを検知するよう用いられる。ここで、図2に示されないが、センサ58がコントロールユニットに複数の電線で電気的に接続されるよう用いられることを認識すべきである。電線はスタブシャフト20に形成された軸方向溝60を通じてセンサ58に供給される。
図2及び図3に最もよく示されるが、ファンアッセンブリ10はハウジング68を含み、ハウジング68は第一及び第二のハウジング部70,72からなり、これらハウジング部70,72は離間された周縁部の位置で複数の第一ねじ部材74(図2参照)により互いに接続されるよう用いられる。好適実施形態において、部材74は第二のハウジング部72を貫通して第一のハウジング部70に螺合され、その部材74の頭部は第二のハウジング部72に形成された穴76に通ずる窪みに受け入れられる。ファンアッセンブリ10は一組の第二ねじ部材78によってシーブ14に取り付けられるよう用いられる。特に、第一及び第二のハウジング部70,72には互いに整列される複数の貫通穴80が形成され、貫通穴80は穴76に通ずる窪みから離間されると共に部材78を受け入れる。これによりファンアッセンブリ10が環状ドライブリング42に接続され、環状ドライブリング42の軸端面44が部材74の頭部を覆う。この装置において、シーブ14からファンアッセンブリ10を取り外した後にのみ部材74への接触が許容される。
ハウジング部70,72は離間された内壁部(符号なし)を有し、内壁部はそれらの間に内部ハウジングチャンバ82を区画する。第二のハウジング部72には中心開口84が形成され、中心開口84は内部ハウジングチャンバ82に通じている。カバー部材86は中心開口84を横ぎって延出し、第二のハウジング部72に複数の、周方向に離間された留め具88によって固定される。カバー部材86には中心穴が設けられ、中心穴には流体通路94を有するカップリング92が螺合締結される。ファンアッセンブリ10がシーブ14に固定されているとき、流体通路94は流体供給カップリング48の内部通路50に整列され、これにより入口通路52に供給された加圧流体が流体供給カップリング48及びカップリング92を通じて内部ハウジングチャンバ82へと流れることができる。可撓性を有するダイアフラム96が内部ハウジングチャンバ82内にカバー部材86に近接して配置され、ダイアフラム96は環状の周縁部を有し、周縁部は第二のハウジング部72とカバー部材86との間にシール状態で挟持される。この装置においては、内部ハウジングチャンバ82内への加圧流体の流れが、後に詳述されるようにダイアフラム96に作用してこれを偏向させるであろう。
内部ハウジングチャンバ82内で第一のハウジング部70に取り付けられるのはハブ部材106である。好適実施形態において、ハブ部材106は第一のハウジング部70から分離して形成され、第一のハウジング部70に凹所のボルト108で固定される。ハブ部材106は、アクチュエータ部材112を案内支持するために用いられる外側の、好ましくは柱面(cylindrical surface)を有する。好適実施形態において、アクチュエータ部材112はピストンによって構成され、ピストンは、ハブ部材106に対向する窪み116が形成された端板部114と、外側に延出する板部118とを有する。外側に延出する板部118には、複数の離間された穴120(図1,2及び4参照)が設けられ、穴120はカバー部材86に向けてアクチュエータ部材112を付勢するためのスプリング122を受け入れるために用いられる。スプリング122はスタッド124に沿って伸張することにより望ましい配列に維持され、スタッド124は第一のハウジング部70から内部ハウジングチャンバ82内に突出する。
図1に最もよく示されているようにアクチュエータ部材112には好ましくは複数の小面が刻設され、その各面には周縁スロット128が形成され、周縁スロット128は径方向延出溝130に通ずる。それぞれの径方向延出溝130は、ハブ部材106に形成されたそれぞれの凹状ポケット132に整列される(図1及び3参照)。整列された径方向溝130と凹状ポケット132とに受け入れられるのは、ブレードユニット140の伸張ポスト部138である。伸張ポスト部138は実際にはブレードユニット140の一体形成された支持軸142の部分をなす。支持軸142もまた拡張フランジ部144、径方向隆起部146、ジャーナル部148及び伸張部150を含む(図3参照)。支持軸142は好ましくは金属で一体に形成されるが、他の材料が容易に採用し得る。少なくとも支持軸142は、剛性の完全化のため、全体が均質材料で形成され、分割線、分かれ目その他のものがないようにされる。例えば、支持軸142は、単一の型穴内で一要素として鋳造され、或いは材料の単一ブロックから機械加工されることにより形成されることができる。これにより、破損又は振動を生じさせるような留め具、溶接その他の接続部が存在しなくなる。
それぞれのブレードユニット140はさらにファンブレード152を含み、ファンブレード152は、伸張部150に取り付けられるベース154を有する。好適実施形態において、ファンブレード152はプラスチックから形成され、伸張要素150上に一体成形される。ファンブレード152の成形前にスラスト軸受156(図3)が拡張フランジ部144上に且つ径方向隆起部146の周囲に配置される。加えて、ブッシュスリーブ158がジャーナル部148の周囲に取り付けられ、スラスト軸受156と係合する。それ故、スラスト軸受156とブッシュスリーブ158とが支持軸142に取り付けられ、ファンブレード152が伸張要素150上に一体成形されると、全体のブレードユニット140が一体のユニットをなす。
ブレードユニット140はハウジング68に形成された周方向に離間された開口162内に取り付けられるよう用いられる。本発明に従ってブレードユニット140の特定数は変更し得るが、動的バランス確保のため、好ましくは、径方向の反対側に等しい数のブレードユニット140が設けられる。好適実施形態において、図3に最もよく示されるように、それぞれの開口162は実際には第一及び第二のハウジング部70,72の組に形成される。それ故、それぞれのハウジング部70,72はそれぞれの開口162のアーチ状部分を区画する。この図に明瞭に示されているように、それぞれのブレードユニット140はブッシュスリーブ158とともに第一及び第二のハウジング部70,72の間に挟まれて取り付けられ、一方ポスト部138は径方向溝130を通じて延出し、それぞれの凹状ポケット132に入り込む。この構成において、それぞれのブレードユニット140は、ハブ部材106とハウジング68との両者によって、開口162において、ブッシュスリーブ158に挿通されて回転可能に支持される。これらの径方向に離間した支持位置を設けることによって、ファンアッセンブリ10の作動中にブレードユニット140に作用する力は効果的に分散される。ポスト部138のポケット132内への取付け及びブッシュスリーブ158の開口162内への取付けは曲げ力の分散を助け、フランジ部144はブッシュスリーブ158及びスラスト軸受156の部分を通ずる径方向の力に対抗する。ハブ部材106は様々な材料で形成され得るが、ベアリングブロンズ(bearing bronze)が好ましくは用いられ、これによりハブ部材106自身が必要部品数を最少にするための軸受として機能する。
それぞれの支持軸142の拡張フランジ部144には穴(図示せず)が形成され、穴は、ポスト部138とジャーナル部148とによって規定される長手方向の回転軸から偏心又はオフセットされる。それぞれの穴の中にピン166が固定され、ピン166はアクチュエータ部材112に形成された対応するスロット128内に突出する。当然、ピン166もまたフランジ部144に一体に形成されることができる点は理解されるであろう。加えて、ブッシュ(図示せず)、好ましくは潤滑剤含浸ポリマーで形成されたブッシュが、ピン166に被せられ、それぞれのスロット128に受け入れられてもよい。少なくとも、流体通路94を通じた加圧流体の導入によって内部ハウジングチャンバ82内でアクチュエータ部材112の直線移動が生じると、アクチュエータ部材112とピン166との係合により、ポスト部138及びジャーナル部148によって規定される長手軸回りにそれぞれのブレードユニット140が回転する。とりわけ、図4に最もよく示されるように、ピン166が、アクチュエータ部材112の移動方向に垂直に延出するスロット128内に位置され、且つポスト部138によって規定される長手軸に平行だがこれから離間されるため、アクチュエータ部材112の直線移動は、ポスト部138の長手軸回りのピン166の回転を生じさせ、ブレードユニット140の回転を生じさせるであろう。このブレードユニット140の回転は効果的にファンブレード152のピッチを調節し、これによりファンアッセンブリ10の空気流量特性を変更(変化)させる。当然、カバー部材86から離れるようなアクチュエータ部材112の移動は(図2の下半分参照)、スプリング122で発生する付勢力に対抗してなされている。この付勢力はファンブレード152を最大流量位置に位置付けようとしている。アクチュエータ部材112の伸張は好適実施形態ではスタッド124の末端との接合により規制される。
図2を参照して、第二のハウジング部72及びカバー部材86には互いに整列された穴(符合なし)が形成され、穴にはそれぞれシャフト177が挿通される。それぞれのシャフト177の一端は、螺合接続を介して、アクチュエータ部材112とともにハウジング68に対して移動するため固定されており、シャフト177の他端には好ましくは磁石180が設けられる。磁石180はセンサ58とともにファンブレード152のピッチ及びそれの回転速度の少なくとも一方の信号を出すべく作用する。特に、センサ58は、磁石180によって生成された磁界の存在及び強度を検知すべく機能する。磁石180とセンサ58との間の距離がファンブレード152のピッチに直接関係し、センサ58によって検知される磁石180の通過間のタイミングがファンアッセンブリ10の動作速度を反映するので、このシンプルな検出装置は、内部ハウジングチャンバ82に流入する加圧流体の流量を調節するために用いられる複数の信号をコントロールユニットに提供し得る。
本発明によれば、ファンアッセンブリ10は、最初にそれぞれのシャフト177(実際には一或いはそれ以上が設けられ得る)をアクチュエータ部材112に取り付けることによって組み立てられる。次に、ハブ部材106がアクチュエータ部材112の窪み116内に保持されたまま、ピン166がスロット128内に延出しポスト部138の末端がそれぞれのポケット130内に位置するよう、一つのブレードユニット140が配置される。当然、上述したように、ブレードユニット140は一体的なアッセンブリによって構成される。即ち、支持軸142には伸張要素150、ジャーナル部148、径方向隆起部146、拡張フランジ144及びポスト部138が一体に形成され、スラスト軸受156及びブッシュスリーブ158は支持軸142に取り付けられ、ファンブレード152のベース154は伸張要素150の周囲に一体成形される。一つのブレードユニット140がアクチュエータ部材112とハブ部材106とに接続されると、ハブ部材106が解放可能となり、残りのブレードユニット140が同様に接続可能となる。全てのブレードユニット140が正確に挿入された後は、ブレードユニット140、アクチュエータ部材112及びハブ部材106のそれぞれが同時に第二のハウジング部72内に位置付けられ、それぞれのシャフト177が、第二のハウジング部72に形成されたそれぞれの穴に整列する。ここで、留意すべきは、カバー部材86、ダイアフラム96及び留め具88がまだ第二のハウジング部72に取り付けられていないということである。アクチュエータ部材112の穴120にスプリング122を配置した後、第一のハウジング部70が第一のハウジング部72に組み合わされ、スタッド124はスプリング122内に受け入れられ、第一のハウジング部70と第二のハウジング部72との合体表面はブッシングスリーブ158を挟み込む開口162を合わせて区画する。第一のハウジング部70と第二のハウジング部72との合体は、ハウジング68を分割しようとするような圧縮をスプリング122に要求する。第一のハウジング部70と第二のハウジング部72とを合わせた状態に保持しつつ、留め具74が穴76内に位置されて第一のハウジング部70内に固定される。次に、留め具108が、アクチュエータ部材112に形成された中心穴(符合なし)を通じて固定される(図3参照)。この後、ダイアフラム96及びカバー部材86が留め具88によって固定される。最後に、カップリング92が取り付けられる。
図3に明瞭に示されているように、それぞれのブレードユニット140に対するブッシュスリーブ158と拡張フランジ部144との少なくとも一部が、対応する開口162より大きな直径を有している。それ故、支持軸142は、大きな構造的ダメージなしに開口162を通過できない。この構成において、ファンアッセンブリ10の作動中に発生する径方向の負荷は、拡張フランジ部144、スラスト軸受156及びブッシュスリーブ158の部分を通じてハウジング68に伝達される(図3参照)。加えて、拡張フランジ部144が支持軸142のポスト部138及び他の部分に一体に形成されているので、ファンアッセンブリ10の作動中、大きな径方向の力が発生したとき、フランジ部144はポスト部138に対し動くことがなく、支持軸142のハウジング68からの離脱が防止される。周知のように、従来装置ではフランジ部が分離されている。最後に、留め具88は、ダイアフラム96を間に挟みつつ、カバー部材86を第二のハウジング部72に固定するのに用いられる。この工程はカップリング92をカバー部材86に予め取付けてから行われることができ、或いはカップリング92がその後所定位置に固定されることができる。
ファンアッセンブリ10が特に内燃機関の冷却に用いられるため、ドライブユニット12の好適な構成は、最初に軸受ユニット16,18をシーブ14に圧入し、リテーナリング38を取り付けることによってその組み立てを可能にする。センサ58のため少なくとも一本の電線が溝60内に配置される。軸受ブラケット22のスタブシャフト20はその後軸受ユニット16,18内に圧入され、ワッシャ34とナット36とにより固定される。流体供給カップリング48が穴46に挿入され、保持リング(図2に示されるが単独符合なし)によって捕獲される。センサ58を備えたプレート54がその後軸受ブラケット22に留め具56によって取り付けられる。
上述したように、軸受ブラケット22が、フランジ部24の穴26の位置でエンジンのブロック部に固定されるよう用いられる。エンジンからのドライブベルトがその後シーブ14に巻かれ、適正なテンションを与えられる。ファンアッセンブリ10のハウジング68は、その後直ちに留め具78によってシーブ14にこれと同期回転すべく取り付けられることができる。ドライブベルトがシーブ14に巻かれるまで、ハウジング68がシーブ14に取り付けられないので、ベルトの取付けは容易化される。また、ハウジング68をシーブ14に固定するとき、環状ドライブリング42の軸端面44が留め具74を覆う。この構成は、ドライブユニット12からハウジング68を最初に取り外すことなしに、ハウジング68が分解されないことを有利に保証する。このことは重要である。なぜなら、上述したように、スプリング122がハウジング68の組み立てのとき圧縮されるので、留め具76の偶然(不注意)の移動(除去)がファンアッセンブリ10の全体を分解させないだけでなく、それの付近での重大な故障も生じさせないからである。もっとも、留め具74が環状ドライブリング42で覆われているので、留め具74が偶然に移動されることはない。当然、ファンアッセンブリ10は、修理やメンテナンスの目的のため、シーブ14から容易に取り外すことができる。留め具78が容易に見え、当該目的のため接触(接近、アクセス)可能だからである。ブレードユニット140を修理する必要があるときは、エンジンシャシーから軸受ブラケット22を取り外すことなくハウジング68がシーブ14から簡単に取り外され、開かれ、新しいブレードユニット140が故障したユニットと交換される。それぞれのブレードユニット140の様々な構成部品が一つのユニットに一体化されているので、交換は容易で且つ効率的に行える。
上記において本発明の好適実施形態に従うファンアッセンブリの基本的教示が説明されたので、他の変形例は当業者にとって自明であろう。例えば、ファンブレード152のピッチは加圧流体で駆動される作動システムの使用を通じて調節されるが、機械、電気、油圧及び空圧システムを含む様々な作動システムが採用し得る。それ故、アクチュエータ部材112は、上記のような望ましい機能が果たせるなら、ピストンだけでなく様々な形態を採ることができる。加えて、アクチュエータ部材112の取付け方の変形については、単にそれの許容移動量を増大することによって逆流すら発生させることもできる。また、ファンブレード152は、例えばねじりを設けるといったように、様々な形状を採り得る。ねじりを設けることにより、ゼロ容量からエンジン及び/又はファン速度に基づく最大値まで無限に変化し得る冷却容量を提供できるというブレードの特徴を犠牲にすることなしに、翼効率を増加することができる。さらに、検出装置も上記の形態に限定されない。むしろ、様々なタイプの周知の速度及び位置センサが採用し得る。これには別のタイプの容量型センサが含まれる。加えて、本発明の検出装置が、クラッチのような他の回転を制御する装置に用いられることができることを認識すべきである。最後に、種々の材料が、ファンアッセンブリ10の構成部品を形成すべく用いられることができる。これには種々の金属及びプラスチックが含まれる。特に有利なのは、第一及び第二のハウジング部70,72を、アクチュエータ部材112同様、プラスチックから構成することである。こうすると重量とコストの軽減が図られる。
このように、ここに開示された本発明は、その趣旨及び特徴、並びにここで述べられた実施形態から外れない範囲で、様々な他の実施形態を採ることができる。なおここで述べられた実施形態は全ての態様が図示され、制限されないと考えるべきである。本発明の要旨は、上記の記載よりもむしろ、後述の請求の範囲に示されるべきである。請求の範囲と同一及び等価の範囲内における全ての変形がそこに包含される。
Claims (24)
- ドライブ装置に1ユニットとして着脱可能に取り付けられ、空気流量特性を変更すべく作動中に調節可能なファンアッセンブリであって、
上記ドライブ装置に接続されて第一軸回りに回転するハウジングを備え、該ハウジングが互いに接続される第一及び第二のハウジング部を含み、これら第一及び第二のハウジング部が内壁部を有し、該内壁部が離間されて内部ハウジングチャンバを区画し、上記ハウジングがその周縁部に形成された周方向に離間された複数の開口を含み、それぞれのハウジング部がそれぞれの開口のアーチ状部分を区画し、
上記第一及び第二のハウジング部の一方から延出し、上記内部ハウジングチャンバ内に位置され、上記開口から径方向に離間して位置されたハブ部材を備え、該ハブ部材が複数の周方向に離間されたポケットを含み、該ポケットのそれぞれが上記開口のうちの一つに整列され、
複数の一体化された、1ピースのブレードユニットを備え、それぞれのブレードユニットが一体に形成された支持軸とファンブレードとを含み、ファンブレードが支持軸の周囲に形成されたベースを有し、支持軸とファンブレードとが一体のアッセンブリを構成し、該アッセンブリが1ユニットとしてハウジングに取り付けられ、それぞれのブレードユニットの支持軸が、それぞれの一つの開口に回転可能に取り付けられる柱面状のジャーナル部と、該ジャーナル部から延出するポスト部とを含み、これらジャーナル部とポスト部とが共通の長手軸に沿っており、上記支持軸が、それぞれの一つのポケットに回転可能に取り付けられる末端を含み、これによりそれぞれのブレードユニットが径方向に離間された二ヶ所の位置で支持され、上記ハウジングに対して回転し、上記ファンブレードのピッチが変更され、上記ファンアッセンブリの空気流量特性が変更され、上記支持軸が、上記ジャーナル部と上記ポスト部の末端との間に配置された拡張フランジ部を含み、該拡張フランジ部が、上記ポスト部と、上記ジャーナル部が回転可能に取り付けられた上記開口との両方より大きな直径を有し、
上記ハウジング内に設けられ、上記第一軸回りに上記ハウジングと同期回転し、且つ上記第一軸に沿って任意の位置に上記ハウジングに対し軸方向に移動するアクチュエータ部材を備え、該アクチュエータ部材がそれぞれのブレードユニットに接続され、該アクチュエータ部材の選択的な軸方向の移動が上記ファンブレードのピッチを制御し、
周方向に離間して位置され、上記第一及び第二のハウジング部を最初に接続する複数の第一の留め具を備え、
上記ハウジングを上記ドライブ装置に取り外し可能に取り付ける複数の第二の留め具を備え、上記複数の第一の留め具への接触が上記ドライブ装置によって妨げられ、上記第一及び第二のハウジング部の分解が、上記ドライブ装置から上記ハウジングを取り外したときのみ許容され、
検出システムを備え、該検出システムが、上記アクチュエータ部材に取り付けられ上記第一軸回りに上記アクチュエータ部材とともに回転し且つ上記第一軸に沿って上記アクチュエータ部材とともに移動する第一のセンサ要素と、上記ドライブ装置に固定される第二のセンサ要素とを含み、該第二のセンサ要素が、上記第一のセンサ要素の上記第一軸回りの回転速度と、上記第一のセンサ要素の移動量との両方を検出し、上記アクチュエータ部材の回転速度と軸方向位置とを示す信号を発生し、これらが、順に、上記ブレードユニットの回転速度とピッチとに相当する
ことを特徴とするファンアッセンブリ。 - ドライブ装置に1ユニットとして容易に着脱可能に取り付けられるファンアッセンブリであって、
互いに接続された第一及び第二のハウジング部を含むハウジングを備え、これら第一及び第二のハウジング部が内壁部を有し、該内壁部が離間されて内部ハウジングチャンバを区画し、上記第一及び第二のハウジング部の少なくとも一方が、そのアーチ状部分で形成される周方向に離間された複数の開口を含み、
周方向に離間して位置され、上記第一及び第二のハウジング部を最初に接続する複数の第一の留め具を備え、
複数のブレードユニットを備え、それぞれのブレードユニットがそれぞれの一つの開口に取り付けられた支持軸を含み、
上記ハウジングを上記ドライブ装置に取り外し可能に取り付ける複数の第二の留め具を備え、上記複数の第一の留め具への接触が上記ドライブ装置によって妨げられ、上記第一及び第二のハウジング部の分解が、上記ドライブ装置から上記ハウジングを取り外したときのみ許容される
ことを特徴とするファンアッセンブリ。 - 上記複数の第一の留め具が、上記第二のハウジング部に挿通されると共に上記第一のハウジング部内に固定され、上記第二のハウジング部が上記ドライブ装置に隣接され、上記複数の第二の留め具が上記第一及び第二のハウジング部のそれぞれに挿通され、上記ハウジングを上記ドライブ装置に接続する
請求項2記載のファンアッセンブリ。 - 上記ファンアッセンブリがシーブを含むドライブ装置に取り付けられ、上記ファンアッセンブリが上記ドライブ装置に取り付けられたとき、上記シーブの一部が上記複数の第一の留め具を覆う
請求項3記載のファンアッセンブリ。 - それぞれの上記ブレードユニットの上記支持軸が、それぞれの上記開口の一つに回転可能に取り付けられ、
内部ハウジングチャンバ内に移動可能に設けられたアクチュエータ部材をさらに備え、該アクチュエータ部材がそれぞれのブレードユニットの上記支持軸に接続され、上記アクチュエータ部材の上記ハウジングに対する移動が、上記ファンブレードを上記ハウジングに対し回転させ、上記ファンブレードのピッチを変更し、上記ファンアッセンブリの空気流量特性を変更する
請求項4記載のファンアッセンブリ。 - 上記アクチュエータ部材がピストンによって構成され、
該ピストンを移動させるべく上記ハウジング内に形成されて流体媒体を内部に導く通路をさらに備え、
上記ハウジング内の上記ピストンと上記通路との間に位置される可撓性を有したダイアフラムをさらに備える
請求項5記載のファンアッセンブリ。 - 上記開口から径方向に離間した位置において上記ハウジングから延出するハブ部材をさらに備え、該ハブ部材が周方向に離間されたポケットを含み、それぞれの支持軸がそれぞれの一つの開口に回転可能に取り付けられた柱面状のジャーナル部を含み、
該ジャーナル部から延出するポスト部を備え、該ポスト部がそれぞれの一つのポケットに回転可能に取り付けられる末端を含み、これによりそれぞれのブレードユニットが径方向に離間された二ヶ所の位置で支持され、上記ハウジングに対して回転し、上記ファンブレードのピッチが変更され、上記ファンアッセンブリの空気流量特性が変更され、
上記ジャーナル部と上記ポスト部との間に配置された拡張フランジ部を備え、該フランジ部が、上記ジャーナル部が回転可能に取り付けられる上記開口より大きい寸法を有し、上記支持軸が一体の部材として形成され、上記ジャーナル、上記フランジ及び上記ポスト部が1ユニットを構成する
請求項2記載のファンアッセンブリ。 - それぞれのブレードユニットが、上記ジャーナル部と、上記開口と、上記フランジ部及び上記ハウジングの間に配列されたスラスト軸受との間に配置されたブッシュスリーブを備え、それぞれのブレードユニットが一つの、交換可能なユニットとして一体化され、上記支持軸が、上記スラスト軸受と上記ブッシュスリーブと上記ファンブレードのベースとを受け入れ、該ベースが上記支持軸に一体成形されて上記フランジ部と上記ファンブレードとの間に上記スラスト軸受と上記ブッシュスリーブとを一体的に保持する
請求項7記載のファンアッセンブリ。 - ドライブ装置によって回転され、空気流量特性の変更のため作動中に調節され得るファンアッセンブリであって、
ハウジングを備え、該ハウジングが、周方向に離間された複数の開口が形成される周縁部を有し、
上記ハウジング(68)から延出し、上記開口(162)から径方向に離間して位置されたハブ部材(106)を備え、該ハブ部材(106)が複数の周方向に離間されたポケット(132)を含み、該ポケット(132)のそれぞれがそれぞれの一つの開口(162)に整列され、
上記ハウジング(68)に対して移動可能に設けられたアクチュエータ部材(112)を備え、
複数のブレードユニット(140)を備え、それぞれのブレードユニット(140)が支持軸(142)とファンブレード(152)とを含み、ファンブレード(152)が支持軸(142)に取り付けられるベース(154)を有し、それぞれのブレードユニット(140)の支持軸(142)が、それぞれの一つの開口(162)に回転可能に取り付けられる柱面状のジャーナル部(148)と、該ジャーナル部(148)から延出するポスト部(138)とを含み、これらジャーナル部(148)とポスト部(138)とが共通の長手軸に沿っており、上記ポスト部(138)がそれぞれの一つのポケット(132)に回転可能に取り付けられ、これによりそれぞれのブレードユニット(140)が径方向に離間された二ヶ所の位置で支持され、上記ハウジング(68)に対して回転し、上記ファンブレード(152)のピッチが変更され、上記ファンアッセンブリ(10)の空気流量特性が変更され、上記アクチュエータ部材(112)がそれぞれのブレードユニット(140)の支持軸(142)に接続され、上記ハウジング(68)に対する上記アクチュエータ部材(112)の移動が上記ハウジング(68)に対し上記ファンブレード(152)を回転させ、上記ファンブレード(152)のピッチを変更する
ファンアッセンブリにおいて、
上記アクチュエータ部材(112)がピストンによって構成され、該ピストンが中心凹部(116)を有し、該中心凹部(116)内で、複数の周方向に離間されたポケット(132)を含む上記ハブ部材(106)が延出し、上記ハウジング(68)に対する上記ピストン(112)の移動を直線的に案内し、上記ピストン(112)が複数の径方向延出溝(130)を含み、これら径方向延出溝(130)が、上記ハブ部材(106)に含まれ周方向に離間された複数のポケット(132)に整列され、上記ファンブレード(152)の支持軸(142)が上記ピストン(112)の上記径方向延出溝(130)内に受け入れられ、それぞれのポスト部(138)が、それぞれの一つの上記ポケット(132)内に回転可能に取り付けられる末端を含む
ことを特徴とするファンアッセンブリ。 - 上記ハブ部材(106)が上記ハウジング(68)から分離形成され、上記ハウジング(68)に取り付けられる
請求項9記載のファンアッセンブリ。 - それぞれのブレードユニット(140)に対する上記支持軸(142)が、上記ジャーナル部(148)と上記ポスト部(138)との間に配置された拡張フランジ部(144)をさらに含み、該拡張フランジ部(144)が、上記ジャーナル部(148)が回転可能に取り付けられる上記開口(162)より大きい寸法を有し、上記支持軸(142)が一体の部材として形成され、上記ジャーナル、フランジ及びポスト部(148,144,138)が1ユニットを構成する
請求項9又は10記載のファンアッセンブリ。 - それぞれのブレードユニット(140)が、上記ジャーナル部(148)と、上記開口(162)と、上記フランジ部(144)及び上記ハウジング(68)の間に配列されたスラスト軸受(156)との間に配置されたブッシュスリーブ(158)をさらに備える
請求項11記載のファンアッセンブリ。 - それぞれのブレードユニット(140)が一つの、交換可能なユニットとして一体化され、上記支持軸(142)が、上記スラスト軸受(156)と上記ブッシュスリーブ(158)と上記ファンブレード(152)のベース(154)とを受け入れ、該ベース(154)が上記支持軸(142)に一体成形されて上記フランジ部(144)と上記ファンブレード(152)との間に上記スラスト軸受(156)と上記ブッシュスリーブ(158)とを一体的に保持する
請求項12記載のファンアッセンブリ。 - 上記ファンアッセンブリ(10)の作動中に上記ブレードユニット(140)のピッチと回転速度とを検知するための手段(58,180)をさらに備えた
請求項9乃至13いずれかに記載のファンアッセンブリ。 - 上記アクチュエータ部材(112)と上記ハウジング(68)との間で延出して上記アクチュエータ部材(112)を付勢する複数のスプリング(122)をさらに備えた
請求項9乃至14いずれかに記載のファンアッセンブリ。 - 上記ハウジング(68)から軸方向に延出する複数のスタッドをさらに備え、上記スプリングが上記スタッドの周りで延出し、上記スタッドが上記ハウジング(68)から離間された端を含み、該端が上記アクチュエータ部材(112)に係合して上記アクチュエータ部材(112)の上記ハウジング(68)に対する軸方向の許容移動量を制限する
請求項15記載のファンアッセンブリ。 - 上記ハウジング(68)内に形成され、上記複数のスプリング(122)の付勢力に抗じて上記ピストン(112)を移動させるべく流体媒体を導入する通路をさらに備えた
請求項15又は16記載のファンアッセンブリ。 - ドライブ装置に接続され第一軸回りに回転するハウジング(68)を有したアッセンブリ(10)のための検出システムであって、第一のセンサ要素(180)と、上記ドライブ装置に固定される第二のセンサ要素(58)とを含む検出システムにおいて、
上記アッセンブリ(10)が、その作動パラメータを選択的に制御するため、上記ハウジング(68)内に取り付けられ上記第一軸回りに上記ハウジング(68)とともに同期回転し且つ上記第一軸に沿って任意の位置に上記ハウジング(68)に対し軸方向に移動するアクチュエータ部材(112)を含み、
上記第一のセンサ要素(180)が上記アクチュエータ部材(112)に取り付けられて上記第一軸回りに上記アクチュエータ部材(112)とともに回転し且つ上記第一軸に沿って上記アクチュエータ部材(112)とともに移動し、上記第二のセンサ要素(58)が、上記第一のセンサ要素(180)が上記第二のセンサ要素(58)付近を通過するタイミングに基づいた、上記第一のセンサ要素(180)の上記第一軸回りの回転状態と、上記第一のセンサ要素(180)と上記第二のセンサ要素(58)との間の距離に基づいた、上記第一のセンサ要素(180)の移動量との両方を検出し、上記アクチュエータ部材(112)の回転速度と軸方向位置とを示す信号を発生する
ことを特徴とする検出システム。 - 上記ハウジング(68)に接続される複数の作用部材(140)をさらに備え、該作用部材(140)が、上記第一軸回りに上記ハウジング(68)とともに同期回転すると共に、上記ハウジング(68)と上記作用部材(140)との間の相対角度位置を調節すべく上記第一軸に実質的に垂直に配された第二軸回りに上記ハウジング(68)に対して回転し、上記アクチュエータ部材(112)が上記作用部材(140)に係合され、これにより上記ハウジング(68)に対する上記アクチュエータ部材(112)の軸方向の移動が上記作用部材(140)を上記第二軸回りに回転させ、上記発生された信号が、上記作用部材(140)の回転速度と、上記ハウジング(68)及び上記作用部材(140)間の相対角度位置とをも示す
請求項18記載の検出システム。 - 上記作用部材がファンブレードユニット(140)を構成し、該ファンブレードユニット(140)がそのピッチの調節のために回転され、これにより上記アッセンブリ(10)の空気流量制御パラメータが変更される
請求項19記載の検出システム。 - 上記第一のセンサ要素(180)が上記アクチュエータ部材(112)に固定された磁石を構成し、上記第二のセンサ要素(58)が上記磁石(180)の存在及び相対位置を示す信号を受ける
請求項18乃至20いずれかに記載の検出システム。 - ファンアッセンブリ(10)のハウジング(68)に形成された開口(162)内に、一体化された1ピースのアッセンブリとして回転可能に取り付けられたファンブレードユニット(140)であって、
該ファンブレードユニット(140)のピッチを調節することにより作動中に変更され得る空気流量特性を有し、
一体に形成された支持軸(142)を含み、
該支持軸(142)が、
上記ハウジング(68)に形成された開口(162)内に回転可能に取り付けられる柱面状のジャーナル部(148)と、
該ジャーナル部(148)と共通の長手軸に沿って上記ジャーナル部(148)から延出するポスト部(138)であって、上記長手軸に沿って上記ジャーナル部(148)から離間される末端を含むポスト部(138)と、
上記ジャーナル部(148)及び上記ポスト部(138)の間に配置された拡張フランジ部(144)であって、上記ポスト部(138)と、上記ジャーナル部(148)が回転可能に取り付けられる上記開口(162)との両方より大きな直径を有する拡張フランジ部(144)と
を含み、
上記ポスト部(138)の末端が、上記ジャーナル部(148)が回転可能に取り付けられる上記開口(162)から離間した位置で上記ハウジング(68)によって回転可能に支持されるような形状と寸法とを有し、
ファンブレード(152)を含み、該ファンブレード(152)が上記支持軸(142)の周囲に形成されたベース部(154)を有し、
上記支持軸(142)と上記ファンブレード(152)とが一体のアッセンブリをなし、1ユニットとして上記ハウジング(68)に取り付けられる
ファンブレードユニット(140)において、
上記フランジ部(144)から突出し、上記ポスト部(138)及び上記共通の長手軸からオフセットして位置されるピン部材(166)が設けられ、上記ファンブレードユニット(140)が上記ジャーナル部(148)及び上記ポスト部(138)の回りで回転すべく取り付けられたとき、上記ピン部材(166)が上記支持軸(142)を上記共通の長手軸回りに回転させるよう係合され、上記ファンブレード(152)のピッチを変更する
ことを特徴とするファンブレードユニット。 - 上記ポスト部(138)が上記ジャーナル部(148)より小さい直径を有する
請求項22記載のファンブレードユニット。 - 上記ジャーナル部(148)の周囲に取り付けられるブッシュスリーブ(158)と、上記フランジ部(144)及び上記ブッシュスリーブ(158)の間に配列されるスラスト軸受(156)とをさらに備え、上記ブッシュスリーブ(158)と上記スラスト軸受(156)とが、上記支持軸(142)の周りに上記ファンブレード(152)の上記ベース部(154)を形成する前に上記支持軸(142)上に配置され、これにより上記スラスト軸受(156)と上記ブッシュスリーブ(158)とが上記一体アッセンブリの一部を形成する
請求項22又は23記載のファンブレードユニット。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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