專利名稱：具有流體清除控制以及止回閥的電控制的流體偶合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及粘性風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)，并且更確切地涉及用于風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)的電 控制的流體偶合裝置。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及流體偶合裝置，這些裝置具體的類型是具有一個(gè)流體工作室以及一個(gè) 流體儲存器室、連同控制該工作室內(nèi)的粘性流體的量閥門安排。盡管本發(fā)明可以有利地用于具有不同配置和應(yīng)用的流體偶合裝置中，它尤其有利 之處在于一種偶連裝置，其類型為用于驅(qū)動內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的散熱器冷卻風(fēng)扇，并且將與此結(jié) 合進(jìn)行說明。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明可以與其他附件或部件一起使用并且可以用于工業(yè)應(yīng) 用中，而不是僅用于車輛，如汽車和卡車。粘性離合器類型的流體偶合裝置已多年用于驅(qū)動發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇(因此被稱為 “風(fēng)扇驅(qū)動器”)。這類風(fēng)扇驅(qū)動器可以導(dǎo)致發(fā)動機(jī)馬力的實(shí)質(zhì)性節(jié)省并且因此可以增加車 輛每加侖燃料可以實(shí)現(xiàn)的行進(jìn)里程的量值。典型的流體偶合裝置只在需要冷卻時(shí)在接合 的、相對較高速度的狀態(tài)下運(yùn)行，而在要求很少或者不要求冷卻時(shí)在脫離接合的、相對較低 速度的狀態(tài)下運(yùn)行。當(dāng)今，電啟動的粘性風(fēng)扇驅(qū)動器是已知的并得到應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兛梢栽诮雍?、部?接合、以及脫離接合的模式之間進(jìn)行精確地控制，以便按照由車輛發(fā)動機(jī)的計(jì)算機(jī)確定的 一個(gè)給定的風(fēng)扇速度來控制輸出。當(dāng)今使用的電致動的粘性風(fēng)扇驅(qū)動器具有安裝在風(fēng)扇驅(qū)動器的前側(cè)或后側(cè)的致 動器。在這兩種情況下，這些致動器是用滾珠軸承安裝到驅(qū)動器上，并且電線被拴系到一個(gè) 靜止位置上，該位置是在發(fā)動機(jī)上、或護(hù)罩上、或適合于具體的車輛或顧客應(yīng)用的任何最佳 位置上。對于前部安裝的致動器，電系繩(導(dǎo)線束)的長度是對于大風(fēng)扇應(yīng)用的一個(gè)限制 性因素。對于后部安裝的致動器，車軸長度可能限制在狹窄封裝應(yīng)用中的使用。此外，它們 還要求從風(fēng)扇驅(qū)動器到一個(gè)靜止位置的系繩(導(dǎo)線束)，如果風(fēng)扇是在安裝前組裝到風(fēng)扇 驅(qū)動器上，則該系繩可能難于在車輛中進(jìn)行安裝。每一種設(shè)計(jì)的耐久性是取決于軸承的壽 命以及這些拴系的電線和/或支架的耐久性和壽命。因此，不帶有系繩的風(fēng)扇驅(qū)動器(它沒有被拴系到一個(gè)靜止位置上的電線并且沒 有安裝到滾珠軸承上的致動器)可以改進(jìn)風(fēng)扇驅(qū)動器的耐久性并且降低流體偶合驅(qū)動器 的成本。然而，同樣重要的是，無系繩的風(fēng)扇驅(qū)動器保持了與系繩的風(fēng)扇驅(qū)動器相同的或相似的風(fēng)扇驅(qū)動器性能特性以及屬性。前部安裝的電致動器風(fēng)扇驅(qū)動器是在重型卡車和大型公共汽車應(yīng)用中使用的早 期的空氣致動的粘性風(fēng)扇驅(qū)動器的演化的結(jié)果。起初，在粘性驅(qū)動器的前部使用了雙金屬 控制彈簧構(gòu)件和機(jī)構(gòu)。隨后它們被軸承安裝的氣動螺線管所代替。對于系繩的耐久性問題 以及由公眾和政府實(shí)體所要求的更高的燃料經(jīng)濟(jì)性要求迫使重負(fù)荷工業(yè)轉(zhuǎn)換到?jīng)]有系繩 的氣動開/關(guān)的摩擦離合器。在這些離合器中，空氣供應(yīng)是通過這些安裝支架_皮帶輪子 組件的中心來供給的。當(dāng)今，汽車和重型負(fù)荷工業(yè)正面臨著甚至更嚴(yán)格的燃料經(jīng)濟(jì)性的限制、以及噪聲 控制要求。它們持續(xù)了對于可變速度或至少是多速的風(fēng)扇驅(qū)動器的需要。其結(jié)果是，粘性 驅(qū)動器是經(jīng)濟(jì)的且持久的解決方案，這些解決方案已經(jīng)演化成使用后部致動的粘性風(fēng)扇驅(qū) 動器。這些后部安裝的電控制的致動器被開發(fā)來減少與前部安裝的致動器相關(guān)的潛在的系 繩耐久性問題。因?yàn)檩S向長度和成本是優(yōu)于后部致動的風(fēng)扇驅(qū)動器，所以前部致動的粘性風(fēng)扇驅(qū) 動器繼續(xù)被用于輕型至中型負(fù)荷的應(yīng)用。然而，在某些輕型負(fù)荷汽油發(fā)動機(jī)應(yīng)用中，這里風(fēng) 扇離合器是由水泵驅(qū)動的，存在著由多種因素引起的系統(tǒng)共振問題，這些因素包括風(fēng)扇驅(qū) 動器的重力質(zhì)心(CG)。因此，對于多種應(yīng)用需要一種新的并且改進(jìn)的粘性風(fēng)扇驅(qū)動器，無論是用于輕型、 中型負(fù)荷或重型車輛的應(yīng)用。此外，對于具有降低的成本、改進(jìn)的耐久性、以及更好的噪聲 和振動性能的致動器存在著需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在使上述問題最小化，并且涉及拴系的致動器以及系統(tǒng)共振問題，同時(shí) 結(jié)合了令人希望的特征，如高速儲存器，以及一種組合的“故障安全”和抗回流的選擇。本發(fā) 明還使用了配置在低速構(gòu)件上的一種清除控制閥門，它作為一個(gè)流體流動分流器來工作。本發(fā)明提供了一種粘性風(fēng)扇驅(qū)動器，該驅(qū)動器具有一個(gè)前部安裝的風(fēng)扇以及沒有 拴系線束的電致動器。本發(fā)明使用了一個(gè)倒置的粘性離合器、一個(gè)傳動皮帶輪、以及一個(gè)分 立式電磁致動器，從而導(dǎo)致一種純粹機(jī)械的封裝件，該封裝件提供了超過現(xiàn)有發(fā)動機(jī)驅(qū)動 的電控制的粘性風(fēng)扇驅(qū)動器的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)倒置的離合器是常規(guī)離合器實(shí)質(zhì)上被翻轉(zhuǎn)的 離合器，這樣使該中央軸是輸出軸而這些外部構(gòu)件(如本體和蓋件)是輸入。在這種構(gòu)形中，致動器的電氣部分不是被物理地安裝到風(fēng)扇驅(qū)動器上，而是被安 裝到傳動皮帶輪處的一個(gè)靜止的構(gòu)件上。該靜止的構(gòu)件還可以被附接到水泵殼體上。這些 其余的致動器部件被整合到風(fēng)扇驅(qū)動器上，并且其結(jié)果是風(fēng)扇驅(qū)動器本身僅具有機(jī)械的部 分。通過在本申請中披露的實(shí)施方案，軸承的位置、皮帶輪的安裝、離合器的安裝、風(fēng)扇的安 裝、以及差動速度傳感器磁鐵全部被定位為以此來優(yōu)化粘性風(fēng)扇驅(qū)動器的性能和應(yīng)用。本 發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案可以使用具有儲能器的高速儲存器、具有低速閥門的清除控制器、壓 模的金屬蓋件、以及一體化的滑差速度傳感器。本發(fā)明允許離合器的接合或脫離接合的快 速響應(yīng)時(shí)間并且還允許電致動器的開環(huán)控制。當(dāng)與附圖以及所附的權(quán)利要求一起考慮時(shí)，本發(fā)明的其他益處、特征以及優(yōu)點(diǎn)將 從本發(fā)明的以下說明中變得清楚。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的分解視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的一個(gè)粘性風(fēng)扇驅(qū)動器的透視的局部截面視圖。圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的截面視圖。圖4A至圖4B分別展示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的閥門組件的接合和脫離接 合的位置。圖5A至圖5D展示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的滑差速度傳感器的多個(gè)部件以 及它們的運(yùn)行。圖6是可以與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案一起使用的止回閥機(jī)構(gòu)的示意性圖示。圖7A至圖7C展示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用于幫助冷卻風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)的另 一個(gè)實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參見附圖(它們并非旨在限制本發(fā)明)，圖1至圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的一種 流體偶合裝置10( “粘性風(fēng)扇驅(qū)動器”)的一個(gè)實(shí)施方案。裝置10包括一個(gè)粘性驅(qū)動機(jī)構(gòu) 12，該粘性驅(qū)動機(jī)構(gòu)被用于控制一個(gè)冷卻風(fēng)扇14的旋轉(zhuǎn)速度。粘性驅(qū)動機(jī)構(gòu)12被附接到 一個(gè)皮帶輪16上，該皮帶輪是由車輛發(fā)動機(jī)前部上的一條皮帶(未示出)來運(yùn)行的。該風(fēng) 扇驅(qū)動器是由一個(gè)電線圈18電啟動的，該電線圈被固定地安裝到一個(gè)靜止的安裝構(gòu)件20 上。安裝構(gòu)件20可以是被附接到車輛發(fā)動機(jī)或類似裝置上的一個(gè)支架、或者是用于車輛水 泵的一個(gè)安裝支架。例如，圖1至圖3示出了一個(gè)水泵22的一部分。風(fēng)扇構(gòu)件14可以是當(dāng)今已知和使用的任何類型的風(fēng)扇構(gòu)件，如塑料風(fēng)扇或金屬 風(fēng)扇。風(fēng)扇構(gòu)件14是由多個(gè)緊固件(如多個(gè)螺栓15)直接安裝到轉(zhuǎn)子構(gòu)件34上并且隨其 旋轉(zhuǎn)。粘性驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括一個(gè)蓋板構(gòu)件30、一個(gè)軸承構(gòu)件32、一個(gè)轉(zhuǎn)子構(gòu)件34、一個(gè)電 樞構(gòu)件36、一個(gè)儲存器板構(gòu)件38、以及一個(gè)本體構(gòu)件40。本體構(gòu)件40具有多個(gè)外部鰭片構(gòu) 件100，這些鰭片構(gòu)件用于幫助冷卻蓋構(gòu)件以及在粘性風(fēng)扇驅(qū)動器內(nèi)的這些內(nèi)部的部件和 流體。轉(zhuǎn)子構(gòu)件、儲存器板構(gòu)件以及本體構(gòu)件優(yōu)選地是由一種鋁材料制成。蓋板優(yōu)選地是 由一種金屬材料(如鋼)制成并且被模壓成為附圖中所示的構(gòu)形。與帶有多個(gè)鰭片的壓鑄 蓋構(gòu)件(當(dāng)今它常規(guī)地使用在粘性風(fēng)扇驅(qū)動器中)相比，一個(gè)模壓的鋼蓋板是不太昂貴的。 電樞構(gòu)件36優(yōu)選地是由一種塑料材料制成。同樣，如圖3所示，蓋板構(gòu)件30被固定地緊固到本體構(gòu)件40上。這可以通過使本 體構(gòu)件的一部分在蓋構(gòu)件(如由參考號31所示)在邊緣上變形并進(jìn)行型鍛來實(shí)現(xiàn)。本體 構(gòu)件進(jìn)而被多個(gè)螺栓或其他緊固件47直接附接到皮帶輪構(gòu)件16上。一個(gè)旋轉(zhuǎn)密封件42被用于對蓋板構(gòu)件30與本體構(gòu)件40之間的接頭進(jìn)行密封，以 防止鄰近風(fēng)扇構(gòu)件14的粘性流體的滲漏。一個(gè)安裝螺栓44與一個(gè)墊圈46 (還被稱作“拋擲環(huán)(slinger) ” ) 一起被用于將 粘性驅(qū)動機(jī)構(gòu)12和皮帶輪構(gòu)件16安裝到安裝構(gòu)件20上。安裝螺栓44裝配在一個(gè)空心軸 構(gòu)件48之內(nèi)，該空心軸構(gòu)件被安裝在旋轉(zhuǎn)軸50的末端49上，該旋轉(zhuǎn)軸在這個(gè)實(shí)例中是一個(gè)水泵軸。
軸50通過軸承構(gòu)件52和54被可旋轉(zhuǎn)地安裝在靜止的安裝構(gòu)件20之內(nèi)。安裝螺 栓44被螺紋安裝到旋轉(zhuǎn)軸50上，如圖3所示。與該粘性風(fēng)扇驅(qū)動機(jī)構(gòu)一起使用的電磁系統(tǒng)包括一個(gè)線圈18、連同一個(gè)鋼的殼體 構(gòu)件19，它們二者均被安裝到靜止的安裝構(gòu)件20上。線圈18具有一個(gè)導(dǎo)線束60，該導(dǎo)線 束被電氣連接到一個(gè)控制器62以及一個(gè)電源64上。控制器62接收來自多個(gè)發(fā)動機(jī)傳感 器66的關(guān)于發(fā)動機(jī)和車輛運(yùn)行狀態(tài)的電信號。這些運(yùn)行狀態(tài)可以是發(fā)動機(jī)溫度、燃料經(jīng)濟(jì) 性、排放物或影響發(fā)動機(jī)性能的其他的發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。例如，這些傳感器66之一可以是 一個(gè)發(fā)動機(jī)上安裝的冷卻劑傳感器或安裝到空調(diào)器上的一個(gè)壓力傳感器?？刂破?2具有 一個(gè)存儲的查詢表，該查詢表確定了對于一個(gè)給定的發(fā)動機(jī)速度的一個(gè)希望的發(fā)動機(jī)運(yùn)行 范圍。當(dāng)控制器62確定這些傳感器66中的一個(gè)或多個(gè)正在感測所希望的運(yùn)行范圍之外的 冷卻狀態(tài)時(shí)，外部控制器62將依據(jù)這個(gè)電信號而指示電源64向線圈18發(fā)送電力。因此， 例如，若外部控制器62確定發(fā)動機(jī)冷卻劑的溫度太低或者發(fā)動機(jī)溫度太低，則從控制器62 可以向電源64發(fā)送一個(gè)信號，以便啟動線圈18到達(dá)其所希望的脈沖寬度，其中在流體偶合 裝置10內(nèi)提供一個(gè)磁場。類似地，如果外部控制器62從這些傳感器66中的一個(gè)或多個(gè)確定了發(fā)動機(jī)或發(fā) 動機(jī)冷卻劑溫度是高于一個(gè)不希望的高范圍，那么沒有信號從外部控制器62發(fā)送到電源 64以及線圈18。因此，以此方式，控制器62解釋來自傳感器的這些信號以指示電源64經(jīng) 由導(dǎo)線束60向線圈18發(fā)送或不發(fā)送電流，從而以在此說明的一種方式來控制粘性風(fēng)扇驅(qū) 動器10的輸出。如所表明的，靜止的安裝構(gòu)件20可以包括一個(gè)水泵軸50，該水泵軸使用多個(gè)螺栓 或其他常規(guī)緊固件被直接安裝到曲軸皮帶輪(未示出)附近的一個(gè)發(fā)動機(jī)氣缸體(未示 出)上。在一個(gè)替代實(shí)施方案(未示出)中，安裝水泵的支架可以是一個(gè)獨(dú)立的支架-皮 帶輪子組件。水泵軸50被連接至多個(gè)葉輪23 (未示出)上，這些葉輪用于控制一個(gè)發(fā)動機(jī) 冷卻系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)動機(jī)冷卻劑的流動，以冷卻發(fā)動機(jī)。水泵軸50通過空心軸構(gòu)件48被安裝 到皮帶輪16上。因此，軸構(gòu)件50以與皮帶輪16相同的旋轉(zhuǎn)速率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以驅(qū)動這些葉 輪并且在其中向發(fā)動機(jī)提供冷卻劑流。如所表明的，皮帶輪16被一個(gè)傳動皮帶(未示出)連接到發(fā)動機(jī)曲軸上并且以一 個(gè)速率來轉(zhuǎn)動本體構(gòu)件40，該速率是由通過曲軸和皮帶被轉(zhuǎn)換到皮帶輪16上的發(fā)動機(jī)運(yùn) 行速度來確定的。本體構(gòu)件40 (它優(yōu)選是由一種壓鑄鋁材料制成)具有一個(gè)覆蓋區(qū)域31， 該覆蓋區(qū)域用于將模壓的蓋板構(gòu)件30固定地保持在粘性風(fēng)扇驅(qū)動器中的合適的位置中。 因此，本體構(gòu)件40以及蓋板30以與皮帶輪構(gòu)件16相同的旋轉(zhuǎn)速率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。風(fēng)扇構(gòu)件14使用滾珠軸承構(gòu)件32被可旋轉(zhuǎn)地安裝在該粘性風(fēng)扇驅(qū)動器內(nèi)并且被 固定到轉(zhuǎn)子構(gòu)件34上。轉(zhuǎn)子構(gòu)件和風(fēng)扇構(gòu)件因此包括了該粘性風(fēng)扇驅(qū)動器的輸出。圍繞轉(zhuǎn)子構(gòu)件34并且由蓋件30以及本體構(gòu)件40界定的空間體積限定了一個(gè)流 體儲存器70，其中提供了一定量的粘性流體(未示出)。蓋構(gòu)件30和儲存器板38限定了 一個(gè)流體室72。轉(zhuǎn)子構(gòu)件34的徑向在外的部分與本體構(gòu)件40之間的空間體積定義了用于 該粘性風(fēng)扇驅(qū)動器的流體工作室74。當(dāng)電樞構(gòu)件36以一種以下說明的方式移動時(shí)，流體儲存器70與該流體室流體性地連接。根據(jù)電線圈18的啟動，電樞構(gòu)件的軸向運(yùn)動打開和關(guān)閉了一個(gè)清除流體流動路 徑，該線圈的啟動控制著流體儲存器與流體室之間流體的流動。此外，流體室72被流體性 地連接到一個(gè)工作室74上，該工作室以一種常規(guī)的方式限定在與本體構(gòu)件40組合的轉(zhuǎn)子 構(gòu)件的這些外端與蓋構(gòu)件30之間。包含在工作室74內(nèi)的粘性流體的量、連同被連接到皮 帶輪構(gòu)件16上的蓋件和本體構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)速度確定了傳遞到轉(zhuǎn)子構(gòu)件34上的扭矩，該轉(zhuǎn)子 構(gòu)件使風(fēng)扇構(gòu)件14旋轉(zhuǎn)。換言之，該扭矩響應(yīng)是在工作室74內(nèi)的粘性剪切的結(jié)果。因此， 如所表明的，該風(fēng)扇構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)被用于按照發(fā)動機(jī)控制器以及這些適當(dāng)?shù)膫鞲衅鞯囊髞?冷卻散熱器或其他發(fā)動機(jī)部件。電樞構(gòu)件36優(yōu)選地是由一種塑料材料制成并且具有被附接到其外部圓周上的一 個(gè)金屬電樞環(huán)37。(這在圖5B中更清楚地示出)電樞環(huán)37是由一種鐵質(zhì)材料制成。此外， 一個(gè)多極的環(huán)狀磁鐵43被附接到電樞構(gòu)件36的一部分上。該電樞環(huán)以及多極環(huán)狀磁鐵與 由線圈構(gòu)件18所引起的電磁回路相結(jié)合而起作用，以使該電樞構(gòu)件在軸向方向上沿該粘 性風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)的縱向軸線移動。在這一方面，縱向軸線是由中心線51 (圖3、圖4A、圖4B 以及圖5A)表明的。輪轂構(gòu)件39是由一種含鐵的或金屬材料制成并且被插鑄模制到本體構(gòu)件40之 中。該輪轂構(gòu)件具有一種圓錐的形狀，它具有具體如在圖3以及圖4A至圖4B中所示的U 形截面。在本體構(gòu)件被鑄造為使輪轂構(gòu)件在其中之后，在該輪轂構(gòu)件中形成一個(gè)環(huán)形通道 53。通道53與電樞構(gòu)件36上的電樞環(huán)37是在軸向上對齊的。由環(huán)形通道53形成的空間 提供了一個(gè)工作空隙，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的電磁系統(tǒng)致動時(shí)，該電樞環(huán)被拖入該空隙并且被定 位在其中。電樞構(gòu)件36實(shí)質(zhì)上是一個(gè)閥門構(gòu)件并且其運(yùn)行打開和關(guān)閉粘性離合器機(jī)構(gòu)的清 除流體的流動路徑。這更加具體地在圖4A以及圖4B中示出。圖4A描繪了在接合位置中的 閥門構(gòu)件，而圖4B展示了在脫離接合的位置中的閥門構(gòu)件。在脫離接合的位置中，在電樞 構(gòu)件36與儲存器板構(gòu)件38之間提供一個(gè)開口 80，從而允許該清除流體的流動路徑打開并 且允許粘性流體77A流回到儲存器室70中。這使風(fēng)扇構(gòu)件脫離接合。在接合的位置中，工 作室74充滿了粘性流體并且這些輸出構(gòu)件(即轉(zhuǎn)子構(gòu)件24和風(fēng)扇構(gòu)件14)在以全速或能 力旋轉(zhuǎn)并且按照需要對散熱器或其他發(fā)動附件提供全部的冷卻作用。在這個(gè)運(yùn)行位置中， 開口 80被關(guān)閉并且經(jīng)過清除通道75從工作室74中被清除到流體室72的粘性流體77B被 再循環(huán)到工作室74。作為風(fēng)扇構(gòu)件被接合和脫離接合的這種方式的結(jié)果，該粘性風(fēng)扇驅(qū)動器正常地是 處于“開啟”位置。這被稱為“故障安全”狀態(tài)。此外，電樞構(gòu)件36在軸向上被移動的量以 及開口 80被打開的對應(yīng)的量調(diào)節(jié)了返回到該流體儲存器的粘性流體的量以及被再循環(huán)到 該工作室的量。這就調(diào)節(jié)了風(fēng)扇構(gòu)件的速度。因此，通過本發(fā)明，風(fēng)扇構(gòu)件可以處于“開啟” 狀態(tài)、“ 關(guān)閉”狀態(tài)、以及處于那兩種狀態(tài)之間的任何旋轉(zhuǎn)速度。通過本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施方案還有可能提供一種粘性風(fēng)扇驅(qū)動器，該粘性風(fēng)扇 驅(qū)動器一直是處于“關(guān)閉”位置并且該風(fēng)扇構(gòu)件僅當(dāng)提供了電力并且電磁回路被啟動時(shí)才 被接合。這可以配備有與故障安全實(shí)施方案相同的結(jié)構(gòu)和部件，但將要求在控制器62中的 程序設(shè)計(jì)的修改。如所表明的，轉(zhuǎn)子構(gòu)件34具有一個(gè)清除通道75，該清除通道以與具有常規(guī)粘性風(fēng)扇驅(qū)動器的轉(zhuǎn)子構(gòu)件的清除通道相同的方式工作并且提供了用于使粘性流體從工作室返 回流體室和/或流體儲存器中的一個(gè)返回路徑。在圖4B中通過箭 頭A示出了電磁回路的通量路徑。通量路徑A包括含鐵的輪轂 構(gòu)件39以及含鐵的殼體構(gòu)件19。如所表明的，當(dāng)這些傳感器66向控制器62表明該風(fēng)扇構(gòu) 件的旋轉(zhuǎn)不是希望的或者不是以相同的程度所希望的，于是線圈構(gòu)件18被啟動。線圈構(gòu)件 的啟動產(chǎn)生了通量路徑A(這是由于多極環(huán)狀磁鐵43)、使該電樞構(gòu)件在軸向上移動并且使 電樞環(huán)37定位在通道(或“工作空隙”)53中。本發(fā)明具有超過其他粘性流體風(fēng)扇驅(qū)動機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的眾多優(yōu)點(diǎn)。在沒有拴系的導(dǎo) 線束的情況下，存在著較少的必要的內(nèi)部電連接。同樣，線圈構(gòu)件和電路是更容易地可維修 的。滑差熱容量被改進(jìn)，這是由于該蓋構(gòu)件與其冷卻鰭片以輸入速度旋轉(zhuǎn)，這還提供了額外 的流體儲存器冷卻。本發(fā)明還具有一種故障安全模式并且正常地是處于接合的或“開啟”狀 態(tài)并且還具有一種安靜的啟動。因?yàn)榍宄俾适仟?dú)立于充入速率，所以用于工作室的泵送 排出和充入的反應(yīng)時(shí)間得到改進(jìn)。該清除流動控制閥同樣是該輸出構(gòu)件的一部分，因此它降低了對于該閥門構(gòu)件的 動態(tài)加載作用。本發(fā)明還使“智能”控制器能夠一體化，這是因?yàn)檫@些電子部件不是物理地 連接到該風(fēng)扇驅(qū)動器上。本發(fā)明還具有與拴系的粘性風(fēng)扇驅(qū)動器比更小數(shù)目的部件。本發(fā)明具有與對應(yīng)的 拴系的粘性風(fēng)扇驅(qū)動器(前部安裝的或后部安裝的)相比達(dá)到30%的更少的部件。這提供 了粘性風(fēng)扇驅(qū)動機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的更低的成本以及改進(jìn)的可靠性。同樣，可以降低保修費(fèi)用，因 為這些電子部件是更加可維修的并且需要更少的部件。根據(jù)本發(fā)明的粘性風(fēng)扇驅(qū)動機(jī)構(gòu)還更易于組裝到車輛上。此外，通過本發(fā)明，粘性 風(fēng)扇驅(qū)動機(jī)構(gòu)的軸向長度被減少，多達(dá)50至60毫米。這在發(fā)動機(jī)艙中具備有限空間的車 輛中可能是重要的。此外，這種清除控制使用了一個(gè)低速閥門機(jī)構(gòu)，該閥門機(jī)構(gòu)是超過先前 的粘性風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)的一種益處和改進(jìn)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案還使用了一個(gè)整合的滑差速度傳感器。例如，2006年7月 6日提交的美國專利申請序列號60/806638示出了這種類型的一個(gè)優(yōu)選的傳感器，其披露 內(nèi)容特此通過引用結(jié)合于此。該整合的滑差速度傳感器通過一個(gè)電磁回路來監(jiān)控離合器輸 出速度，該電磁回路部分地由與離合器公用的多個(gè)部件構(gòu)成。這種回路配置提供了一個(gè)速 度傳感器，該速度傳感器測量在離合器輸出與離合器輸入之間的速度差。當(dāng)被控制器(或 一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī))測量到時(shí)，從離合器輸入速度中減去該差動速度以確定輸出速度。對于該電磁回路，提供了 一個(gè)傳感器磁極構(gòu)件41，連同一個(gè)霍耳效應(yīng)裝置 (HED) 110、或者另一個(gè)磁感測裝置。HED 110被定位在一個(gè)通量集中件111的末端上，該集 中件被附接到線圈構(gòu)件18上。在圖5C和圖5D中與描繪了滑差速度傳感器系統(tǒng)的通量路 徑B的圖5A相組合更具體地將它們示出。磁極構(gòu)件41具有多個(gè)磁極112，這些磁極圍繞一 個(gè)外部環(huán)114的內(nèi)側(cè)環(huán)圓周地安排。通量路徑B包括HED傳感器110、空心軸構(gòu)件48、環(huán)狀 磁鐵43、磁極構(gòu)件41以及輪轂構(gòu)件39。環(huán)形磁極構(gòu)件41以輸入速度相對于靜止的HED 110旋轉(zhuǎn)。環(huán)狀磁鐵41的這些交 替磁極在磁回路中產(chǎn)生了交替方向的磁通量，它是與輸入和輸出的差動速度成比例的。差 動速度是由磁極構(gòu)件41與環(huán)狀磁鐵43之間的速度差確定的。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)特征是改進(jìn)的方式，其中粘性流體以及粘性閥門 機(jī)構(gòu)在進(jìn)行冷卻時(shí)得到幫助。如所表明的，本體構(gòu)件40是一個(gè)鑄造的金屬部件(優(yōu)選地由 一種鋁材料制成)并且具有在外表面上鑄造的多個(gè)鰭片構(gòu)件100。這在圖7B中具體示出。 此外，該本體構(gòu)件以輸入速度旋轉(zhuǎn)，因?yàn)樗恢苯舆B接到皮帶輪構(gòu)件16上。粘性流體儲存 器進(jìn)而以相同的輸入速度旋轉(zhuǎn)。流體儲存器因此被類似地連接到根據(jù)本發(fā)明的本體構(gòu)件的 這些冷卻鰭片上，并且通過這些冷卻鰭片的作用而保持在較低的溫度下。 如圖7A所示，該皮帶輪構(gòu)件中的多個(gè)開口 120(被稱為“通氣”開口)幫助允許空 氣流更容易地通過這些冷卻鰭片。如圖7A所示，提供了四個(gè)放大的開口 120并且由箭頭 115描繪了空氣流。然而應(yīng)該理解，只要不損害皮帶輪構(gòu)件的強(qiáng)度和耐久性，可以提供任何 尺寸和數(shù)目的開口。同樣，這些開口越大或者皮帶輪構(gòu)件中的開放空間的區(qū)域越大，冷卻效 果就越大。此外，為了使皮帶輪構(gòu)件16與本體構(gòu)件40間隔開并且為了使從本體構(gòu)件到皮帶 輪構(gòu)件的熱傳導(dǎo)最小化，在這些安裝開口 132中的每一處提供了隆起的凸臺130，在這些安 裝開口處皮帶輪構(gòu)件被多個(gè)螺栓47或其他緊固件附接到本體構(gòu)件上。這在圖7B中示出。 這使從本體構(gòu)件到皮帶輪構(gòu)件的熱傳導(dǎo)最小化，并且反之亦然。此外，如在圖7B中還示出了多個(gè)凹槽或槽縫140，也被稱為“通氣”縫，它們提供在 本體構(gòu)件40的外表面上，以幫助允許空氣流過這些冷卻鰭片100?？諝饬魍ㄟ^皮帶輪16中 的這些通氣開口 120并且通過本體構(gòu)件40中的這些通氣槽縫140。這允許空氣流更多地接 觸這些冷卻鰭片100的表面，因此有助于冷卻。此外，如圖7C所示，將多個(gè)鰭片構(gòu)件150提供在儲存器室70內(nèi)部。這些鰭片構(gòu)件 150可以由本體構(gòu)件40的外表面中的這些通氣槽縫140來形成和提供。該粘性流體儲存器 內(nèi)部的這些鰭片150同樣有助于熱量從粘性流體到這些冷卻鰭片100以及因此到達(dá)車輛的 發(fā)動機(jī)艙的內(nèi)部的氣氛的熱傳遞。圖6中示出了本發(fā)明的粘性風(fēng)扇驅(qū)動系統(tǒng)的另一個(gè)特征。在這個(gè)實(shí)施方案中，可 以使用一個(gè)止回閥90。止回閥90防止回流并且減少了殘留的通道流體。止回閥具有一個(gè) 彈簧致動的活塞構(gòu)件92，該活塞構(gòu)件被彈簧構(gòu)件94偏置在一個(gè)插頭構(gòu)件95上。插頭構(gòu)件 95被定位在通道或孔96中(在該孔形成之后)以便將該活塞構(gòu)件和彈簧構(gòu)件保持在位。 通道構(gòu)件96具有相關(guān)聯(lián)的次級清除通道構(gòu)件97，該次級清除通道構(gòu)件是與儲存器室70直 接連通的。通道96還具有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的通道構(gòu)件或通路98，該通道構(gòu)件或通路是與工作室 74直接連通的。止回閥機(jī)構(gòu)90改進(jìn)了粘性風(fēng)扇驅(qū)動器的響應(yīng)和可控制性。它提供了一條 更短的充入路徑，由于減少了流體充入遲延時(shí)間這改進(jìn)了可控制性。刮片實(shí)質(zhì)上是“倒置” 的并且同樣改進(jìn)了充入速率。止回閥機(jī)構(gòu)90防止回漏并且減少了殘留的通道流體。在運(yùn)行中，通過將一個(gè)止回閥機(jī)構(gòu)90定位在以輸入速度旋轉(zhuǎn)的本體構(gòu)件40之中， 活塞構(gòu)件92上的離心力迫使該活塞構(gòu)件向外抵靠在插頭構(gòu)件95上并且對抗彈簧構(gòu)件94 的力。在這種狀態(tài)下，存在著穿過通道構(gòu)件98和97從工作室到流體儲存器的一條直接的 流動路徑。因此，當(dāng)粘性驅(qū)動機(jī)構(gòu)是處于接合的位置中并且風(fēng)扇構(gòu)件正在旋轉(zhuǎn)時(shí)，存在著從 儲存器到工作室并返回到儲存器的流體的一種連續(xù)的流動。當(dāng)發(fā)動機(jī)被關(guān)閉或未運(yùn)行時(shí)，彈簧構(gòu)件94使活塞構(gòu)件92偏置在一個(gè)徑向向內(nèi)的 位置中，如在圖6中由箭頭構(gòu)件99所示?；钊麡?gòu)件92關(guān)閉了通道或通路98的末端，因此防止粘性流體從流體儲存器排出并進(jìn)入工作室中。這幫助提供發(fā)動機(jī)的更安靜的啟動。因?yàn)榫哂休^少的部件，根據(jù)本發(fā)明的粘性風(fēng)扇驅(qū)動器具有較小的重量以及較小的 伸出的質(zhì)量。較輕的重量可以幫助改進(jìn)車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)從安裝構(gòu)件伸出的較小質(zhì) 量可以改進(jìn)用于水 泵或其他相關(guān)部件的這些軸承和軸構(gòu)件的耐久性。轉(zhuǎn)子構(gòu)件34還包括一個(gè)清除系統(tǒng)，該清除系統(tǒng)以一種常規(guī)的方式使粘性流體從 該工作室返回到該儲存器室。鄰近該工作室的徑向外圓周安置的是一個(gè)泵送元件，該泵送 元件還被稱為“刮片”元件(見圖7C中的105)。刮片元件運(yùn)行以接合工作室中的相對旋轉(zhuǎn) 的流體并且產(chǎn)生了具有相對較高流體壓力的一個(gè)局部區(qū)域。其結(jié)果是，少量的流體通過一 個(gè)清除通道(如附圖中的通道75)從該工作室被連續(xù)地泵送返回該儲存器室之中。就來自外部控制器62以及電源64的脈沖寬度調(diào)制而言供應(yīng)的電力的量值增加 了可供用于控制在軸向上可移動的電樞閥門構(gòu)件36的相對定位的磁通量的量值。如所表 明的，控制器接收來自不同的發(fā)動機(jī)傳感器66(它們監(jiān)控不同的發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài))的一組 電輸入?？刂破髦械牟樵儽泶_定了對于一個(gè)給定的發(fā)動機(jī)速度的一個(gè)希望的發(fā)動機(jī)運(yùn)行范 圍。當(dāng)從這些傳感器之一到該控制器的輸入表明冷卻狀態(tài)是處于所希望的運(yùn)行范圍之外 時(shí)，外部控制器62將依據(jù)這個(gè)電信號指示電源64向線圈構(gòu)件18發(fā)送電力。因此，例如，如 果該電樞構(gòu)件在軸向上被拖動或移動時(shí)，在電樞構(gòu)件36與儲存器板38之間打開了一個(gè)空 隙，該空隙允許粘性流體返回儲存器70。這進(jìn)而減少了工作室中粘性流體的量。因此，連接 到輸出構(gòu)件上的一個(gè)風(fēng)扇將會較慢地旋轉(zhuǎn)。類似地，如果外部控制器62從這些傳感器66中的一個(gè)或多個(gè)確定發(fā)動機(jī)或發(fā)動 機(jī)冷卻溫度是高于一個(gè)不希望的高范圍，那么沒有信號從外部控制器62發(fā)送到電源64以 及線圈18上。電樞閥門構(gòu)件36因此被保持在一個(gè)位置中，在該位置中空隙80被關(guān)閉從而 允許從流體儲存器70到流體室72以及到工作室74的最大流體流動。這提供了轉(zhuǎn)子34的 最大扭矩響應(yīng)，這進(jìn)而使風(fēng)扇構(gòu)件14旋轉(zhuǎn)，以便對散熱器提供最大的冷卻從而使發(fā)動機(jī)冷 卻劑冷卻。本發(fā)明提供了超過當(dāng)前可獲得的前部和后部致動的粘性風(fēng)扇驅(qū)動器的許多優(yōu)點(diǎn)。 例如，該致動器的電氣部分不是物理地附接到風(fēng)扇驅(qū)動器上，而是安裝到傳動皮帶輪的一 個(gè)靜止的構(gòu)件上。這樣，不存在拴系的導(dǎo)線束并且不存在致動器軸承。因?yàn)闆]有電線或連 接器，這導(dǎo)致更容易并且低成本的制造。另外，該線圈容易替換，這降低了維修和保修費(fèi)用。此外，其余的致動器部件與風(fēng)扇驅(qū)動器的發(fā)動機(jī)側(cè)是一體的。這導(dǎo)致在這些驅(qū)動 部件上的較低的伸出質(zhì)量，這導(dǎo)致了更高的系統(tǒng)共振頻率并且有可能改進(jìn)水泵或部件的耐 久性。這還導(dǎo)致緊湊的封裝，這可以改進(jìn)車輛成本。最后，在另一個(gè)實(shí)施方案中，對于所述電線圈的脈沖寬度調(diào)制的量可以是使其產(chǎn) 生一個(gè)磁場，在該磁場中電樞閥門構(gòu)件36部分地覆蓋了空隙80。所產(chǎn)生的磁場將小于在使 電樞閥門構(gòu)件完全軸向平移到使環(huán)形空隙80完全打開的第二位置所必須的磁場。這個(gè)位 置將允許所述轉(zhuǎn)子34的部分接合以及在無限多個(gè)中間水平輸出位置進(jìn)行輸出，以便更加 精確地控制可供用于散熱器的冷卻的量。雖然已經(jīng)在此示出并說明了本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員將會想到眾多變型和替代實(shí)施方案。因此，在此的意圖是本發(fā)明并不局限于在此說明 的這些優(yōu)選的實(shí)施方案，而是限于所附權(quán)利要求的條款。
權(quán)利要求
一種用于風(fēng)扇的電控制的粘性流體偶合組件，包括(a)一個(gè)輸出構(gòu)件，該輸出構(gòu)件包括一個(gè)中央軸并且被配置為用于附接到一個(gè)風(fēng)扇上；(b)一個(gè)輸入構(gòu)件，該輸入構(gòu)件被軸承安裝到所述輸出構(gòu)件上并且以輸入速度圍繞所述輸出構(gòu)件是可旋轉(zhuǎn)的，所述輸入構(gòu)件包括一個(gè)本體構(gòu)件以及一個(gè)蓋構(gòu)件；(c)一個(gè)靜止的安裝構(gòu)件，該靜止的安裝構(gòu)件被軸承連接到所述輸入構(gòu)件上；(d)一個(gè)粘性流體供給機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)被定位在所述輸入構(gòu)件之中并且包括一個(gè)轉(zhuǎn)子構(gòu)件、具有一個(gè)流體孔的一個(gè)儲存器板構(gòu)件、一個(gè)流體儲存器、一個(gè)流體室、一個(gè)工作室以及一定量的粘性流體；(e)一個(gè)電磁構(gòu)件，該電磁構(gòu)件被安裝在所述靜止的安裝構(gòu)件上；(f)一個(gè)電磁致動的閥門機(jī)構(gòu)，用于控制所述輸出構(gòu)件與所述輸入構(gòu)件的粘性流體接合，所述閥門機(jī)構(gòu)具有一個(gè)可移動的構(gòu)件，該可移動的構(gòu)件響應(yīng)于由所述電磁構(gòu)件產(chǎn)生的一個(gè)磁場用于打開、部分地打開以及覆蓋所述流體孔端口；以及(g)一個(gè)止回閥機(jī)構(gòu)，該止回閥機(jī)構(gòu)在所述本體構(gòu)件中并且與所述工作室以及所述流體儲存器相連通，用于防止粘性流體的回漏；其中，一個(gè)風(fēng)扇構(gòu)件的運(yùn)行以及速度是受所述粘性流體連接組件控制的而沒有一個(gè)導(dǎo)線拴系構(gòu)件。
2.如權(quán)利要求1所述的流體偶合裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)水泵并且其中所述輸入構(gòu)件被 連接到所述水泵上并且以與所述水泵相同的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的流體偶合裝置，其中所述靜止的安裝構(gòu)件被連接到所述水泵上。
4.如權(quán)利要求1所述的流體偶合裝置，其中所述止回閥機(jī)構(gòu)包括一個(gè)彈簧致動的活塞 構(gòu)件，該活塞構(gòu)件被偏置以便關(guān)閉所述工作室與所述流體儲存器之間的連通。
5.如權(quán)利要求4所述的流體偶合裝置，其中所述彈簧致動的活塞構(gòu)件的所述偏置被適 配為在所述本體構(gòu)件以輸入速度旋轉(zhuǎn)時(shí)被克服。
6.如權(quán)利要求1所述的流體偶合裝置，進(jìn)一步包括用于確定所述輸出構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)速度 的一個(gè)差動速度傳感器機(jī)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的流體偶合裝置，其中，所述差動速度傳感器包括連接到所述靜 止的構(gòu)件上的一個(gè)磁感測裝置以及被附接到所述輸入構(gòu)件上的一個(gè)磁極構(gòu)件。
8.如權(quán)利要求7所述的流體偶合裝置，其中所述磁感測裝置是一個(gè)霍爾效應(yīng)裝置。
9.如權(quán)利要求7所述的流體偶合裝置，其中，所述磁極構(gòu)件包括一個(gè)環(huán)狀磁鐵，該環(huán)狀 磁鐵具有圍繞該環(huán)構(gòu)件的內(nèi)側(cè)環(huán)圓周安排的多個(gè)磁極。
10.如權(quán)利要求1所述的流體偶合裝置，其中所述粘性流體供給機(jī)構(gòu)包括一個(gè)清除流 控制機(jī)構(gòu)以及一個(gè)在軸向上可移動的電樞閥門構(gòu)件。
11.如權(quán)利要求10所述的流體偶合裝置，其中所述電樞閥門構(gòu)件取決于由所述電磁構(gòu) 件產(chǎn)生的磁場相對于所述儲存器板構(gòu)件在軸向上移動，以便打開、部分打開、或關(guān)閉在所述 儲存器板構(gòu)件中的所述流體孔。
全文摘要
一種粘性風(fēng)扇驅(qū)動器，它帶有一個(gè)前部安裝的風(fēng)扇而沒有拴系線束的電致動器。這種機(jī)械封裝件包括一個(gè)倒置的粘性離合器；一個(gè)傳動皮帶輪；一個(gè)分立式電磁致動器，其中的電氣部分被安裝到一個(gè)靜止的安裝構(gòu)件上；以及一個(gè)抗回漏的止回閥。
文檔編號B60K11/00GK101868643SQ200880116820
公開日2010年10月20日 申請日期2008年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月5日
發(fā)明者里克·L·博耶 申請人:博格華納公司