專利名稱：具有改進的磁通回路的粘性離合器的制作方法
具有改進的磁通回路的粘性離合器背景技術(shù)離合器使用在多種裝置中。例如，風扇離合器使用在汽車裝置中用于 允許風扇的選擇性接合從而幫助冷卻發(fā)動機，且粘性風扇離合器通常在中 型至重型載重車中使用?？偠灾?，這些粘性風扇離合器通過將剪力流體 引入到工作室從而使得例如連接到驅(qū)動輸入的轉(zhuǎn)子和連接到風扇的外殼 的兩個部件摩擦接合、通過經(jīng)由剪力流體傳送旋轉(zhuǎn)能來操作。當剪力流體 存在于工作室內(nèi)時所述粘性離合器能夠接合(或啟動)風扇的旋轉(zhuǎn)，當所 述剪力流體從工作室移出時所述粘性離合器能夠停止風扇的旋轉(zhuǎn)。許多已知的粘性離合器是電磁驅(qū)動的。即，這些粘性離合器包括電磁 線圈(或稱為電磁感應(yīng)線圈)，所述電磁線圈能夠產(chǎn)生磁通以便控制閥的 操作，所述閥又調(diào)整剪力流體從流體供應(yīng)容器到工作室的流量。盡管也允 許使用閥高效地和有效地控制流體流量，然而，將閥和線圈定位從而驅(qū)動 器的旋轉(zhuǎn)能力被充分地維持存在很多困難。例如，粘性離合器的容器典型地連接到離合器的外殼。風扇葉片連接到外殼。當離合器處于"停止"或脫離(disengaged)狀態(tài)時，所述外殼、 容器和風扇葉片一般都是靜止的或都以較慢的速度旋轉(zhuǎn)。相對靜止的容器 將很少的動能施加到容納在其內(nèi)的剪力流體上，這會使得當閥打開時離合 器將剪力流體從容器移動到工作室內(nèi)的響應(yīng)時間變長。但是將容器連接到 轉(zhuǎn)子上存在問題，因為難以提供這樣的閥組件，該閥組件可以與轉(zhuǎn)子一起 旋轉(zhuǎn)，同時仍被通常必須被旋轉(zhuǎn)固定以形成對線圈的可靠電連接的線圈有 效地和高效地控制。而且，用于磁連接閥和線圈的很多磁通線路不是理想 的，因為對能夠產(chǎn)生足夠的磁通的線圈的尺寸和功率要求會出現(xiàn)大量問 題。很大的線圈令人不希望地增加了額外的重量和成本，且另外，可以超 出對于特定發(fā)動機的允許的電流或電壓要求，該允許的電流或電壓要求典 型為根據(jù)用于其中安裝了離合器的車輛的電子發(fā)動機控制器所建立的發(fā) 動機范圍的(engine—wide)參數(shù)
發(fā)明內(nèi)容
一種粘性離合器組件，包括旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)；連接到該旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu) 上的轉(zhuǎn)子；圍繞轉(zhuǎn)子并又旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)支撐的選擇性可旋轉(zhuǎn)部件； 相對于轉(zhuǎn)子的從動側(cè)定位的電磁線圈；由轉(zhuǎn)子支撐的閥組件；和磁通回路， 用于利用由電磁線圈產(chǎn)生的磁通控制閥組件。所述閥組件包括用于調(diào)整剪 力流體的流量的蓋板。所述旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)包括能夠傳導(dǎo)磁通的材料。所述 磁通回路構(gòu)造成包括不多于四個氣隙。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的粘性離合器的后視圖。圖2A是沿圖1中線2 — 2的粘性離合器的橫截面圖。圖2B是圖2A中所示橫截面的一部分的放大圖。圖2C是沿圖1中線2 — 2的離合器的一部分的橫截面透視圖。圖3是圖1一2C中的粘性離合器的轉(zhuǎn)子的正視圖。圖4是圖1一2C中的粘性離合器的閥組件的透視圖。圖5是圖4中的閥組件的后視圖。圖6是沿圖5中線6—6的閥組件的橫截面圖。圖7是沿圖1中線7 — 7的粘性離合器的橫截面圖。圖8是沿圖1中線8—8的粘性離合器的橫截面圖。圖9是圖1一2C、 7和8中的粘性離合器的后視圖。圖10是圖9中外殼的一部分的橫截面透視圖。圖11是圖9和10中外殼的一部分的前側(cè)橫截面透視圖。
具體實施方式
通常，根據(jù)本發(fā)明的電磁驅(qū)動粘性離合器允許在輸入部件與輸出部件 之間的選擇性接合，例如，來自電動機的旋轉(zhuǎn)輸入選擇性地驅(qū)動風扇。所 述粘性離合器包括流體容器和閥組件，所述流體容器和閥組件都由離合器 的轉(zhuǎn)子支撐并與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。所述閥組件調(diào)整來自容器的流體流量以控 制離合器接合，且通過由電磁線圈產(chǎn)生的磁通得到控制，所述電磁線圈相
對于轉(zhuǎn)子的后側(cè)或從動側(cè)定位。所述閥組件包括電樞、并由轉(zhuǎn)子支撐，從 而電樞的多個指狀物通過一組開口在轉(zhuǎn)子的前側(cè)與后側(cè)之間延伸。包括磁 通傳導(dǎo)插入件，其延伸通過離合器外殼的后部或基部部分。磁通傳導(dǎo)極板 也連接在軸的前端。磁通回路允許來自線圈的磁通流到該外殼內(nèi)的插入 件，并從插入件到達閥組件的電樞，從電樞到達極板，從極板到達軸，以 及從軸到達線圈。該回路需要不多于四個的氣隙，并且這些氣隙中的至少 三個大體上徑向設(shè)置。在此通過引用全文并入2005年7月29日提交的、名稱為"VISCOUS CLUTCH"的美國臨時專利申請序列號No. 60/704063。圖1是電磁驅(qū)動粘性離合器100的后視圖，顯示了離合器100的后側(cè)或 從動側(cè)。圖2A是沿圖1中線2 — 2的離合器100的橫截面圖。圖2B是圖2A中所 示橫截面的一部分的放大圖。如圖1至2B中所示，離合器100包括兩部分外 殼102、轉(zhuǎn)子104、閥組件106、電磁線圈組件108、軸IIO、和容器112。工 作室114形成在外殼102與轉(zhuǎn)子104之間，其中剪力流體(例如，傳統(tǒng)的硅 油剪力流體)可以在所述工作室114中流動。為簡單起見，在附圖中沒有 顯示剪力流體。軸110給離合器提供了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輸入。軸110由能夠傳導(dǎo)磁通的例如鋼 的金屬材料形成。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的，軸iio的從動端 1 IOD可以直接連接到電動機的旋轉(zhuǎn)輸出，通過傳動帶和滑輪連接到電動機 的旋轉(zhuǎn)輸出，或設(shè)置有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輸入的一些其它形式。軸110限定了離合 器100的旋轉(zhuǎn)軸線A。所述電磁線圈組件108包括線圈座(coil c叩)116和插入到座116中 并且固定在其中(例如，通過灌封)的線繞線圈118。線圈座116可以由鋼 鐵制成，并且線繞線圈118可以由盤繞銅線形成。設(shè)計線圈組件108以便在 允許的限度內(nèi)使得由線圈組件108產(chǎn)生的電磁力最大化。線圈組件108可以 是相對小的單元，該相對小的單元設(shè)計成不超過根據(jù)用于其中安裝了離合 器100的車輛的電子發(fā)動機控制器(沒有示出)的要求所建立的容許電流 或電壓要求。線圈組件108由安裝在軸110上的單列滾珠軸承裝置120相對 于離合器100的后側(cè)或從動側(cè)支撐。限制(tether)線圈組件從而其相對于外部點可旋轉(zhuǎn)地固定(例如，固定到其中安裝了離合器ioo的車輛的框
架上)。布線管122從線圈組件108延伸以便提供與例如電源、電子發(fā)動機 控制器等的其它車輛部件(沒有示出)的電連接。轉(zhuǎn)子104位于外殼102內(nèi)，并且一般被外殼102包圍。圖2C是用于顯示 轉(zhuǎn)子104的、沿圖1中線2 — 2做出的離合器100的一部分的橫截面透視圖。 為簡單起見，在圖2C中省略了外殼102。圖3是在隔離狀態(tài)的轉(zhuǎn)子104的正 視圖。如圖2A至3中所示，轉(zhuǎn)子104通常是圓盤形的、且具有相對于內(nèi)徑(ID) 部分軸向移動的外徑(OD)部分，這有助于降低離合器100的總軸向尺寸 且有助于在操作過程中以理想的方式對準在離合器100內(nèi)的力。在傳統(tǒng)的 布置中，轉(zhuǎn)子104在0D部分附近在其前側(cè)和后側(cè)具有許多同心環(huán)形肋(集中 由附圖標記124表示)。所述環(huán)形肋124面對工作室114以便當剪力流體存在 于工作室114內(nèi)時產(chǎn)生摩擦接合力從而使離合器100接合?？梢酝ㄟ^鑄造形 成轉(zhuǎn)子104，可以通過機械加工形成肋124。六個大體上橢圓形流體開口126A-126F靠近轉(zhuǎn)子104的0D穿過轉(zhuǎn)子104 形成，以便允許剪力流體在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)和后側(cè)之間在工作室114內(nèi)流 動。可以在可選實施例中設(shè)置更多數(shù)量或更少數(shù)量的流體開口穿過轉(zhuǎn)子 104。可以通過機械加工形成流體開口126A-126F。徑向延伸通道128在環(huán)形肋124的徑向內(nèi)部形成在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)。所 述徑向通道128在容器112與轉(zhuǎn)子104的后側(cè)之間形成用于閥組件106的空 間。凹槽130形成在轉(zhuǎn)子104的后側(cè)，這提供了連接通道128與流體開口126A 的流體路徑(見圖2C)。以下進一步解釋通道128和凹槽130的作用。在轉(zhuǎn)子104中設(shè)置孔132A和132B以便使用例如螺絲釘或螺栓的緊固件 將閥組件106固定在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)。將四個細長的弓形開口134A-134D在 轉(zhuǎn)子104的ID稍微徑向外部地設(shè)置在轉(zhuǎn)子104的ID與環(huán)形肋124之間。所述 弓形開口134A-134D每個具有槽狀形狀并且圍繞軸線A大體上均勻地間隔 開。正如以下將進一步解釋的，所述弓形開口134A-134D允許閥組件106的 可移動部分通過轉(zhuǎn)子104。所述轉(zhuǎn)子104直接安裝到軸110上(見圖2A和2B)，并且可旋轉(zhuǎn)地固定 到軸110上以便與所述軸110—起旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子104由例如鋁的輕型非磁性金屬材料(即，不是磁通的良好導(dǎo)體的輕型材料)形成。由例如不銹鋼的相 對硬的金屬非磁性材料形成的插入件136位于轉(zhuǎn)子104的ID上以便在轉(zhuǎn)子
104與軸110之間提供堅固的安裝件。所述插入件136構(gòu)成轉(zhuǎn)子104的轂部 分。通過轉(zhuǎn)子104的弓形開口134A-134D也延伸通過插入件136?？梢蕴崆?形成插入件136并且轉(zhuǎn)子104的材料圍繞插入件136鑄造。盡管在可選實施 例中可以使用其它類型的連接(例如，螺紋連接)，當軸110的端部緊靠轉(zhuǎn) 子104向上巻起以在軸向方向上機械保持轉(zhuǎn)子104時，軸110與轉(zhuǎn)子104的連 接可以形成為沖壓的、有紋結(jié)合。如圖2A—2C中所示，將容器112安裝到轉(zhuǎn)子104上以便保持剪力流體的 供給，并且所述容器112與轉(zhuǎn)子104—起旋轉(zhuǎn)。盡管在可選實施例中可以改 變?nèi)萜?12的位置和連接，但是在所示的實施例中通過陷型連接(swaged connection)將容器112安裝在轉(zhuǎn)子104的ID與0D之間。容器H2通常具有 環(huán)形結(jié)構(gòu)，并且與眾所周知的粘性離合器的容器設(shè)計相似。在容器112的 后板112A中的開口138 (即，回流孔)面對轉(zhuǎn)子104的前側(cè)。當將離合器IOO 脫離的時候，即，當所述閥組件106在如2A-2C中所示的關(guān)閉位置的時候， 容器112容納大體上所有的剪力流體。當閥組件106位于與離合器接合的開 啟位置的時候，剪力流體可以通過開口138流出容器112。也將閥組件106安裝在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)(即，面對軸110的前端110F的 轉(zhuǎn)子104的側(cè)面)。圖4-6中顯示了在隔離狀態(tài)的閥組件106，其中圖4是透 視圖，圖5是后視圖，圖6是沿圖5中線6-6的橫截面圖。如圖2A-2C和4_6 中所示，所述閥組件106包括蓋板140，安裝板142和"漂浮"電樞144。因 為將電樞144構(gòu)造成在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)與后側(cè)之間延伸且相對于轉(zhuǎn)子104是 可移動的，所以電樞144是"漂浮的"。用鉚釘或其它適合的緊固裝置將蓋 板140和安裝板142連接到電樞144且彼此相對。所述蓋板140可以覆蓋或可以不覆蓋在容器112的后板112A中的開口 138，并且蓋板140在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)大體上位于容器112與轉(zhuǎn)子104之間。 蓋板140包括連接到電樞144上的第一部分140A、以大約90度的角度從第一 部分140A延伸的第二部分140B、和以與第一部分140A相反的方向從第二部 分140B延伸的第三部分140C。第三部分140C朝向電樞144稍微向后傾斜， 并且限定了蓋板140的底座部分，所述底座部分能夠密封容器112的后板 112A從而關(guān)閉開口138 (如圖2A-2C中所示)，這大體上防止剪力流體流出 容器112。蓋板140可以由例如鋼鐵的金屬材料形成。蓋板140通常允許一
些撓度以便當蓋板140相對于容器112處于關(guān)閉位置時提供牢固的密封。然 而，由蓋板140形成的密封不必被完全流體密封以便離合器100工作。安裝板142包括第一和第二安裝突起142A和142B。第一和第二安裝突 起142A和142B中的每一個是弓形的，且設(shè)置了孔以便使用例如螺絲釘或螺 栓的適當緊固件分別在孔132A和132B處將閥組件106固定到轉(zhuǎn)子104上。沿 安裝板的外邊緣在第一和第二安裝突起142A與142B之間限定扇形區(qū)142C。 安裝板142限定了閥組件106的樞軸。安裝板142類似板簧作用，并且在本 實施例中通過默認(by default:或以默認的方式)偏壓電樞144和蓋板 140從而沒有覆蓋容器112內(nèi)的開口138 (圖2A-2C中，在蓋板140覆蓋開口 138以便限制流體流動的情況下，閥組件106顯示在"關(guān)"位置或關(guān)閉位置)。 當蓋板140樞轉(zhuǎn)地遠離容器112的后板112A中的開口138移動時剪力流體能 夠流出容器112，并且在當蓋板140遠離容器112的后板112A中的開口138移 動更大的距離時剪力流體從容器112中流出更多。電樞144是響應(yīng)于施加的磁場可移動的磁通傳導(dǎo)部件。電樞144包括位 于轉(zhuǎn)子104的前側(cè)的環(huán)形基部部分146，并且具有以大約直角從基部146的 周邊延伸的四個指狀物148A-148D。每個指狀物148A-148D具有稍微弓形的 形狀以便與基部部分146的圓周一致。可以具有燕尾形的配重150與蓋板 140相對地從電樞144的基部部分146在指狀物148B與148C之間延伸。配重 150可以通過安裝板142的扇形區(qū)142C。配重150使得在由安裝板142限定的 樞軸的相對側(cè)上的蓋板140的質(zhì)量偏移。指狀物148A-148D和配重150可以 與電樞的基部146形成為一體，并且磁通可以從指狀物148A-148D流動到基 部部分146 (或反之亦然)。通過沖壓由金屬材料板形成的部分，然后將指 狀物148A-148D和配重150折疊到適當位置，而形成電樞144。電樞144由例如鋼鐵的磁通傳導(dǎo)材料形成。將電樞144的基部部分146連接到安裝板142，這使整個電樞144能夠樞 轉(zhuǎn)并能夠在連接的蓋板140上相對于轉(zhuǎn)子104產(chǎn)生大體上軸向的運動。通 常，電樞的軸向運動可以將蓋板140朝向或遠離容器112的后板112A中的開 口138移動。電樞144的運動可以使得蓋板140的第三部分140C相對于容器 112的后板112A移動大約2 — 3mra?？梢栽O(shè)想的是，在可選實施例中電樞144可以具有不同的構(gòu)造。例如，
可以根據(jù)要求改變指狀物的數(shù)量和指狀物的位置。此外，蓋板140、安裝 板142和配重150可以具有與附圖中所示的實施例不同的結(jié)構(gòu)。圖7是沿圖1中線7 — 7的離合器100的橫截面圖。如圖7中所示，電樞的 指狀物148A-148D定位成在轉(zhuǎn)子104中并朝向離合器100的后側(cè)(或從動側(cè)) 分別突出通過弓形幵口134A-134D。在一個可選實施例中，在轉(zhuǎn)子104的后 側(cè)上可以將磁通傳導(dǎo)定位環(huán)(沒有示出)固定到指狀物的末端。所述定位 環(huán)可以保持電樞144的指狀物148A-148D以便減少彎曲并且增加用于傳輸 磁通的電樞144的表面積。當與轉(zhuǎn)子104接合旋轉(zhuǎn)時，兩部分外殼102從離合器100提供旋轉(zhuǎn)輸出， 并且兩部分外殼102包括使用螺栓、螺絲釘、或其它適當?shù)木o固件固定在 一起的前外殼蓋部分102A和后外殼基部部分102B。外殼蓋102A和外殼基部 102B典型地由例如鋁的金屬材料形成。所述外殼基部102B具有在外殼基部 102B與軸110之間壓入接合的雙排軸承裝置160。所述軸承裝置160位于轉(zhuǎn) 子104的后側(cè)，并且優(yōu)選地與風扇葉片168 (見圖2A)大體上軸向?qū)?。?此方式，所述外殼102獨立于轉(zhuǎn)子104可旋轉(zhuǎn)地支撐在軸110上，并且軸承 裝置160與風扇葉片(以及工作室114)的軸向?qū)视兄谄胶廨S承裝置160 上的工作負載。平衡的軸承負載可以有助于防止損壞軸承和延長軸承壽 命。在將轉(zhuǎn)子104旋轉(zhuǎn)地固定到軸110上的情況下，軸承裝置160允許兩部 分外殼102與轉(zhuǎn)子104之間的相對旋轉(zhuǎn)。外殼蓋102A和外殼基部102B每個都 設(shè)置有許多面對工作室114的環(huán)形肋(每組肋由附圖標記162集中表示)， 并且與在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)和后側(cè)上的多組環(huán)形肋124粘性接合，以便在離合 器100接合的時候(即，當將剪力流體引入到工作室114內(nèi)時)傳遞轉(zhuǎn)矩。 以下將進一步解釋離合器100的操作。如圖7中所示，外殼蓋102A包括傳統(tǒng)的動態(tài)流體泵系統(tǒng)，通過在靠近 轉(zhuǎn)子104的0D的工作室114內(nèi)局部建立剪力流體的壓力來操作所述動態(tài)流 體泵系統(tǒng)。將回流路徑164限定通過外殼蓋102A從而剪力流體從工作室114 的0D移動到容器112。外殼102的外部具有冷卻助片166 (見圖l、 8、和9)以便將由離合器產(chǎn)生的熱量傳輸?shù)江h(huán)繞所述離合器的環(huán)境中。由于鋁的良好傳熱性能可以 有助于從離合器100中散發(fā)熱量，所以典型地使用鋁來形成外殼102。如圖2A中所示，當離合器100被接合時，可以將風扇葉片168連接到外殼102以 便與外殼102—起旋轉(zhuǎn)(為簡單起見，在其它的附圖中省略了風扇葉片 168)。風扇葉片168可以是整體風扇葉片組件的一部分，以熟知的方式使 用螺栓或螺絲釘將所述整體風扇葉片組件連接到外殼102。圖8是沿圖1中的線8 — 8做出的離合器100的橫截面圖。如圖2A、 2B、 7 和8中所示，將磁通傳導(dǎo)外殼插入件170設(shè)置在外殼基部102B內(nèi)，并且將其 用作電磁線圈組件108與閥組件106的"漂浮"電樞144之間的磁導(dǎo)管。所 述外殼插入件170可以由鋼鐵形成。可以將所述磁傳導(dǎo)外殼插入件170預(yù)先 形成大致為圓柱體的形狀，且在其前外邊緣具有斜切面172，在其后邊緣 具有沿圓周彼此間隔開的多個扇形區(qū)174 (見圖2A、 2B、 7和10)，以及具 有向內(nèi)延伸的徑向肋176。在外殼基部102B中鑄造外殼插入件170。位于外 殼插入件170的后邊緣的扇形區(qū)174允許在鑄造期間外殼102的材料流到那 里，因此提供了在外殼插入件170與外殼基部102B之間的更加牢固的連接， 同時也提供了大體上軸向的磁通路徑。如圖8中所示，所述外殼插入件向 后延伸到在軸向上處于電磁線圈組件108的線圈座116的前面之后的位置， 從而在外殼插入件170與線圈座116之間形成小的徑向氣隙G,。圖2A、 2B和7 的橫截面是在扇形區(qū)174向前延伸進入外殼插入件170的位置處做出的橫 截面，與圖8 (也見圖IO)中所示的比較，在圖2A、 2B和7中外殼插入件170 具有較小的軸向長度。徑向肋176位于外殼插入件170的中部，并且用于方 便鑄造和用于幫助相對于外殼基部102B穩(wěn)定外殼插入件170。所述徑向肋 176和插入件扇形區(qū)174允許將外殼插入件170相對于所述外殼102固定，同 時插入件170的大體上的表面面積可以保持暴露，即，沒有被外殼102的材 料所覆蓋。如圖7中所示，電樞144的指狀物148A和148C位于導(dǎo)磁外殼插入件的區(qū) 域上，且由小的、大體上徑向的氣隙G2隔開。磁通可以穿過氣隙G2在外殼 插入件170與電樞144之間通過。當電樞144響應(yīng)于施加的磁通移動時，將 改變電樞相對于外殼插入件170的相對定向。然而，氣隙G2保持大體上徑向 定向。如圖2、 7和8中所示，將大體上盤形的磁極板178安裝到軸110的前端 IIOF(例如，通過沖壓的、有紋的連接)。所述磁極板178完全位于轉(zhuǎn)子104
的前側(cè)，并且沒有通過轉(zhuǎn)子104的任何部分。將磁極板178固定成與軸110 和轉(zhuǎn)子104—起旋轉(zhuǎn)，但不是像電樞144那樣可移動。磁極板178由例如鋼 鐵的磁通傳導(dǎo)材料形成，并且作為電樞144與軸110之間的磁通導(dǎo)管。當電 磁力朝向磁極板178吸引電樞144 (g卩，電樞144接觸磁極板178以便限制電 樞的移動范圍)時，所述磁極板178也作為電樞144的阻礙件。當離合器IOO 被完全解開(或脫離)時(如所有附圖中所示)，電樞144的基部部分146 被磁吸引從而與磁極板178物理接觸。當離合器100被接合時，在磁極板178 與電樞144之間存在小的、大體上軸向可變的氣隙G3 (沒有示出)。以下將 進一步解釋，大體上軸向的氣隙G3的大小可以改變。在操作期間，存在于離合器100中的流體可以使得電樞144粘附到磁極 板178，因而不希望地降低了離合器的響應(yīng)時間。為了緩解所述問題，磁 極板178的后表面可以隨意地形成紋理(即，形成為不平滑的)或具有凸 起的特征(例如，凸出的鉚釘蓋)以便有助于防止電樞144粘附到磁極板 178?？蛇x地或另外，為了達到相同的目的，電樞144的前面可以隨意地形 成紋理或具有凸起的特征。另外，如圖2A、 2B、 7和8中所示，磁通導(dǎo)套(guide sleeve) 180在 軸承裝置160的后面位于軸110上，從而徑向位于軸110與電磁線圈組件108 的線圈座116之間。所述磁通導(dǎo)套180軸向位于用于外殼102的軸承裝置160 與用于電磁線圈組件108的軸承裝置120之間。磁通導(dǎo)套180具有大體上圓 柱體的形狀、且具有向前斜切的外邊緣180A。磁通導(dǎo)套180由磁通傳導(dǎo)材 料(例如，鋼鐵)形成并且可以在軸110與電磁線圈組件108之間傳導(dǎo)磁通。 小的徑向氣隙G4將磁通導(dǎo)套180和線圈座116隔離開。根據(jù)前面的描述可以理解離合器100的磁通回路。當電流流過線圈118 時，電磁線圈組件108可以產(chǎn)生磁通。來自電磁線圈組件108的磁通可以通 過徑向氣隙G,從線圈座116到達外殼插入件170。在其軸向通過外殼插入件 170之后，磁通可以通過大體上徑向的氣隙G2到達闊組件106的電樞144的指 狀物148A至148D。磁通可以通過指狀物148A至148D到達電樞144的基部部 分146。通過默認(或以默認的方式)，當電磁線圈組件108沒有被供電且 沒有產(chǎn)生磁通時，電樞144從磁極板178偏移開，且磁通必須通過大體上可 變的軸向氣隙G3以便從電樞行進到磁極板178。來自于電磁線圈組件108的
磁通產(chǎn)生作用在電樞144上的電磁力，并且可以將電樞144樞轉(zhuǎn)地朝向磁極 板178移動且使電樞144與磁極板178接觸以便封閉軸向氣隙G3。磁極板178 繼續(xù)電樞144與軸110的前端110F之間的磁通回路。接著，軸110可以攜帶 磁通朝向離合器100的后側(cè)(即，從動側(cè))。然后，磁通可以從軸110移動 通過磁通導(dǎo)套180和通過徑向氣隙G4，回到電磁線圈組件108的線圈座116 以便完成磁通回路。通常，按照以下方法進行離合器100的操作。將閥組件106的蓋板140 設(shè)計成通過默認蓋板140被偏壓以便不能覆蓋容器112的后板112A內(nèi)的開 口138 (即，離合器100被接合的"啟動"位置或開位置)，這允許剪力流 體從容器112流到工作室114。通過在轉(zhuǎn)子104與外殼102之間產(chǎn)生摩擦接 合，存在于工作室114內(nèi)的剪力流體傳遞轉(zhuǎn)矩，并且轉(zhuǎn)矩傳遞的瞬時百分 比可以作為工作室114內(nèi)的剪力流體的量的函數(shù)而變化?？梢噪姶膨?qū)動閥組件106以便封閉開口138。當電磁線圈組件108被通 電時，由電磁線圈108產(chǎn)生磁通并且通過磁通回路傳導(dǎo)磁通以便將電樞144 朝向磁極板178移動，繼而將蓋板140朝向容器112的后板112A內(nèi)的開口138 移動。以此方式，將電磁線圈組件108通電而通過將開口138封閉得更多使 得導(dǎo)致離合器被解開，這限制或防止剪力流體從容器112流向工作室1H。如上所述，相對于蓋板140的位置和容器112的后板112A內(nèi)的開口，徑 向通道128形成在轉(zhuǎn)子104的前側(cè)內(nèi)。所述徑向通道128提供空間以便蓋板 140軸向移動從而覆蓋和不覆蓋容器112的后板112A內(nèi)的開口138。另外， 徑向通道128和凹槽130共同形成容器112的開口138到靠近轉(zhuǎn)子104的OD的 開口126A之間的流體通道。那樣，在其中一個流體開口 (例如，流體開口 126A)上出現(xiàn)剪力流體輸入到工作室114內(nèi)，這提供了在轉(zhuǎn)子內(nèi)大體上軸 向居中的且相對于環(huán)形肋124 (和162)大體上徑向居中的流體出口。將所 述流體出口定位在轉(zhuǎn)子104的軸向中心上或靠近轉(zhuǎn)子104的軸向中心從而 允許在轉(zhuǎn)子的前側(cè)和后側(cè)大體上同時將剪力流體注入到工作室114內(nèi)，并 且允許在靠近轉(zhuǎn)子104的0D的環(huán)形肋124中間將剪力流體注入到工作室114 內(nèi)。在轉(zhuǎn)子104的0D附近將剪力流體提供到的工作室114中以及在轉(zhuǎn)子104 的兩側(cè)同時將剪力流體提供到工作室114中都有助于改善離合器的響應(yīng)時 間。在操作期間，所述流體泵系統(tǒng)包括流體回流路徑164，所述流體泵系 統(tǒng)將剪力流體從工作室114泵送回容器112。剪力流體大體上連續(xù)地從工作 室114泵送回到容器112中。僅通過將閥組件106連續(xù)保持在打開位置，離 合器100保持接合，這允許更多的剪力流體從容器112移動(即，回流)到 工作室114。相反，通過將閥組件106移動到完全關(guān)閉的位置可以將工作室 114有效地排空，并且防止剪力流體回流到工作室114。各種可選控制方案可以適于操作離合器IOO。在一個實施例中，可以 以簡單的開/關(guān)方式將電磁線圈組件108通電，從而當將電磁線圈組件108 選擇性通電時，所述閥組件106保持在全開位置(默認位置)或全關(guān)位置。在另一個實施例中，使用來自電子發(fā)動機控制器(沒有示出)的脈寬 調(diào)制(P麗)信號給所述電磁線圈組件108通電。P麗信號允許動態(tài)可變平 均量的剪力流體流出容器112。隨著時間(over time), P麗信號使得電磁 線圈組件108以脈沖方式產(chǎn)生磁通。根據(jù)P麗信號的脈沖寬度(即，脈沖持 續(xù)時間)和頻率，闊組件106可以隨著時間可變地調(diào)整允許通過開口138流 出容器112到工作室114的剪力流體的量。即，所述P麗信號使得電磁線圈 組件108打開和關(guān)閉閥組件106，閥組件被打開的時間的平均量支配了流出 容器112的剪力流體的平均量。P麗信號的更大的脈沖寬度和/或更高的頻 率將導(dǎo)致關(guān)閉閥組件106平均更多，從而允許較低平均量的剪力流體流到 工作室114。所述P麗控制方案允許以選擇性可變速度操作離合器IOO，從 而外殼102 (和連接的風扇葉片168)可以從轉(zhuǎn)子104和軸110的0%旋轉(zhuǎn)速度 到大體上為轉(zhuǎn)子104和軸110的100%旋轉(zhuǎn)速度之間的任何速度旋轉(zhuǎn)，而不是 僅僅以簡單的開/關(guān)形式旋轉(zhuǎn)。在大約O. 5Hz至5Hz之間的P麗信號頻率是適 當?shù)?。因為對于電磁致動器系統(tǒng)內(nèi)的小沖程致動器來說，不能實現(xiàn)將電樞 144穩(wěn)定位于打開位置和關(guān)閉位置之間，電樞144將傾向于到極限端部位置 (即，完全打幵或完全關(guān)閉)中的一個。因此，必須將P簡頻率設(shè)定為相 對較低以便允許電樞盤在每個工作循環(huán)中到達端部位置。然而，如果P麗 頻率太低可能是不利的，因為當響應(yīng)于P麗信號的單個脈沖的風扇速度改 變時，風扇168 (和外殼102)的速度改變可以產(chǎn)生不希望的可聽噪音。由 此，優(yōu)選地，P麗信號頻率為大約2Hz。
應(yīng)該注意的是，小的氣隙G3限制了磁通的最大值，并且由此限制了系統(tǒng)的磁能的最大值，當電磁線圈組件108斷電時，磁能必須解除。在具有 更大的氣隙G3的情況下，可以增加閥組件106的響應(yīng)時間，但是稍微減少了 用于移動閥組件106的可獲得的磁力。由此，所述氣隙G3將解釋(說明)離 合器100的其它設(shè)計特征。操作電磁驅(qū)動粘性離合器所面臨的一個問題是所述離合器的結(jié)構(gòu)可 以具有鄰近磁通回路有效地形成變壓器(transformer)的非計劃中的結(jié) 果。通常使用鋁作為連接器部件的材料，因為鋁相對較輕、相對較便宜、 可鑄、順磁性和具有希望的強度和傳熱性質(zhì)。然而，因為鋁可以導(dǎo)電，鄰 近磁通回路的外殼102和/或轉(zhuǎn)子104的部分可以有效地用作第二繞組。需 要相當長的時間將鋁中的渦電流消散為熱量。這可以影響電樞144的運動， 并且通過將閥組件保持在打開位置或關(guān)閉位置，可以不希望地減慢離合器 IOO的響應(yīng)時間。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，渦電流效應(yīng)可以對于離合器的響應(yīng)時間具有 相當大的影響，甚至比電樞144的質(zhì)量(mass)具有更大的影響。當使用 PWM控制方案控制離合器100時，這尤其是不希望的。當電磁線圈組件108 停止提供磁通(即，斷電)試圖將電樞144從關(guān)閉位置偏壓到默認的打開 位置時，離合器100上的渦電流效應(yīng)通常最大，因為使電樞144維持在關(guān)閉 位置比使電樞144從打開位置移動到關(guān)閉位置需要更少的磁通。為了緩解渦電流問題，離合器100可以包括鄰近磁通回路定位的渦電 流減少結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，所述渦電流減少結(jié)構(gòu)包括特殊的外殼幾何 形狀，從而在外殼基部102B中形成中斷圖形(interrupting pattern)。 圖9是在隔離狀態(tài)下的離合器100的外殼基部102B的后視圖。圖10是所述外 殼基部102B的一部分的橫截面透視圖。如圖8、 9和10中所示，沿圓周均勻 間隔開的十二個扇形區(qū)190靠近外殼102的ID在外殼基部102B的后側(cè)(從動 側(cè))上形成凹槽。所述扇形區(qū)190形成在外殼插入件170的徑向內(nèi)部，從而 相對于磁通回路的內(nèi)部定位。扇形區(qū)190具有淚珠形狀，具有朝向后并且 朝向外殼基部102B的前側(cè)變窄的寬開口。然而，在可選實施例中，扇形區(qū) 190可能具有其它的形狀和結(jié)構(gòu)。扇形區(qū)190用于減少鄰近于磁通回路設(shè)置 的材料的量。更特別地，如圖8所示，扇形區(qū)190減少在磁通回路的內(nèi)部大 體上軸向鄰近軸110的位置形成閉環(huán)的、外殼102的導(dǎo)電材料的量，由此降 低了渦電流的傳導(dǎo)。另外，特殊的渦電流減少幾何形狀包括在外殼基部102B的前側(cè)上的結(jié)構(gòu)。圖11是從前側(cè)顯示的外殼基部102B的一部分的橫截面圖。如圖10和11 所示，前側(cè)扇形區(qū)192形成在外殼基部102B的前側(cè)。沿圓周均勻間隔開的 十二個前側(cè)扇形區(qū)192位于外殼基部102B的ID附近，從而前側(cè)扇形區(qū)192沿 環(huán)形通道194定位，所述環(huán)形通道194徑向位于外殼插入件170與外殼基部 102B的ID之間，其中軸承裝置160位于外殼插入件170與外殼基部102B的ID 之間。將前側(cè)扇形區(qū)192布置成與在外殼基部102B的后側(cè)上的扇形區(qū)190對 準。從而，扇形區(qū)190和192降低了位于磁通回路附近的導(dǎo)電材料的量。肋 狀結(jié)構(gòu)形成在鄰近的扇形區(qū)190與192之間，這有助于給外殼102提供充分、同樣:，轉(zhuǎn)子104可以形成有形成電中斷結(jié)構(gòu)的特殊幾何形狀，以便 減少鄰近磁通回路的離合器100內(nèi)的渦電流。所述的渦電流減少結(jié)構(gòu)可以 與外殼102的渦電流減少結(jié)構(gòu)一起形成或代替外殼102的渦電流減少結(jié)構(gòu)。在可選實施例中，渦電流減少結(jié)構(gòu)是一種在鄰近磁通回路的離合器 IOO中使用的特殊材料。在外殼基部102B的ID與插入件170的大致位置之間 的外殼基部102B的一部分、整個外殼基部102B或整個外殼102可以由例如 鎂的弱導(dǎo)電體的順磁材料形成，以便減少鄰近離合器100的磁通回路的渦 電流的傳導(dǎo)。同樣地，在又一個實施例中，轉(zhuǎn)子104或轉(zhuǎn)子104的一部分可 以由例如鎂的弱導(dǎo)電材料形成。例如鎂的特殊材料的使用，限制了否則將 鄰近磁通回路形成的任何渦電流，從而有助于改善離合器響應(yīng)時間。應(yīng)該認識到的是，本發(fā)明提供了一種具有許多優(yōu)點的、高效的、有效 的和可靠的粘性離合器。例如，根據(jù)本發(fā)明的離合器可以具有構(gòu)造成與轉(zhuǎn) 子一起移動的容器，所述容器向剪力流體施加動能(旋轉(zhuǎn)能)以便當將容 器的閥組件打開時將剪力流體更快地傳送到工作室。通過大致經(jīng)由轉(zhuǎn)子的 軸向中心傳送剪力流體以便大體上同時在前側(cè)和后側(cè)將剪力流體分布到 工作室，以及在轉(zhuǎn)子的OD附近傳送剪力流體，改善和加速了剪力流體到工 作室的傳送。另外，本發(fā)明的離合器通過具有相對較少氣隙的磁通回路提 供高效的磁通傳輸。要求不多于四個氣隙，這降低了由于更多數(shù)量氣隙而 致的電磁力的損失。此外，根據(jù)本發(fā)明的離合器中的氣隙可以更為通常地
徑向定向，并且徑向氣隙通常地比軸向定向的氣隙允許更加一致的和更加 精確的容許間隙。此外，根據(jù)本發(fā)明的離合器可以包括渦電流減少結(jié)構(gòu)以 便緩解不希望的磁通回路性能損失。所有前述的優(yōu)點有助于改善離合器響 應(yīng)時間，所述離合器響應(yīng)時間是指離合器調(diào)整輸入與輸出端之間的接合程度的速度的測量值。在使用PWM控制方案控制離合器以便提供動態(tài)可變的離合器接合的情況下，良好的離合器響應(yīng)時間特別重要。除了前述的優(yōu)點 以外，根據(jù)本發(fā)明的離合器的設(shè)計也便于組裝和拆卸以便維修。盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng) 該理解的是，在不偏離本發(fā)明的原理和保護范圍的情況下，可以在形式上 和細節(jié)上對這些實施例做出改變。例如，可以按照特定應(yīng)用所要求的，改 變根據(jù)本發(fā)明的離合器的特殊結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。
權(quán)利要求
1、一種粘性離合器組件，包括旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)包括能夠傳導(dǎo)磁通的材料；轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子連接到所述旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)上；選擇性地可旋轉(zhuǎn)部件，所述選擇性可旋轉(zhuǎn)部件圍繞轉(zhuǎn)子并由旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)可旋轉(zhuǎn)地支撐；電磁線圈，所述電磁線圈相對于轉(zhuǎn)子的從動側(cè)定位；閥組件，所述閥組件包括用于調(diào)整剪力流體流量的蓋板，其中所述閥組件由轉(zhuǎn)子支撐；和磁通回路，所述磁通回路用于利用由電磁線圈產(chǎn)生的磁通控制閥組件，其中所述磁通回路構(gòu)造成包括不多于四個的氣隙。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述閥組件包括電樞，其中所述電樞的至少一部分布置成在轉(zhuǎn)子的從動側(cè)與轉(zhuǎn)子的相 對的前側(cè)之間延伸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述閥組件包括電樞，所述電樞具有基部部分和從該基部部分延伸的一個或更多指狀物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其中所述電樞進一步包括 從基部部分延伸的配重，其中所述配重的位置大體上與蓋板相對。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組件，進一步包括-用于容納剪力流體的容器，其中所述蓋板布置在轉(zhuǎn)子和所述容器之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的組件，其中所述容器安裝到轉(zhuǎn)子的前側(cè)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的組件，其中所述容器適于與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組件，進一步包括軸承裝置，所述軸承裝置可旋轉(zhuǎn)地支撐該選擇性地可旋轉(zhuǎn)部件在旋轉(zhuǎn) 輸入結(jié)構(gòu)上；和連接到該選擇性地可旋轉(zhuǎn)部件上的旋轉(zhuǎn)輸出，其中所述旋轉(zhuǎn)輸出大體 上定位成相對于旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線與軸承裝置軸向?qū)省?br> 9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中所述蓋板被彈簧偏壓，且其中通過磁通克服蓋板的彈簧偏壓而實現(xiàn)對閥組件的控制。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其中以默認的方式所述蓋板被彈簧 偏壓到打開位置，其中所述打開位置允許剪力流體流動。
11、 一種粘性離合器組件，包括-包括磁通傳導(dǎo)材料的軸，其中所述軸限定旋轉(zhuǎn)軸線； 安裝到所述軸上的轉(zhuǎn)子；外殼，所述外殼圍繞轉(zhuǎn)子以限定工作室，所述工作室被限定在轉(zhuǎn)子與 外殼之間；容器，所述容器安裝在轉(zhuǎn)子上并具有容器開口；電磁線圈，所述電磁線圈相對于外殼的外表面布置，其中所述電磁線 圈能夠產(chǎn)生磁通；閥組件，所述閥組件包括 電樞；連接到電樞上的安裝板；和連接到電樞上并與安裝板相對的蓋板，且其中所述蓋板 大體上布置在容器與轉(zhuǎn)子之間，且其中所述蓋板定位成選擇性地覆蓋所述 容器開口；磁通傳導(dǎo)插入件，所述磁通傳導(dǎo)插入件位于外殼內(nèi)用于將磁通從電磁 線圈運送到電樞；磁通傳導(dǎo)極板，所述磁通傳導(dǎo)極板安裝在軸上用于在電樞與軸之間運 送磁通，且其中磁通可以從軸被運送到電磁線圈以完成磁通回路。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的組件，其中所述極板鄰近電樞的表面是 非平滑的。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的組件，其中所述電樞鄰近極板的表面是 非平滑的。
14、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的組件，其中所述電樞包括 基部部分；和從所述基部部分延伸的一個或更多指狀物。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的組件，其中所述電樞的基部部分是環(huán)形形狀。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的組件，進一步包括配重，所述配重從所述電樞的基部部分延伸并大體上與蓋板相對。
17、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的組件，進一步包括 軸承裝置，所述軸承裝置可旋轉(zhuǎn)地支撐外殼在軸上；和 連接到外殼上的風扇葉片組件，其中所述風扇葉片組件定位成與軸承裝置大體上軸向?qū)?，以便穩(wěn)定風扇葉片組件與軸承裝置之間的力的傳輸。
18、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的組件，其中所述閥組件的安裝板用作彈 簧以偏壓蓋板，且其中通過磁通克服由安裝板提供的彈簧偏壓而對閥組件 進行控制。
19、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的組件，其中所述電磁線圈位于外殼的后側(cè)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的組件，其中所述磁通傳導(dǎo)插入件和電磁 線圈由徑向氣隙分開。
21、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的組件，其中所述電樞與磁通傳導(dǎo)插入件 由大體上徑向的氣隙分開。
22、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的組件，其中所述電樞和磁通傳導(dǎo)極板由 大體上軸向的氣隙分開。
23、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的組件，其中所述粘性離合器組件構(gòu)造成 磁通能夠通過徑向氣隙從軸傳遞到電磁線圈。
24、 一種用于粘性離合器的磁通回路組件，所述粘性離合器具有轉(zhuǎn)子 和圍繞轉(zhuǎn)子的外殼，所述磁通回路組件包括電磁線圈；磁通傳導(dǎo)插入件，所述磁通傳導(dǎo)插入件位于外殼內(nèi)并鄰近電磁線圈且 與電磁線圈由第一氣隙分開，其中所述第一氣隙是徑向間隙；電樞，所述電樞定位成鄰近所述插入件并且與電磁線圈相對，且與插 入件由第二氣隙分開，其中所述第二氣隙是大體上徑向間隙，且其中所述 電樞在轉(zhuǎn)子的前側(cè)與后側(cè)之間延伸；導(dǎo)磁極板，所述導(dǎo)磁極板鄰近電樞并與插入件相對地設(shè)置在外殼中，其中所述電樞能夠接觸極板以關(guān)閉導(dǎo)磁極板與電樞之間的第三氣隙，且其 中所述第三氣隙是大體上軸向間隙；和導(dǎo)磁軸，其中所述極板安裝到該軸上，且其中第四氣隙鄰近電磁線圈 位于該軸的一部分與電磁線圈之間，且其中所述第四氣隙是徑向間隙。
25、根據(jù)權(quán)利要求24所述的組件，其中所述磁通回路組件不需要多 于四個的氣隙。
全文摘要
一種粘性離合器組件(100)，包括旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)(110)；轉(zhuǎn)子(104)，該轉(zhuǎn)子連接到所述旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)(110)上；選擇性地可旋轉(zhuǎn)部件(102)，所述選擇性可旋轉(zhuǎn)部件圍繞轉(zhuǎn)子(104)并由旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)(110)可旋轉(zhuǎn)地支撐；電磁線圈(108)，所述電磁線圈相對于轉(zhuǎn)子的從動側(cè)定位；由轉(zhuǎn)子支撐的閥組件(106)；和磁通回路，所述磁通回路用于利用由電磁線圈(108)產(chǎn)生的磁通控制閥組件(106)。所述閥組件(106)包括蓋板(140)，用于調(diào)整剪力流體的流量。所述旋轉(zhuǎn)輸入結(jié)構(gòu)(110)包括能夠傳導(dǎo)磁通的材料。所述磁通回路構(gòu)造成包括不多于四個的氣隙(G₁-G₄)。
文檔編號F16D35/02GK101400916SQ200680027808
公開日2009年4月1日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者巴斯蒂安·布蘭德, 戴維·R·亨尼西 申請人:霍頓公司