专利名称：带有涡流驱动器的双速旋转控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转控制装置，尤其是涉及一种能操作成用多速控制器来驱动冷却风扇的涡流风扇驱动系统。
背景技术：
在典型的涡流驱动器中，安装例如永久磁铁形式的第一磁场生成驱动部件，以便随着例如离合器之类的旋转控制装置的输入或输出而旋转，该旋转控制装置用于与第二耦合驱动部件进行磁耦合，第二耦合驱动部件安装成随着输入或输出而旋转。第二耦合驱动部件典型地采用第一环的形式，该第一环由例如铜之类的导电材料制成，靠着安装主体部分夹有例如钢之类的磁通量传导材料的第二环，安装主体部分由导热材料，例如铝，制成，以便主体部分用作散热器。螺钉穿过第一环和第二环，并且沿螺纹拧入主体部分。
这些耦合驱动部件存在各种问题和缺陷。钢环和铜环到主体部分的机械连接增加了所需部件和装配的数量，并且容易松开和/或分开，从而不利地影响可靠性。同样，靠近风扇以轴承方式安装和固定第一和第二驱动部件。第一和第二驱动部件沿轴向布置成面对面并带有固定间隙；在驱动部件之间不存在相对轴向运动。这样的布置提供双速风扇驱动。当前的双速冷却风扇用户需要更多的驱动扭矩来旋转更大的风扇和以更高的速度旋转风扇。用来操作冷却风扇的当前涡流驱动系统不具有来处理这些应用的扭矩容量。
存在能处理更大风扇应用所需扭矩的风扇驱动器，然而，这些风扇驱动器不包括想要的第二中速。在名称为“Splineless Rotational ControlApparatus(无花键转动控制装置)”并转让给Horton，Inc.(本申请的受让人)的美国专利US6092638中，公开了一种具有大扭矩容量的风扇离合器。
风扇离合器包括致动系统以便将轴向负荷施加在耦合部件上。致动系统通常由可旋转部件之一或独立部分构成，以便在耦合部件和风扇安装摩擦盘(FMFD)(可旋转部件之一)之间产生某一相对轴向运动，从而驱动地互连两个可旋转部件。典型地，耦合部件是由至少一根弹簧进行作用的环形活塞，以便将活塞偏向触发或释放位置并且移动FMFD。
在典型的轴向布置的涡流风扇驱动器中存在固定间隙，因为产生涡流耦合的两个组件都以轴承方式安装和固定到轴颈轴。涡流驱动器可以适合于大扭矩容量风扇离合器，以便允许两个组件之间的相对轴向运动。在轴向致动风扇离合器中，涡流组件的磁极定位成沿着平行于中心轴线的线，并且位于离开轴线的固定径向距离上。涡流组件包括非磁性材料和沿轴向相邻的磁性材料，磁性材料与磁铁沿轴向间隔有气隙。两个组件之间的气隙不是固定的，因为FMFD沿轴向移动，并且两个涡流耦合组件彼此相对沿轴向移动。因此，需要保持恒定间隙的涡流耦合，同时允许两个组件之间的轴向相对运动。
轴向致动风扇离合器用来有选择地控制旋转力在第一和第二可相对旋转部件之间的传递，尤其是用于驱动风扇的摩擦离合设备。轴向致动风扇离合器能处理必需的驱动扭矩来旋转更大的风扇和以更高的速度旋转风扇。然而，轴向致动风扇离合器典型地是单速的，而且在开和关位置之间驱动风扇。
涡流驱动器典型地产生扭矩生成涡流和非扭矩生成涡流。当产生非扭矩生成涡流(不传递扭矩的涡流)时，它在驱动器内是损耗、无效和热量增加的原因。利用实心铁护铁作为磁性材料的涡流驱动器产生非扭矩生成涡流。非扭矩生成涡流的消除增加了涡流驱动器的无效。
因此，需要一种涡流驱动器，其能消除非扭矩生成涡流、提高扭矩生成涡流的产生量(扭矩生成涡流对于提高风扇驱动器的扭矩容量和以更高的速度操作风扇来说是理想的)，以及能处理旋转更大风扇所需的扭矩，以便以更高的速度旋转风扇和允许多个但固定的速度进行操作。
发明内容
本发明涉及一种包括第一可旋转组件和第二可旋转组件的旋转控制装置。第一组件可旋转地安装到第一支撑底座的第一轴。第二组件可旋转地安装到第一组件，其中第二组件可相对于第一组件沿轴向移动。第一组件和第二组件各自具有相互邻近和隔开的同轴表面。第一组件和第二组件还具有各自的轴向表面，当第二组件处于第一轴向位置时，各自的轴向表面相互摩擦啮合，而当第二组件处于第二轴向位置时，各自的轴向表面脱离。当第二组件处于第二轴向位置时，第二组件独立于第一组件旋转。旋转控制装置包括由第一涡流耦合组件和第二涡流耦合组件组成的涡流驱动器。第一涡流耦合组件与第一组件的同轴表面相关联，而第二涡流耦合组件与第二组件的同轴表面相关联，其中第二涡流耦合组件邻近第一涡流耦合组件，并在它们之间具有气隙。
在本发明的另一实施例中，第二涡流耦合组件包括布置在第二组件的内空腔中的多个同轴电绝缘环和同轴地定位成邻近电绝缘环的非磁性环。
本发明的另一实施例涉及一种旋转控制装置，包括适合于保持在固定而防止旋转的位置上的支撑底座。第一可旋转组件包含第一部分和第二部分的，第一部分适合于互连到驱动源，而第二部分与第一部分沿轴向隔开，第二部分还包括外圆周表面。第一轴承单元插在支撑底座和第一可旋转组件之间，其中第一可旋转组件由支撑底座通过第一轴承单元可旋转地支撑。第一啮合表面设置在第一可旋转组件的第二部分上，以便与第一可旋转组件同时旋转。旋转控制装置包括具有第一部分和第二部分的第二可旋转组件。第二可旋转组件的第一部分包括径向延伸部分和内径向表面部分，径向延伸部分确定与第一可旋转组件的外圆周表面对齐的内径向表面部分，内径向表面部分确定第二可旋转组件的内空腔。第二可旋转组件的第二部分从第一部分沿径向朝内延伸，并且与第一可旋转组件的第一部分沿轴向隔开。第二啮合表面提供在第二可旋转组件的第一部分上。活塞沿轴向定位在第一可旋转组件的第一部分和第二可旋转组件的第二部分之间，其中活塞可相对于第一可旋转组件沿轴向移动。旋转控制装置包括用于相对于第一可旋转组件沿轴向移动活塞的设备，以使第一啮合表面和第二啮合表面之间有选择地啮合，从而使第一可旋转组件和第二可旋转组件互连。第二轴承单元使活塞和第二可旋转组件互连，以便相对于第一可旋转组件同时轴向移动，允许活塞和第二可旋转组件之间相对旋转。第一涡流组件沿径向安装到第一可旋转组件的第二部分的外圆周表面上，而第二涡流组件沿径向安装到第二可旋转组件的内空腔中。第二涡流组件与第一涡流组件沿径向隔开并且与其同轴。第二涡流组件包括沿径向布置在第二可旋转组件的内空腔中并邻近内径向表面部分的多个电绝缘环；以及连接到电绝缘环之一的非磁性材料的中间环，中间环位于多个电绝缘环和第一涡流组件之间。
将参考附图进一步解释本发明，其中这几个附图中始终用相同的数字指示相同的结构。
图1A是依据本发明第一实施例的旋转控制装置的横剖视图。
图1B是图1A中所示的旋转控制装置的示意剖视图，其中为了清楚而没有图示控制装置的某些部分。
图2表示旋转控制装置处于第一被啮合位置时的局部横剖视图。
图3表示旋转控制装置处于第二被脱离位置时的局部横剖视图。
图4表示依据本发明第二实施例的旋转控制装置的局部横剖视图。
尽管上面标识的附图阐明了本发明的几个实施例，但如论述中所注明的，也能想到其他实施例。就一切情况而论，这种公开以代表的方式体现了本发明而不是进行限制。应该理解，本领域技术人员能想出许多落入本发明原理的范围和本质内的其他修改和实施例。
具体实施例方式
图1A是依据本发明第一实施例构造的旋转控制装置10的横剖视图。旋转控制装置10构成摩擦离合器，其特别适用于以多种固定速度驱动风扇，例如用在机动车环境内的冷却风扇。
旋转控制装置10包括整体形成且用于整个装置的支撑底座12。支撑底座12适合于保持在固定而防止旋转的位置上，并且包括凸缘部分14，多个固定器(未图示)通过凸缘部分14容纳在孔16内，以便将支撑底座12固定到支撑结构(未图示)，例如发动机组。
支撑底座12包括适合于支撑第一可旋转组件20的轴颈轴18。第一可旋转组件20包括轴线21。第一可旋转组件20由第一部分22和第二部分24构成，第二部分24与第一部分22沿轴向隔开。第一可旋转组件20的第一部分22包括外径向表面，外径向表面确定适合于通过传动带27耦合到驱动源(未图示)的滑轮26，并且构成旋转控制装置10的第一或输入部件。第二部分24包括外圆周表面28。第一可旋转组件20通过第一轴承单元30可旋转地支撑在轴颈轴18上。第一轴承单元30插在第一可旋转组件20的轴颈轴18和滑轮26之间。第一轴承单元30包括内滚道和外滚道，它们分别滑动配合在轴颈轴18上并压入配合在第一部分22内。通过邻接轴颈轴18位于一个轴向位置上的凸肩32，第一轴承单元30的内滚道沿轴向滑动配合在轴颈轴18上，在隔开的轴向位置上，通过与保持器部件34的啮合，内滚道连在轴颈轴18的直径缩小的内轴向端36上。
第一部分22的滑轮26相对于第一轴承单元30配备有近凸肩38，近凸肩38沿轴向定位滑轮26。在图示的实施例中，凸肩38表示第一可旋转组件20的第一部分22的近延伸部分(朝向发动机组)。滑轮26确定外径向开槽部分40，传动带27适合于在外径向开槽部分40的周围延伸以便将旋转驱动力输入到滑轮26。第一可旋转组件20具有相互关联的第一内圆周表面42和更大的第二内圆周表面44，它们两个都位于第一可旋转组件20的界限内。而且，第一可旋转组件20的第二部分24还包括第一啮合表面46，以便与第一可旋转组件20同时旋转。
在本发明的一个实施例中，旋转控制装置10构成液压控制设备。在图1A所示的实施例中，旋转控制装置10包括横跨第一内圆周表面42而延伸的盖部件48。盖部件48也邻接第一轴承单元30的外滚道，并且通过定位环50保持在径向上。密封垫52插在盖部件48和第一可旋转组件20的第一内圆周表面42之间。在盖部件48的中心上固定管接头54，管接头54具有由此穿过的流体通道55。管接头54的通道55与旋转接头58的导管56进行流体流通。旋转接头58安装在孔60内，孔60形成在支撑底座12的轴颈轴18内，旋转接头58具有轴向表面59A，轴向表面59A啮合管接头54的轴向表面59B以便在它们之间确定旋转结合。通常，旋转接头58采用本领域公知的夹头形式。导管56还与形成在轴颈轴18内的通道62进行流体流通。因此，由于这种布置，能迫使加压流体的供应经由通道62、导管56和通道55有选择地流入轴颈轴18和流过盖部件48。
在旋转控制装置10的初始装配期间，第一轴承单元30最初定位成靠着位于第一可旋转组件20的第一部分22内的凸肩38。此后，第一可旋转组件20和第一轴承单元30在支撑底座12的轴颈轴18上沿轴向滑动，直到第一轴承单元30邻接凸肩32。在第一可旋转组件20和第一轴承单元30装配到支撑底座12上之前或之后，安装旋转接头58。保持器部件34沿螺纹拧在轴颈轴18的内轴向端36上。由于密封垫52和管接头54连接在盖部件48上，盖部件48沿着第一内圆周表面42滑动，并且压在第一轴承单元30的外滚道上。此后，定位环50安装在环形凹槽内以便沿轴向保持盖部件48，环形凹槽形成在第一内圆周表面42内。由于这种布置，有利地，支撑底座12能整体形成以增强其结构特性，同时还使轴颈轴18彻底伸入第一可旋转组件20。在一个实施例中，管接头54的流体通道55车有用于接收螺钉或类似物的螺纹，以便允许拆除盖部件48(在拆除定位环50之后)来进行拆卸。
在图1A所示的实施例中，保持器部件34形成有排液孔64，而轴颈轴18配备有排液通道66，排液通道66从排液孔64沿轴向穿过支撑底座12。由于这种结构，如果在管接头54和旋转接头58之间的旋转结合上出现任何加压流体的泄漏，流体将通过排液回路(排液孔64和排液通道66)排出，而不是通过第一轴承单元30，从而延长了轴承单元30的使用寿命。
旋转控制装置10还包括具有盘状部分的活塞68，盘状部分至少部分地由第一轴向侧面70来确定，第一轴向侧面70暴露给流经管接头54的加压流体。活塞68也包括第二轴向侧面72，从第二轴向侧面72突出外轴向延长部分74和内轴向延长部分76。密封垫78插在外轴向延长部分74和第一可旋转组件20的第二部分24的第二内圆周表面44之间。在第一可旋转组件20、盖部件48和活塞68的第一轴向侧面70之间确定流体腔80。优选地，第一可旋转组件20由低孔隙度金属制成，例如钢或铁。如下面将进一步详述，活塞68适合于相对第一可旋转组件20沿轴向有选择地移动，以便啮合和脱离旋转控制装置10。
在图1A所示的实施例中，密封垫78固定到第一可旋转组件20的第二部分24。更具体地，反应板84的轴向延长环形突起82捕获位于第一可旋转组件20和反应板84之间的密封垫78。活塞68可沿着突起82的轴向表面、密封垫78和第一可旋转组件20的第二部分24滑动。
反应板84包括适合于固定到第一可旋转组件20的第二部分24的最外圆周凸缘部分86。反应板84确定第一可旋转组件20的第一啮合表面46，第一啮合表面46可以由包含不同材料的摩擦衬垫来确定。反应板84也包括内轴向延长环形部分88，其有助于在反应板84内确定多个环状和轴向延长空腔92。在图1A所示的实施例中，12个这样的空腔92在反应板84内沿环形平均隔开，空腔92的壁确定肋条(未图示)，这些肋条在结构上增强反应板84。每个空腔92适合于容纳压缩弹簧94，压缩弹簧94在反应板84、它的各个空腔底板93和活塞68的第二轴向侧面72之间延伸。
由于存在弹簧94，使活塞68靠近地偏向轴颈轴18，但释放到流体腔80内的流体压力逆着弹簧94的偏压力，能使活塞68远离地离开轴颈轴18和第一可旋转组件20。在这种轴向移动期间，活塞68也相对反应板84沿轴向移动，并且沿着反应板84的内轴向延长部分88引导活塞68的内轴向延长部分76。活塞68的内轴向延长部分76配备有密封垫90，密封垫90含有润滑剂来润滑活塞68的内轴向延长部分76和反应板84的环形部分88之间的界面，并且防止灰尘进入该界面。按照本发明的一种形式，活塞68和反应板84之间的界面95配备有减小摩擦、应用于热喷射的陶瓷/金属涂层，对涂层进行TEFLON浸染。
旋转控制装置10也包括第二可旋转组件96，也称为风扇安装摩擦盘(FMFD)。第二可旋转组件96可旋转地安装到活塞68。FMFD 96具有连接到第二内径向部分100的第一外径向部分98。第一外径向部分98与第二啮合表面102相互关联，第二啮合表面102可以由包含不同材料的磨损涂层来确定。第二啮合表面102与第一可旋转组件20的第一啮合表面46并列。外径向部分98由第一径向部分98A和第二径向部分98B构成。第二啮合表面102与FMFD 96是整体的。
优选地，FMFD 96由铝制成以便重量轻并容易制造和加工，并且具有低惯性、低总重量和非磁性。优选地，活塞68和反应板84也由例如铝之类的轻质非磁性材料制成。
FMFD 96的第二径向部分98B具有外径向部分104和内径向部分106。第二径向部分98B的外径向部分104包括多个冷却片108，冷却片108分散由旋转控制装置10在操作期间产生的热量。第二径向部分98B的外径向部分104和内径向部分106确定位于它们之间的内环形空腔110。FMFD 96的内径向部分106的内表面106A并置在邻近第一可旋转组件20的第二部分24的外圆周表面28的位置上，以便外圆周表面28和内表面106A与它们之间的间隙114沿径向对齐。如图2中所示，当旋转控制装置10处于啮合位置时(即，腔80未被加压且活塞68还没有移动)，第一摩擦啮合表面46和第二摩擦啮合表面102适合于相互邻接，从而摩擦啮合第一可旋转组件20和第二可旋转组件96以便耦合旋转。
FMFD 96适合于通过使用具有头部118的轴116安装到活塞68。更具体地，轴116由具有扭矩配合的起重螺栓构成，并且适合于容纳在安装毂120内，安装毂120被确定在FMFD 96的内径向部分100的中心部分上。安装毂120也配备有凸肩122，第二轴承单元124的内滚道定位成靠着凸肩122。第二轴承单元124具有靠着热膨胀控制插件126进行压入配合的外滚道，插件126与活塞68铸造成整体(即，插件126确定内径向延长部分76)，第二轴承单元124沿一个径向方向邻接活塞68，其中外滚道通过定位环128保持在它的理想位置上。
在旋转控制装置10的后续装配阶段期间，将活塞68插入第一可旋转组件20的第二部分24和反应板84内，其中位于空腔92内的弹簧94固定到第一可旋转组件20。由于轴116穿过第二轴承单元124，第二轴承单元124压入配合在插件126内并且邻接活塞68。此后，插入定位环128以便沿轴向保持第二轴承单元124的外滚道。主要由于反应板84的结构，应该认识到，第二轴承单元124在活塞68插入第一可旋转组件20内之前也能连接到活塞68。接着，安装毂120连接到第二可旋转组件96，并且插入第二轴承单元124内。此后，将扭矩施加到轴116来旋转轴116，并且将第二可旋转组件96拉入第二轴承单元124内，直到凸肩122邻接第二轴承单元124的内滚道。在将轴116固定到安装毂120内时，头部118啮合第二轴承单元124的内滚道以便内滚道保持在头部118和凸肩122之间。
由于这种安装布置和第二轴承单元124的存在，允许活塞68和第二可旋转组件96彼此相对旋转。另外，因为第二轴承单元124位于内径向位置上，由于在旋转控制装置10的操作期间产生的离心力，杂质和灰尘将趋于沿径向朝外流动并流出第二轴承单元124。同样，固定到第二可旋转组件96的多个沿环形隔开的轴或螺栓130在内径向部分100处提供到第二可旋转组件96上。由于按照本发明的最优选形式，旋转控制装置10构成摩擦风扇离合器，轴130适合于容纳风扇叶片环131，其中风扇叶片131A位于风扇叶片环131上(图1A中按照剖视图来图示)。
当用作离合器时，其中允许第一可旋转组件10和第二可旋转组件96旋转，弹簧94将活塞68偏压入某一位置，该位置在第一摩擦啮合表面46和第二摩擦啮合表面102之间引起啮合(图2中图示)。然而，能将加压流体引入流体腔80内以便引起活塞68轴向移动。由于活塞68和第二可旋转组件96通过第二轴承单元124相互啮合，活塞68相对第一可旋转组件20的轴向移动将导致第二可旋转组件96同时轴向移动。第二可旋转组件96的这个轴向移动将在第一摩擦啮合表面46和第二摩擦啮合表面102之间引起脱离，从而脱离旋转控制装置10的摩擦咬合操作(图3中图示)。
要说明的是，活塞68的第一轴向侧面70是盘状的，即非平面的。这种结构建立了通过引入流体腔80的加压流体而起作用的大活塞面积。因此，对于给定流体压力而言，大活塞面积能使高脱离力出现在旋转控制装置10内，同时也允许大量弹簧力产生快速啮合，减少滑动和磨损。
当第一可旋转组件20和第二可旋转组件96啮合时，旋转力从一个到另一个的传递出现在旋转控制装置10的外径向部分上。更具体地，这些力通过第一摩擦啮合表面46和第二摩擦啮合表面102在第一可旋转组件20和第二可旋转组件96之间直接传递。
当活塞68处于第二脱离位置时，即，当第一摩擦啮合表面46和第二摩擦啮合表面102脱离时，本发明与涡流驱动系统132协作来以中速驱动第二可旋转组件96。图1B是旋转控制装置10的部分视图的示意图解，尤其是涡流驱动系统132。为了图解清楚，在图1B中未图示旋转控制装置10的中心部分。图2是旋转控制装置处于第一啮合位置时的局部横剖视图，而图3是旋转控制装置处于第二脱离位置时的局部横剖视图。
涡流驱动系统132由第一涡流耦合组件134和第二涡流耦合组件136组成。第一涡流耦合组件134安装到第一可旋转组件20的第二部分24的外圆周表面28，邻接第一可旋转组件20和第二可旋转组件96之间的间隙114。第一涡流耦合组件134包括多个护铁(back iron)碟片138和多个沿圆周隔开的磁铁140(即，图1B内的磁铁140A和140B)。一对磁铁140固定到每个护铁碟片138，这对磁铁间隔约14.7度，尽管这个距离能更大或更小。每对磁铁140和它们的相关护铁碟片138具有固定到护铁碟片138且沿圆周间隔180度的相应对的磁铁140。在图1B所示的第一涡流耦合组件134的实施例中，有四对磁铁140(总共8个磁铁)连接到四个护铁碟片138。
护铁碟片138由多个固定器142来相对第一可旋转组件20的第二部分24的外圆周表面28进行固定，固定器142穿过护铁碟片138，并且由第一可旋转组件20的第二部分24接收。每个磁铁140通过固定器144固定到护铁碟片138，固定器144穿过磁铁140，并且由护铁碟片138接收。第一涡流耦合组件134的外表面134A位于第一可旋转组件20和第二可旋转组件96之间的间隙114内，并且与第二可旋转组件96的第二径向部分98B的内径向部分106的内表面106A隔开和对齐，以便在它们之间形成间隙146。
第二涡流耦合组件136包括层压护铁147和第二可旋转组件96的第二径向部分98B的内径向部分106，层压护铁147由一堆导磁的电绝缘钢环148构成。层压护铁147包括堆叠在环形空腔110内的绝缘环148，环形空腔110确定在第二径向部分98B的外径向部分104和内径向部分106之间。绝缘环148堆叠在环形空腔110内，垂直于第二可旋转组件96的旋转轴线21。在一个实施例中，绝缘环148由钢制成以便完成磁力线回路，消除非扭矩生成涡流的产生，并且增加涡流驱动器132的效率。
如图2和3中所示，每个绝缘环148具有表面148A和表面148B。绝缘涂层堆积在每个环148沿轴向隔开的径向表面148A和148B上，以使环148与相邻的环148电绝缘。然而，沿着环的径向延伸圆周边缘没有堆积绝缘涂层。每个绝缘环148的厚度在约0.009英寸和约0.019英寸之间，在一个实施例中，厚度约为0.018英寸。定位环152使绝缘环148保持在环形空腔110内。定位环152安装到形成在第二径向部分98B的外径向部分104内环形槽中。
第二径向部分98B的内径向部分106确定第二涡流耦合组件136的中间环。内径向部分106由非磁性材料，例如铝，制成，并且定位成邻近第一涡流耦合组件134和层压护铁147。然而，在本发明的替代实施例中，中间环可以由非磁性材料，例如铝或铜，制成。在一个实施例中，第一涡流耦合组件134和第二涡流耦合组件136之间的距离约为0.060英寸，这由气隙146和内径向部分106来确定。
当活塞68处于啮合位置时，第一可旋转组件20的第一啮合表面46和第二可旋转组件96的第二啮合表面102分别相互啮合和邻接。第一涡流耦合组件134和第二涡流耦合组件136由气隙146沿径向相互隔开，并且基本上沿径向相互对齐(即，如图2中所示，沿轴向稍微偏离)。在啮合位置时，第二可旋转组件96(和风扇叶片131A)通过与第一可旋转组件20的摩擦耦合而被驱动，尤其是滑轮26。
当活塞68处于第二脱离位置，并且第一啮合表面46和第二啮合表面102脱离时，第一可旋转组件20和第二可旋转组件96不进行摩擦接合。然而，涡流驱动器132仍使第二可旋转组件96进行旋转。第二可旋转组件96关于第一可旋转组件20和第一涡流耦合组件134沿轴向移动。因为涡流驱动器132沿径向安装，第一涡流耦合组件134和第二涡流耦合组件136之间的气隙146保持恒定，同时允许在两个涡流耦合组件之间沿轴向移动。因此，当第一啮合表面46和第二啮合表面102脱离时，第一涡流耦合组件134和第二涡流耦合组件136之间的间隙146保持固定。
在活塞脱离位置(图3中图示)，第一可旋转组件20的第一啮合表面46和第二可旋转组件96的第二啮合表面102脱离并且不相互邻接(即，表面46和102之间存在间隙154)。在脱离位置，第二可旋转组件96沿轴向远离轴颈轴18，以便摩擦啮合表面46和102脱离。因此，第二涡流耦合组件136沿轴向远离轴颈轴18。然而，第一涡流耦合组件134和第二涡流耦合组件136的轴向尺寸是这样的，即一旦移动时，第二涡流耦合组件136与第一涡流耦合组件134沿轴向对齐(即，如图3中所示，它们的端部在径向延伸平面156和158内对齐)。在脱离位置时，第二可旋转组件96(和连接到其上的风扇叶片131A)由涡流驱动器132进行驱动，因为涡流耦合组件保持沿轴向对齐，当第二涡流耦合组件136关于第一涡流耦合组件134沿轴向移动时，涡流驱动器132操作。
当第一啮合表面46和第二啮合表面102啮合时(图2中图示)，没有涡流产生，并且第二可旋转组件96(因此轴130和风扇叶片131A)由第一可旋转组件20，尤其是滑轮26，进行驱动。当第一啮合表面46和第二啮合表面102处于脱离位置时，由内径向部分106和这堆电绝缘环148构成的第二涡流耦合组件136与第二可旋转组件96一起相对活塞68旋转。因为这个相对旋转，在第二涡流耦合组件136的中间环106内产生涡流。这堆电绝缘环148阻止非扭矩生成涡流的产生。然而，涡流驱动器132仍产生扭矩生成涡流。
环148的厚度小于涡流直径，因此，更大直径的涡流不能穿过每个环148的绝缘涂层，小电路(涡流)中断并且未形成。每个钢环148包含所有磁通量，并且绝缘涂层防止涡流跃过每个环之间的气隙。因此，由涡流驱动器132产生的热量减少，并且只有磁通量围绕这堆电绝缘环148移动。另外，冷却片108分散由驱动器产生的热量，从而进一步减少风扇驱动器内的热量。在脱离位置时，涡流驱动器132相对于第一可旋转组件20以第二中速驱动风扇，即，第二可旋转组件96。
本发明使用这堆电绝缘环148来消除非扭矩生成涡流，同时使用实心非磁性中间环106来产生扭矩生成涡流。在沿径向布置的涡流驱动器132内，磁场与第一涡流耦合组件134一起相对于第二涡流耦合组件136旋转。产生扭矩生成涡流的磁力线相对于轴线21和垂直于中间环106沿径向延伸。图1B中图示了示例性磁力线133。当磁力线在邻近中间环106的这堆电绝缘环148内转向时，磁力线不再垂直于中间环106并且不产生扭矩生成涡流，因为这堆电绝缘环148阻止非扭矩生成涡流的产生。
在本发明的涡流驱动系统132内，磁力线133沿垂直于中心轴线的径向方向离开第一磁铁140A(磁铁组的一个磁铁)，跨越气隙146，继续沿径向穿过中间环106，并进入这堆电绝缘环148(其形成第二护铁)。磁力线133容纳在每个电绝缘环148内并且在其内沿圆周转向，然后又转向以便继续沿径向朝内从后面穿过中间环106，从后面跨越气隙146并进入沿圆周与第一磁铁140A隔开的磁铁140B。第一涡流耦合组件134的护铁碟片138容纳磁力线133，并且通过在其内沿圆周转向磁力线来完成磁力线回路。
在涡流驱动器132的径向布置中，在第一涡流耦合组件134(护铁碟片138和磁铁140)与第二涡流耦合组件136(中间环136和一堆电绝缘环148)之间存在相对旋转运动。因此，存在与第一涡流耦合组件134一起并相对于第二涡流耦合组件136旋转的旋转磁场。
无论何时存在磁场相对于磁性或非磁性材料或者以与其不同的速度旋转，都在磁性或非磁性材料内产生垂直于磁力线的涡流。在本发明的涡流驱动器132的径向布置中，当磁场垂直于中间环106时，涡流与围绕轴线21的中间环106相切，并且涡流在轴线21周围产生扭矩。在径向布置中，产生扭矩生成涡流的磁力线垂直于中心轴线并垂直于中间环106。当磁力线在这堆电绝缘环148内转向时，它们不再垂直于中间环106并且不产生扭矩生成涡流。在现有技术中，涡流组件具有邻近非磁性中间环的实心护铁材料，仍然产生这些非扭矩生成涡流，但认为它们无效并且由于热量而使其本身陡然下降。在本发明中，通过使用这堆电绝缘环148来避免非扭矩生成涡流，这堆电绝缘环148消除了无效的非扭矩生成涡流和相关热量。
图4是旋转控制装置10的第二实施例的局部横剖视图。除了涡流驱动器132安装在旋转控制装置10内之外，所有特征与图1A-3的实施例保持相同。第二实施例的涡流驱动器132由第一涡流耦合组件160和第二涡流耦合组件162构成。第二可旋转组件96的第二径向部分98B包括确定内空腔164的外径向部分104。相对于第一可旋转组件20的第二部分24的外圆周表面28来安装和固定第一涡流耦合组件160，其中在第一可旋转组件20和第二可旋转组件96之间形成有间隙166。第一涡流耦合组件160由环形带或护铁168和多个被环形隔开的磁铁170构成，环形带或护铁168相对于第一可旋转组件20的第二部分24的外圆周表面28进行固定，磁铁170固定到护铁168。内空腔164在一侧朝间隙166开口。
第二涡流耦合组件162包括层压护铁171和中间非磁性环174，层压护铁171由多个沿轴向叠置的电绝缘钢环172构成，中间非磁性环174可以是铝或铜。绝缘环172叠置在内空腔164内，并且通过多个固定器172固定在适当位置，固定器172穿过这堆绝缘环172，并且由第二可旋转组件96的较低外径向部分98B接收。中间环174安装到至少一个位于第一涡流耦合组件160和绝缘环172之间的绝缘环172，其中在第一涡流耦合组件160和第二涡流耦合组件162之间确定有气隙178。图4中所示实施例的旋转控制装置10按照与上面关于图1A-3中所示实施例所述相同的方式进行操作。
尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将公认，不脱离本发明的本质和范围，可以进行形式和细节的变化。
权利要求
1.一种旋转控制装置，包括可旋转地安装到第一支撑底座的第一轴的第一组件；可旋转地安装到第一组件的第二组件，其中第二组件可相对于第一组件沿轴向地移动，第一组件和第二组件各自具有相互邻近和隔开的同轴表面，第一组件和第二组件还具有各自的轴向表面，当第二组件处于第一轴向位置时，各自的轴向表面相互摩擦地啮合，而当第二组件处于第二轴向位置时，第一组件和第二组件的各自的轴向表面脱离，其中当第二组件处于第二轴向位置时，第二组件独立于第一组件旋转；以及由第一涡流耦合组件和第二涡流耦合组件组成的涡流驱动器，第一涡流耦合组件与第一组件的同轴表面相关联，而第二涡流耦合组件与第二组件的同轴表面相关联，而且第二涡流耦合组件与第一涡流耦合组件邻近和隔开，其中第二涡流耦合组件邻近第一涡流耦合组件，并在它们之间具有气隙。
2.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中第二涡流耦合组件包括布置在第二组件的内空腔中的多个同轴电绝缘环；以及同轴地定位成邻近电绝缘环的非磁性环。
3.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中第一涡流耦合组件包括连接到第一组件的同轴表面的一对护铁碟片，护铁碟片沿圆周隔开和相对；以及固定到每个护铁碟片的一对磁铁。
4.一种旋转控制装置，包括具有轴向延伸轴的支撑底座；可旋转地安装到轴上的第一组件；第一组件由第一构件和第二构件一起构成，第一构件具有外径向表面部分、与外径向表面部分隔开的外圆周表面、第一外轴向表面部分、以及第二外轴向表面部分，其中外径向表面部分配置成啮合驱动源，外圆周表面包括第一涡流组件，第一外轴向表面部分确定空腔，其中第二构件安装到第一构件的第二轴向表面部分，第二构件包括第一摩擦表面；可滑动地安装到第二构件的活塞，活塞可在第一位置和第二位置之间的空腔内沿轴向移动，其中使活塞偏向第一位置；相对于活塞可旋转地安装的第三构件，第三构件独立于第一组件旋转运动，第三构件包括内径向表面部分、环形空腔，内径向表面部分与第一构件的外圆周表面沿径向隔开并与其同轴，环形空腔与内径向表面隔开，其中第二涡流组件位于环形空腔内，第三构件还包括邻近第二构件的第一摩擦表面的第二摩擦表面，其中当活塞处于第一位置时，第一摩擦表面和第二摩擦表面相互啮合，而当活塞处于第二位置时，第一摩擦表面和第二摩擦表面彼此相对隔开；其中第二涡流组件包括沿径向布置在环形空腔内的层压护铁；以及连接到层压护铁的非磁性带，非磁性带位于层压护铁和第一涡流组件之间。
5.如权利要求4所述的旋转控制装置，其中每个层压护铁包括堆叠在环形空腔内的多个电绝缘磁性带，每个磁性带包括沉积在磁性带顶面和底面上的绝缘涂层。
6.如权利要求5所述的旋转控制装置，其中多个带包括钢带。
7.如权利要求5所述的旋转控制装置，其中每个带的厚度约为0.009英寸至0.019英寸。
8.如权利要求4所述的旋转控制装置，其中非磁性带包括铝或铜带。
9.如权利要求4所述的旋转控制装置，其中非磁性带、和第二涡流组件与第一构件的外圆周表面部分之间的间距的总厚度约为0.060英寸。
10.一种改进的旋转控制装置，包括具有轴的支撑底座、包含第一可旋转组件的第一构件和第二构件、活塞、以及第三构件，其中第一可旋转组件可旋转地安装到轴上，第二构件确定空腔，活塞可滑动地安装到第二构件并且可在第一位置和第二位置之间的空腔内沿轴向移动，第三构件相对于活塞可旋转地安装，并且独立于第一可旋转组件旋转运动，该改进的旋转控制装置还包括安装到第一构件的外圆周表面的第一涡流组件；以及沿径向布置在第三构件的内空腔中的第二涡流组件，第二涡流组件与第一涡流组件沿径向间隔有间隙并且与第一涡流组件同轴，其中内径向表面部分确定第三构件的内空腔。
11.如权利要求10所述的改进的旋转控制装置，其中第二涡流组件包括沿径向布置在第三构件的内空腔中并邻近内径向表面部分的多个导磁材料的电绝缘金属环；以及连接到绝缘环之一的非磁性材料的中间环，中间环位于多个绝缘环和第一涡流组件之间。
12.如权利要求11所述的改进的旋转控制装置，其中每个绝缘金属环包括顶面和底面，并且绝缘涂层沉积在金属环的顶面和底面上。
13.如权利要求11所述的改进的旋转控制装置，其中多个绝缘金属环叠置在内空腔中。
14.如权利要求13所述的改进的旋转控制装置，还包括定位环以便将绝缘金属环固定在内空腔中。
15.如权利要求10所述的改进的旋转控制装置，其中第一涡流组件包括连接到第一构件的外圆周表面的一对护铁碟片，护铁碟片沿圆周隔开并相对；以及固定到每个护铁碟片的一对磁铁。
16.一种旋转控制装置，包括适合于被保持在防止旋转而固定的位置上的支撑底座；包含第一部分和第二部分的第一可旋转组件，第一部分适合于互连到驱动源，而第二部分与第一部分沿轴向隔开，第二部分还包括外圆周表面；插在支撑底座和第一可旋转组件之间的第一轴承单元，其中第一可旋转组件由支撑底座通过第一轴承单元可旋转地支撑；设置在第一可旋转组件的第二部分上的第一啮合表面，以便与第一可旋转组件同时旋转；包含第一部分和第二部分的第二可旋转组件，第二可旋转组件的第一部分包括径向延伸部分和内径向表面部分，径向延伸部分确定与第一可旋转组件的外圆周表面对齐的内径向表面部分，内径向表面部分确定第二可旋转组件的内空腔，第二可旋转组件的第二部分从第一部分沿径向朝内延伸，并且与第一可旋转组件的第一部分沿轴向隔开；设置在第二可旋转组件的第一部分上的第二啮合表面；沿轴向定位在第一可旋转组件的第一部分和第二可旋转组件的第二部分之间的活塞，其中活塞可相对于第一可旋转组件沿轴向移动；用于相对于第一可旋转组件沿轴向移动活塞的设备，以使第一啮合表面和第二啮合表面之间有选择地进行啮合，从而使第一可旋转组件和第二可旋转组件互连；使活塞和第二可旋转组件互连的第二轴承单元，以便相对于第一可旋转组件同时轴向移动，同时允许活塞和第二可旋转组件之间相对旋转；沿径向安装到第一可旋转组件的第二部分的外圆周表面上的第一涡流组件；沿径向安装到第二可旋转组件的内空腔中的第二涡流组件，第二涡流组件与第一涡流组件沿径向隔开并且与其同轴；其中第二涡流组件包括沿径向布置在第二可旋转组件的内空腔中并邻近内径向表面部分的多个电绝缘环；以及连接到电绝缘环之一的非磁性材料的中间环，中间环位于多个电绝缘环和第一涡流组件之间。
17.如权利要求16所述的旋转控制装置，其中每个电绝缘环包括顶面和底面，并且绝缘涂层沉积在电绝缘环的顶面和底面上。
18.如权利要求16所述的旋转控制装置，其中多个电绝缘环叠置在内空腔中。
19.如权利要求18所述的旋转控制装置，还包括定位环以便将电绝缘环固定在内空腔中。
20.一种用于车辆的冷却系统，该冷却系统包括包含轴颈轴的支撑底座；可旋转地安装到轴上的第一组件；第一组件包括第一啮合表面并且具有内空腔，内空腔带有径向布置的外壁；沿轴向定位在内空腔中的活塞，其中活塞可关于第一组件可滑动地移动；相对于活塞可旋转的第二组件，第二组件具有沿径向布置的内壁和第二啮合表面；沿径向安装到第一组件并且布置成邻近第二组件的第一涡流耦合组件；以及沿径向安装成邻近第二组件内壁的第二涡流耦合组件，其中第二涡流耦合组件定位成邻近第一涡流耦合组件并在它们之间具有气隙，第二涡流耦合组件包括沿径向布置成邻近第二组件的内壁的多个电绝缘环；以及沿径向布置在电绝缘环和气隙之间的中间环；以及用于相对于第一组件沿轴向移动活塞的设备，当沿轴向移动活塞来有选择地互连第一组件和第二组件时，使得第一啮合表面和第二啮合表面之间有选择地啮合。
21.如权利要求20所述的冷却系统，其中当活塞沿轴向移动时，第二组件可在第一位置和第二位置之间移动。
22.如权利要求21所述的冷却系统，其中当第二组件处于第一位置时，第一啮合表面和第二啮合表面啮合。
23.如权利要求21所述的冷却系统，其中当第二组件处于第二位置时，第一啮合表面和第二啮合表面脱离。
24.如权利要求21所述的冷却系统，其中第一和第二涡流耦合组件包括涡流驱动器，当第二组件处于第二位置时，涡流驱动器旋转第二组件。
25.如权利要求20所述的冷却系统，其中第一涡流耦合组件包括护铁碟片和多个磁铁，护铁碟片安装到第一组件，而多个磁铁布置成邻近气隙。
26.如权利要求20所述的冷却系统，其中每个电绝缘环包括沉积在环顶面和底面上的绝缘涂层。
27.一种旋转控制装置，包括包含轴的支撑底座；可旋转地安装到轴上的第一旋转组件，第一旋转组件包括滑轮、轴套和第一啮合表面，滑轮适合于互连到驱动源，轴套与滑轮沿轴向隔开，第一啮合表面设置在第一旋转组件的轴套上；插在支撑底座和第一旋转组件之间的第一轴承单元，其中第一旋转组件通过第一轴承单元可旋转地安装到轴上；相对于活塞旋转的第二旋转组件，第二旋转组件具有内空腔和第二啮合表面，内空腔带有沿径向布置的内壁；沿轴向定位在第一旋转组件和第二旋转组件之间的活塞，活塞包括径向部分和内轴向延伸部分，其中第一旋转组件的轴套可滑动地支撑活塞的轴向延伸部分，以便活塞可相对于第一旋转组件沿轴向移动；插在轴套和活塞的径向部分之间的至少一根弹簧；插在活塞的轴向延伸部分和第二旋转组件之间的第二轴承单元，第二轴承单元使活塞和第二旋转组件互连，以便允许活塞和第二旋转组件之间相对旋转；用于相对于第一旋转组件沿轴向移动活塞的设备，当沿轴向移动活塞来有选择地互连第一旋转组件和第二旋转组件并且在第一位置和第二位置之间移动第二旋转组件时，使得第一啮合表面和第二啮合表面之间有选择地啮合；由第一涡流耦合组件和第二涡流耦合组件构成的涡流驱动器，第一涡流耦合组件与第一旋转组件的外圆周表面相关联，而第二涡流耦合组件与第二旋转组件相关联，并且第二涡流耦合组件与第一涡流耦合组件邻近并隔开，其中第二涡流耦合组件定位成邻近第一涡流耦合组件，并在它们之间具有气隙，第二涡流耦合组件包括布置在第二旋转组件的内空腔中并邻近内壁的多个同轴绝缘环；以及同轴地定位成邻近绝缘环的非磁性环；其中当第二旋转组件处于第一位置时，第一啮合表面和第二啮合表面啮合，以便第一旋转组件和第二旋转组件相对于支撑底座以第一转速进行旋转；以及其中当第二旋转组件处于第二位置时，第一啮合表面和第二啮合表面脱离，以便第一旋转组件相对于支撑底座进行旋转，并且涡流驱动器关于活塞以第二转速旋转第二旋转组件。
28.如权利要求27所述的旋转控制装置，其中第一涡流耦合组件包括一对护铁碟片，其中一对磁铁连接到每个护铁碟片以便磁铁布置成邻近气隙。
29.一种用于有选择地互连第一和第二可相对旋转构件的旋转控制装置，该旋转控制装置包括包含轴的支撑底座，支撑底座适合于保持在固定位置上，其中第一可旋转构件可旋转地安装到轴上；沿轴向定位在第一可旋转构件和第二可旋转构件之间的活塞，其中第二可旋转构件相对于活塞旋转，活塞可相对于第一可旋转构件沿轴向移动，以使第一可旋转构件和第二可旋转构件之间有选择地互连，并且在第一位置和第二位置之间移动第二可旋转构件；由第一涡流耦合组件和第二涡流耦合组件构成的涡流驱动器，第一涡流耦合组件与第一可旋转构件的外圆周表面相关联，而第二涡流耦合组件与第二可旋转构件相关联，第二涡流耦合组件与第一涡流耦合组件邻近并隔开，其中第二涡流耦合组件邻近第一涡流耦合组件并在它们之间具有气隙，该第二涡流耦合组件包括布置在第二可旋转构件的内空腔中并邻近内壁的多个同轴绝缘环；以及同轴地定位成邻近绝缘环的非磁性环；其中当第二可旋转构件处于第一位置时，第一和第二构件互连以便第一和第二可旋转构件相对于支撑底座以第一转速进行旋转；以及其中当第二可旋转构件处于第二位置时，第一和第二构件不互连以便第一可旋转构件相对于支撑底座旋转，并且涡流驱动器相对于活塞以第二转速旋转第二可旋转构件。
全文摘要
旋转控制装置(10)包括第一可旋转组件(20)和第二可旋转组件(96)。第一可旋转组件(20)可旋转地安装到第一支撑底座(12)。第二可旋转组件(96)可旋转地安装到第一组件(20)并且可相对于第一组件(20)沿轴向移动。第一和第二组件(20，96)各自具有相互邻近和隔开的同轴表面(28，106A)，并且还具有各自的轴向表面(46，102)，当第二组件(96)处于第一轴向位置时，各自的轴向表面(46，102)相互摩擦啮合，而当第二组件(96)处于第二轴向位置时，各自的轴向表面(46，102)相互脱离。当第二组件(96)处于第二轴向位置时，第二组件(96)独立于第一组件(20)旋转。旋转控制装置(10)包括由第一涡流耦合组件(134)和第二涡流耦合组件(136)构成的涡流驱动器(132)，第一涡流耦合组件(134)与第一组件(20)的同轴表面(28)相关联，而第二涡流耦合组件(136)与第二组件(96)的同轴表面(106A)相关联，第二涡流耦合组件(136)邻近第一涡流耦合组件(134)，并在它们之间具有气隙(114)。
文档编号H02P15/00GK1839532SQ200480024023
公开日2006年9月27日 申请日期2004年7月15日 优先权日2003年8月5日
发明者克里斯·A·尼尔森 申请人:霍顿公司