具有改进的磁通回路的粘性离合器的制作方法

专利名称：具有改进的磁通回路的粘性离合器的制作方法
具有改进的磁通回路的粘性离合器背景技术离合器使用在多种装置中。例如，风扇离合器使用在汽车装置中用于 允许风扇的选择性接合从而帮助冷却发动机，且粘性风扇离合器通常在中 型至重型载重车中使用。总而言之，这些粘性风扇离合器通过将剪力流体 引入到工作室从而使得例如连接到驱动输入的转子和连接到风扇的外壳 的两个部件摩擦接合、通过经由剪力流体传送旋转能来操作。当剪力流体 存在于工作室内时所述粘性离合器能够接合(或启动)风扇的旋转，当所 述剪力流体从工作室移出时所述粘性离合器能够停止风扇的旋转。许多已知的粘性离合器是电磁驱动的。即，这些粘性离合器包括电磁 线圈(或称为电磁感应线圈)，所述电磁线圈能够产生磁通以便控制阀的 操作，所述阀又调整剪力流体从流体供应容器到工作室的流量。尽管也允 许使用阀高效地和有效地控制流体流量，然而，将阀和线圈定位从而驱动 器的旋转能力被充分地维持存在很多困难。例如，粘性离合器的容器典型地连接到离合器的外壳。风扇叶片连接到外壳。当离合器处于"停止"或脱离(disengaged)状态时，所述外壳、 容器和风扇叶片一般都是静止的或都以较慢的速度旋转。相对静止的容器 将很少的动能施加到容纳在其内的剪力流体上，这会使得当阀打开时离合 器将剪力流体从容器移动到工作室内的响应时间变长。但是将容器连接到 转子上存在问题，因为难以提供这样的阀组件，该阀组件可以与转子一起 旋转，同时仍被通常必须被旋转固定以形成对线圈的可靠电连接的线圈有 效地和高效地控制。而且，用于磁连接阀和线圈的很多磁通线路不是理想 的，因为对能够产生足够的磁通的线圈的尺寸和功率要求会出现大量问 题。很大的线圈令人不希望地增加了额外的重量和成本，且另外，可以超 出对于特定发动机的允许的电流或电压要求，该允许的电流或电压要求典 型为根据用于其中安装了离合器的车辆的电子发动机控制器所建立的发 动机范围的(engine—wide)参数
发明内容
一种粘性离合器组件，包括旋转输入结构；连接到该旋转输入结构 上的转子；围绕转子并又旋转输入结构可旋转支撑的选择性可旋转部件； 相对于转子的从动侧定位的电磁线圈；由转子支撑的阀组件；和磁通回路， 用于利用由电磁线圈产生的磁通控制阀组件。所述阀组件包括用于调整剪 力流体的流量的盖板。所述旋转输入结构包括能够传导磁通的材料。所述 磁通回路构造成包括不多于四个气隙。


图l是根据本发明的粘性离合器的后视图。图2A是沿图1中线2 — 2的粘性离合器的横截面图。图2B是图2A中所示横截面的一部分的放大图。图2C是沿图1中线2 — 2的离合器的一部分的横截面透视图。图3是图1一2C中的粘性离合器的转子的正视图。图4是图1一2C中的粘性离合器的阀组件的透视图。图5是图4中的阀组件的后视图。图6是沿图5中线6—6的阀组件的横截面图。图7是沿图1中线7 — 7的粘性离合器的横截面图。图8是沿图1中线8—8的粘性离合器的横截面图。图9是图1一2C、 7和8中的粘性离合器的后视图。图10是图9中外壳的一部分的横截面透视图。图11是图9和10中外壳的一部分的前侧横截面透视图。
具体实施方式
通常，根据本发明的电磁驱动粘性离合器允许在输入部件与输出部件 之间的选择性接合，例如，来自电动机的旋转输入选择性地驱动风扇。所 述粘性离合器包括流体容器和阀组件，所述流体容器和阀组件都由离合器 的转子支撑并与转子一起旋转。所述阀组件调整来自容器的流体流量以控 制离合器接合，且通过由电磁线圈产生的磁通得到控制，所述电磁线圈相
对于转子的后侧或从动侧定位。所述阀组件包括电枢、并由转子支撑，从 而电枢的多个指状物通过一组开口在转子的前侧与后侧之间延伸。包括磁 通传导插入件，其延伸通过离合器外壳的后部或基部部分。磁通传导极板 也连接在轴的前端。磁通回路允许来自线圈的磁通流到该外壳内的插入 件，并从插入件到达阀组件的电枢，从电枢到达极板，从极板到达轴，以 及从轴到达线圈。该回路需要不多于四个的气隙，并且这些气隙中的至少 三个大体上径向设置。在此通过引用全文并入2005年7月29日提交的、名称为"VISCOUS CLUTCH"的美国临时专利申请序列号No. 60/704063。图1是电磁驱动粘性离合器100的后视图，显示了离合器100的后侧或 从动侧。图2A是沿图1中线2 — 2的离合器100的横截面图。图2B是图2A中所 示横截面的一部分的放大图。如图1至2B中所示，离合器100包括两部分外 壳102、转子104、阀组件106、电磁线圈组件108、轴IIO、和容器112。工 作室114形成在外壳102与转子104之间，其中剪力流体(例如，传统的硅 油剪力流体)可以在所述工作室114中流动。为简单起见，在附图中没有 显示剪力流体。轴110给离合器提供了旋转驱动输入。轴110由能够传导磁通的例如钢 的金属材料形成。如本领域的普通技术人员应该理解的，轴iio的从动端 1 IOD可以直接连接到电动机的旋转输出，通过传动带和滑轮连接到电动机 的旋转输出，或设置有旋转驱动输入的一些其它形式。轴110限定了离合 器100的旋转轴线A。所述电磁线圈组件108包括线圈座(coil c叩)116和插入到座116中 并且固定在其中(例如，通过灌封)的线绕线圈118。线圈座116可以由钢 铁制成，并且线绕线圈118可以由盘绕铜线形成。设计线圈组件108以便在 允许的限度内使得由线圈组件108产生的电磁力最大化。线圈组件108可以 是相对小的单元，该相对小的单元设计成不超过根据用于其中安装了离合 器100的车辆的电子发动机控制器(没有示出)的要求所建立的容许电流 或电压要求。线圈组件108由安装在轴110上的单列滚珠轴承装置120相对 于离合器100的后侧或从动侧支撑。限制(tether)线圈组件从而其相对于外部点可旋转地固定(例如，固定到其中安装了离合器ioo的车辆的框
架上)。布线管122从线圈组件108延伸以便提供与例如电源、电子发动机 控制器等的其它车辆部件(没有示出)的电连接。转子104位于外壳102内，并且一般被外壳102包围。图2C是用于显示 转子104的、沿图1中线2 — 2做出的离合器100的一部分的横截面透视图。 为简单起见，在图2C中省略了外壳102。图3是在隔离状态的转子104的正 视图。如图2A至3中所示，转子104通常是圆盘形的、且具有相对于内径(ID) 部分轴向移动的外径(OD)部分，这有助于降低离合器100的总轴向尺寸 且有助于在操作过程中以理想的方式对准在离合器100内的力。在传统的 布置中，转子104在0D部分附近在其前侧和后侧具有许多同心环形肋(集中 由附图标记124表示)。所述环形肋124面对工作室114以便当剪力流体存在 于工作室114内时产生摩擦接合力从而使离合器100接合。可以通过铸造形 成转子104，可以通过机械加工形成肋124。六个大体上椭圆形流体开口126A-126F靠近转子104的0D穿过转子104 形成，以便允许剪力流体在转子104的前侧和后侧之间在工作室114内流 动。可以在可选实施例中设置更多数量或更少数量的流体开口穿过转子 104。可以通过机械加工形成流体开口126A-126F。径向延伸通道128在环形肋124的径向内部形成在转子104的前侧。所 述径向通道128在容器112与转子104的后侧之间形成用于阀组件106的空 间。凹槽130形成在转子104的后侧，这提供了连接通道128与流体开口126A 的流体路径(见图2C)。以下进一步解释通道128和凹槽130的作用。在转子104中设置孔132A和132B以便使用例如螺丝钉或螺栓的紧固件 将阀组件106固定在转子104的前侧。将四个细长的弓形开口134A-134D在 转子104的ID稍微径向外部地设置在转子104的ID与环形肋124之间。所述 弓形开口134A-134D每个具有槽状形状并且围绕轴线A大体上均匀地间隔 开。正如以下将进一步解释的，所述弓形开口134A-134D允许阀组件106的 可移动部分通过转子104。所述转子104直接安装到轴110上(见图2A和2B)，并且可旋转地固定 到轴110上以便与所述轴110—起旋转。转子104由例如铝的轻型非磁性金属材料(即，不是磁通的良好导体的轻型材料)形成。由例如不锈钢的相 对硬的金属非磁性材料形成的插入件136位于转子104的ID上以便在转子
104与轴110之间提供坚固的安装件。所述插入件136构成转子104的毂部 分。通过转子104的弓形开口134A-134D也延伸通过插入件136。可以提前 形成插入件136并且转子104的材料围绕插入件136铸造。尽管在可选实施 例中可以使用其它类型的连接(例如，螺纹连接)，当轴110的端部紧靠转 子104向上巻起以在轴向方向上机械保持转子104时，轴110与转子104的连 接可以形成为冲压的、有纹结合。如图2A—2C中所示，将容器112安装到转子104上以便保持剪力流体的 供给，并且所述容器112与转子104—起旋转。尽管在可选实施例中可以改 变容器112的位置和连接，但是在所示的实施例中通过陷型连接(swaged connection)将容器112安装在转子104的ID与0D之间。容器H2通常具有 环形结构，并且与众所周知的粘性离合器的容器设计相似。在容器112的 后板112A中的开口138 (即，回流孔)面对转子104的前侧。当将离合器IOO 脱离的时候，即，当所述阀组件106在如2A-2C中所示的关闭位置的时候， 容器112容纳大体上所有的剪力流体。当阀组件106位于与离合器接合的开 启位置的时候，剪力流体可以通过开口138流出容器112。也将阀组件106安装在转子104的前侧(即，面对轴110的前端110F的 转子104的侧面)。图4-6中显示了在隔离状态的阀组件106，其中图4是透 视图，图5是后视图，图6是沿图5中线6-6的横截面图。如图2A-2C和4_6 中所示，所述阀组件106包括盖板140，安装板142和"漂浮"电枢144。因 为将电枢144构造成在转子104的前侧与后侧之间延伸且相对于转子104是 可移动的，所以电枢144是"漂浮的"。用铆钉或其它适合的紧固装置将盖 板140和安装板142连接到电枢144且彼此相对。所述盖板140可以覆盖或可以不覆盖在容器112的后板112A中的开口 138，并且盖板140在转子104的前侧大体上位于容器112与转子104之间。 盖板140包括连接到电枢144上的第一部分140A、以大约90度的角度从第一 部分140A延伸的第二部分140B、和以与第一部分140A相反的方向从第二部 分140B延伸的第三部分140C。第三部分140C朝向电枢144稍微向后倾斜， 并且限定了盖板140的底座部分，所述底座部分能够密封容器112的后板 112A从而关闭开口138 (如图2A-2C中所示)，这大体上防止剪力流体流出 容器112。盖板140可以由例如钢铁的金属材料形成。盖板140通常允许一
些挠度以便当盖板140相对于容器112处于关闭位置时提供牢固的密封。然 而，由盖板140形成的密封不必被完全流体密封以便离合器100工作。安装板142包括第一和第二安装突起142A和142B。第一和第二安装突 起142A和142B中的每一个是弓形的，且设置了孔以便使用例如螺丝钉或螺 栓的适当紧固件分别在孔132A和132B处将阀组件106固定到转子104上。沿 安装板的外边缘在第一和第二安装突起142A与142B之间限定扇形区142C。 安装板142限定了阀组件106的枢轴。安装板142类似板簧作用，并且在本 实施例中通过默认(by default:或以默认的方式)偏压电枢144和盖板 140从而没有覆盖容器112内的开口138 (图2A-2C中，在盖板140覆盖开口 138以便限制流体流动的情况下，阀组件106显示在"关"位置或关闭位置)。 当盖板140枢转地远离容器112的后板112A中的开口138移动时剪力流体能 够流出容器112，并且在当盖板140远离容器112的后板112A中的开口138移 动更大的距离时剪力流体从容器112中流出更多。电枢144是响应于施加的磁场可移动的磁通传导部件。电枢144包括位 于转子104的前侧的环形基部部分146，并且具有以大约直角从基部146的 周边延伸的四个指状物148A-148D。每个指状物148A-148D具有稍微弓形的 形状以便与基部部分146的圆周一致。可以具有燕尾形的配重150与盖板 140相对地从电枢144的基部部分146在指状物148B与148C之间延伸。配重 150可以通过安装板142的扇形区142C。配重150使得在由安装板142限定的 枢轴的相对侧上的盖板140的质量偏移。指状物148A-148D和配重150可以 与电枢的基部146形成为一体，并且磁通可以从指状物148A-148D流动到基 部部分146 (或反之亦然)。通过冲压由金属材料板形成的部分，然后将指 状物148A-148D和配重150折叠到适当位置，而形成电枢144。电枢144由例如钢铁的磁通传导材料形成。将电枢144的基部部分146连接到安装板142，这使整个电枢144能够枢 转并能够在连接的盖板140上相对于转子104产生大体上轴向的运动。通 常，电枢的轴向运动可以将盖板140朝向或远离容器112的后板112A中的开 口138移动。电枢144的运动可以使得盖板140的第三部分140C相对于容器 112的后板112A移动大约2 — 3mra。可以设想的是，在可选实施例中电枢144可以具有不同的构造。例如，
可以根据要求改变指状物的数量和指状物的位置。此外，盖板140、安装 板142和配重150可以具有与附图中所示的实施例不同的结构。图7是沿图1中线7 — 7的离合器100的横截面图。如图7中所示，电枢的 指状物148A-148D定位成在转子104中并朝向离合器100的后侧(或从动侧) 分别突出通过弓形幵口134A-134D。在一个可选实施例中，在转子104的后 侧上可以将磁通传导定位环(没有示出)固定到指状物的末端。所述定位 环可以保持电枢144的指状物148A-148D以便减少弯曲并且增加用于传输 磁通的电枢144的表面积。当与转子104接合旋转时，两部分外壳102从离合器100提供旋转输出， 并且两部分外壳102包括使用螺栓、螺丝钉、或其它适当的紧固件固定在 一起的前外壳盖部分102A和后外壳基部部分102B。外壳盖102A和外壳基部 102B典型地由例如铝的金属材料形成。所述外壳基部102B具有在外壳基部 102B与轴110之间压入接合的双排轴承装置160。所述轴承装置160位于转 子104的后侧，并且优选地与风扇叶片168 (见图2A)大体上轴向对准。以 此方式，所述外壳102独立于转子104可旋转地支撑在轴110上，并且轴承 装置160与风扇叶片(以及工作室114)的轴向对准有助于平衡轴承装置160 上的工作负载。平衡的轴承负载可以有助于防止损坏轴承和延长轴承寿 命。在将转子104旋转地固定到轴110上的情况下，轴承装置160允许两部 分外壳102与转子104之间的相对旋转。外壳盖102A和外壳基部102B每个都 设置有许多面对工作室114的环形肋(每组肋由附图标记162集中表示)， 并且与在转子104的前侧和后侧上的多组环形肋124粘性接合，以便在离合 器100接合的时候(即，当将剪力流体引入到工作室114内时)传递转矩。 以下将进一步解释离合器100的操作。如图7中所示，外壳盖102A包括传统的动态流体泵系统，通过在靠近 转子104的0D的工作室114内局部建立剪力流体的压力来操作所述动态流 体泵系统。将回流路径164限定通过外壳盖102A从而剪力流体从工作室114 的0D移动到容器112。外壳102的外部具有冷却助片166 (见图l、 8、和9)以便将由离合器产生的热量传输到环绕所述离合器的环境中。由于铝的良好传热性能可以 有助于从离合器100中散发热量，所以典型地使用铝来形成外壳102。如图2A中所示，当离合器100被接合时，可以将风扇叶片168连接到外壳102以 便与外壳102—起旋转(为简单起见，在其它的附图中省略了风扇叶片 168)。风扇叶片168可以是整体风扇叶片组件的一部分，以熟知的方式使 用螺栓或螺丝钉将所述整体风扇叶片组件连接到外壳102。图8是沿图1中的线8 — 8做出的离合器100的横截面图。如图2A、 2B、 7 和8中所示，将磁通传导外壳插入件170设置在外壳基部102B内，并且将其 用作电磁线圈组件108与阀组件106的"漂浮"电枢144之间的磁导管。所 述外壳插入件170可以由钢铁形成。可以将所述磁传导外壳插入件170预先 形成大致为圆柱体的形状，且在其前外边缘具有斜切面172，在其后边缘 具有沿圆周彼此间隔开的多个扇形区174 (见图2A、 2B、 7和10)，以及具 有向内延伸的径向肋176。在外壳基部102B中铸造外壳插入件170。位于外 壳插入件170的后边缘的扇形区174允许在铸造期间外壳102的材料流到那 里，因此提供了在外壳插入件170与外壳基部102B之间的更加牢固的连接， 同时也提供了大体上轴向的磁通路径。如图8中所示，所述外壳插入件向 后延伸到在轴向上处于电磁线圈组件108的线圈座116的前面之后的位置， 从而在外壳插入件170与线圈座116之间形成小的径向气隙G,。图2A、 2B和7 的横截面是在扇形区174向前延伸进入外壳插入件170的位置处做出的横 截面，与图8 (也见图IO)中所示的比较，在图2A、 2B和7中外壳插入件170 具有较小的轴向长度。径向肋176位于外壳插入件170的中部，并且用于方 便铸造和用于帮助相对于外壳基部102B稳定外壳插入件170。所述径向肋 176和插入件扇形区174允许将外壳插入件170相对于所述外壳102固定，同 时插入件170的大体上的表面面积可以保持暴露，即，没有被外壳102的材 料所覆盖。如图7中所示，电枢144的指状物148A和148C位于导磁外壳插入件的区 域上，且由小的、大体上径向的气隙G2隔开。磁通可以穿过气隙G2在外壳 插入件170与电枢144之间通过。当电枢144响应于施加的磁通移动时，将 改变电枢相对于外壳插入件170的相对定向。然而，气隙G2保持大体上径向 定向。如图2、 7和8中所示，将大体上盘形的磁极板178安装到轴110的前端 IIOF(例如，通过冲压的、有纹的连接)。所述磁极板178完全位于转子104
的前侧，并且没有通过转子104的任何部分。将磁极板178固定成与轴110 和转子104—起旋转，但不是像电枢144那样可移动。磁极板178由例如钢 铁的磁通传导材料形成，并且作为电枢144与轴110之间的磁通导管。当电 磁力朝向磁极板178吸引电枢144 (g卩，电枢144接触磁极板178以便限制电 枢的移动范围)时，所述磁极板178也作为电枢144的阻碍件。当离合器IOO 被完全解开(或脱离)时(如所有附图中所示)，电枢144的基部部分146 被磁吸引从而与磁极板178物理接触。当离合器100被接合时，在磁极板178 与电枢144之间存在小的、大体上轴向可变的气隙G3 (没有示出)。以下将 进一步解释，大体上轴向的气隙G3的大小可以改变。在操作期间，存在于离合器100中的流体可以使得电枢144粘附到磁极 板178，因而不希望地降低了离合器的响应时间。为了缓解所述问题，磁 极板178的后表面可以随意地形成纹理(即，形成为不平滑的)或具有凸 起的特征(例如，凸出的铆钉盖)以便有助于防止电枢144粘附到磁极板 178。可选地或另外，为了达到相同的目的，电枢144的前面可以随意地形 成纹理或具有凸起的特征。另外，如图2A、 2B、 7和8中所示，磁通导套(guide sleeve) 180在 轴承装置160的后面位于轴110上，从而径向位于轴110与电磁线圈组件108 的线圈座116之间。所述磁通导套180轴向位于用于外壳102的轴承装置160 与用于电磁线圈组件108的轴承装置120之间。磁通导套180具有大体上圆 柱体的形状、且具有向前斜切的外边缘180A。磁通导套180由磁通传导材 料(例如，钢铁)形成并且可以在轴110与电磁线圈组件108之间传导磁通。 小的径向气隙G4将磁通导套180和线圈座116隔离开。根据前面的描述可以理解离合器100的磁通回路。当电流流过线圈118 时，电磁线圈组件108可以产生磁通。来自电磁线圈组件108的磁通可以通 过径向气隙G,从线圈座116到达外壳插入件170。在其轴向通过外壳插入件 170之后，磁通可以通过大体上径向的气隙G2到达阔组件106的电枢144的指 状物148A至148D。磁通可以通过指状物148A至148D到达电枢144的基部部 分146。通过默认(或以默认的方式)，当电磁线圈组件108没有被供电且 没有产生磁通时，电枢144从磁极板178偏移开，且磁通必须通过大体上可 变的轴向气隙G3以便从电枢行进到磁极板178。来自于电磁线圈组件108的
磁通产生作用在电枢144上的电磁力，并且可以将电枢144枢转地朝向磁极 板178移动且使电枢144与磁极板178接触以便封闭轴向气隙G3。磁极板178 继续电枢144与轴110的前端110F之间的磁通回路。接着，轴110可以携带 磁通朝向离合器100的后侧(即，从动侧)。然后，磁通可以从轴110移动 通过磁通导套180和通过径向气隙G4，回到电磁线圈组件108的线圈座116 以便完成磁通回路。通常，按照以下方法进行离合器100的操作。将阀组件106的盖板140 设计成通过默认盖板140被偏压以便不能覆盖容器112的后板112A内的开 口138 (即，离合器100被接合的"启动"位置或开位置)，这允许剪力流 体从容器112流到工作室114。通过在转子104与外壳102之间产生摩擦接 合，存在于工作室114内的剪力流体传递转矩，并且转矩传递的瞬时百分 比可以作为工作室114内的剪力流体的量的函数而变化。可以电磁驱动阀组件106以便封闭开口138。当电磁线圈组件108被通 电时，由电磁线圈108产生磁通并且通过磁通回路传导磁通以便将电枢144 朝向磁极板178移动，继而将盖板140朝向容器112的后板112A内的开口138 移动。以此方式，将电磁线圈组件108通电而通过将开口138封闭得更多使 得导致离合器被解开，这限制或防止剪力流体从容器112流向工作室1H。如上所述，相对于盖板140的位置和容器112的后板112A内的开口，径 向通道128形成在转子104的前侧内。所述径向通道128提供空间以便盖板 140轴向移动从而覆盖和不覆盖容器112的后板112A内的开口138。另外， 径向通道128和凹槽130共同形成容器112的开口138到靠近转子104的OD的 开口126A之间的流体通道。那样，在其中一个流体开口 (例如，流体开口 126A)上出现剪力流体输入到工作室114内，这提供了在转子内大体上轴 向居中的且相对于环形肋124 (和162)大体上径向居中的流体出口。将所 述流体出口定位在转子104的轴向中心上或靠近转子104的轴向中心从而 允许在转子的前侧和后侧大体上同时将剪力流体注入到工作室114内，并 且允许在靠近转子104的0D的环形肋124中间将剪力流体注入到工作室114 内。在转子104的0D附近将剪力流体提供到的工作室114中以及在转子104 的两侧同时将剪力流体提供到工作室114中都有助于改善离合器的响应时 间。在操作期间，所述流体泵系统包括流体回流路径164，所述流体泵系 统将剪力流体从工作室114泵送回容器112。剪力流体大体上连续地从工作 室114泵送回到容器112中。仅通过将阀组件106连续保持在打开位置，离 合器100保持接合，这允许更多的剪力流体从容器112移动(即，回流)到 工作室114。相反，通过将阀组件106移动到完全关闭的位置可以将工作室 114有效地排空，并且防止剪力流体回流到工作室114。各种可选控制方案可以适于操作离合器IOO。在一个实施例中，可以 以简单的开/关方式将电磁线圈组件108通电，从而当将电磁线圈组件108 选择性通电时，所述阀组件106保持在全开位置(默认位置)或全关位置。在另一个实施例中，使用来自电子发动机控制器(没有示出)的脉宽 调制(P丽)信号给所述电磁线圈组件108通电。P丽信号允许动态可变平 均量的剪力流体流出容器112。随着时间(over time), P丽信号使得电磁 线圈组件108以脉冲方式产生磁通。根据P丽信号的脉冲宽度(即，脉冲持 续时间)和频率，阔组件106可以随着时间可变地调整允许通过开口138流 出容器112到工作室114的剪力流体的量。即，所述P丽信号使得电磁线圈 组件108打开和关闭阀组件106，阀组件被打开的时间的平均量支配了流出 容器112的剪力流体的平均量。P丽信号的更大的脉冲宽度和/或更高的频 率将导致关闭阀组件106平均更多，从而允许较低平均量的剪力流体流到 工作室114。所述P丽控制方案允许以选择性可变速度操作离合器IOO，从 而外壳102 (和连接的风扇叶片168)可以从转子104和轴110的0%旋转速度 到大体上为转子104和轴110的100%旋转速度之间的任何速度旋转，而不是 仅仅以简单的开/关形式旋转。在大约O. 5Hz至5Hz之间的P丽信号频率是适 当的。因为对于电磁致动器系统内的小冲程致动器来说，不能实现将电枢 144稳定位于打开位置和关闭位置之间，电枢144将倾向于到极限端部位置 (即，完全打幵或完全关闭)中的一个。因此，必须将P簡频率设定为相 对较低以便允许电枢盘在每个工作循环中到达端部位置。然而，如果P丽 频率太低可能是不利的，因为当响应于P丽信号的单个脉冲的风扇速度改 变时，风扇168 (和外壳102)的速度改变可以产生不希望的可听噪音。由 此，优选地，P丽信号频率为大约2Hz。
应该注意的是，小的气隙G3限制了磁通的最大值，并且由此限制了系统的磁能的最大值，当电磁线圈组件108断电时，磁能必须解除。在具有 更大的气隙G3的情况下，可以增加阀组件106的响应时间，但是稍微减少了 用于移动阀组件106的可获得的磁力。由此，所述气隙G3将解释(说明)离 合器100的其它设计特征。操作电磁驱动粘性离合器所面临的一个问题是所述离合器的结构可 以具有邻近磁通回路有效地形成变压器(transformer)的非计划中的结 果。通常使用铝作为连接器部件的材料，因为铝相对较轻、相对较便宜、 可铸、顺磁性和具有希望的强度和传热性质。然而，因为铝可以导电，邻 近磁通回路的外壳102和/或转子104的部分可以有效地用作第二绕组。需 要相当长的时间将铝中的涡电流消散为热量。这可以影响电枢144的运动， 并且通过将阀组件保持在打开位置或关闭位置，可以不希望地减慢离合器 IOO的响应时间。已经发现，涡电流效应可以对于离合器的响应时间具有 相当大的影响，甚至比电枢144的质量(mass)具有更大的影响。当使用 PWM控制方案控制离合器100时，这尤其是不希望的。当电磁线圈组件108 停止提供磁通(即，断电)试图将电枢144从关闭位置偏压到默认的打开 位置时，离合器100上的涡电流效应通常最大，因为使电枢144维持在关闭 位置比使电枢144从打开位置移动到关闭位置需要更少的磁通。为了缓解涡电流问题，离合器100可以包括邻近磁通回路定位的涡电 流减少结构。在一个实施例中，所述涡电流减少结构包括特殊的外壳几何 形状，从而在外壳基部102B中形成中断图形(interrupting pattern)。 图9是在隔离状态下的离合器100的外壳基部102B的后视图。图10是所述外 壳基部102B的一部分的横截面透视图。如图8、 9和10中所示，沿圆周均匀 间隔开的十二个扇形区190靠近外壳102的ID在外壳基部102B的后侧(从动 侧)上形成凹槽。所述扇形区190形成在外壳插入件170的径向内部，从而 相对于磁通回路的内部定位。扇形区190具有泪珠形状，具有朝向后并且 朝向外壳基部102B的前侧变窄的宽开口。然而，在可选实施例中，扇形区 190可能具有其它的形状和结构。扇形区190用于减少邻近于磁通回路设置 的材料的量。更特别地，如图8所示，扇形区190减少在磁通回路的内部大 体上轴向邻近轴110的位置形成闭环的、外壳102的导电材料的量，由此降 低了涡电流的传导。另外，特殊的涡电流减少几何形状包括在外壳基部102B的前侧上的结构。图11是从前侧显示的外壳基部102B的一部分的横截面图。如图10和11 所示，前侧扇形区192形成在外壳基部102B的前侧。沿圆周均匀间隔开的 十二个前侧扇形区192位于外壳基部102B的ID附近，从而前侧扇形区192沿 环形通道194定位，所述环形通道194径向位于外壳插入件170与外壳基部 102B的ID之间，其中轴承装置160位于外壳插入件170与外壳基部102B的ID 之间。将前侧扇形区192布置成与在外壳基部102B的后侧上的扇形区190对 准。从而，扇形区190和192降低了位于磁通回路附近的导电材料的量。肋 状结构形成在邻近的扇形区190与192之间，这有助于给外壳102提供充分、同样:，转子104可以形成有形成电中断结构的特殊几何形状，以便 减少邻近磁通回路的离合器100内的涡电流。所述的涡电流减少结构可以 与外壳102的涡电流减少结构一起形成或代替外壳102的涡电流减少结构。在可选实施例中，涡电流减少结构是一种在邻近磁通回路的离合器 IOO中使用的特殊材料。在外壳基部102B的ID与插入件170的大致位置之间 的外壳基部102B的一部分、整个外壳基部102B或整个外壳102可以由例如 镁的弱导电体的顺磁材料形成，以便减少邻近离合器100的磁通回路的涡 电流的传导。同样地，在又一个实施例中，转子104或转子104的一部分可 以由例如镁的弱导电材料形成。例如镁的特殊材料的使用，限制了否则将 邻近磁通回路形成的任何涡电流，从而有助于改善离合器响应时间。应该认识到的是，本发明提供了一种具有许多优点的、高效的、有效 的和可靠的粘性离合器。例如，根据本发明的离合器可以具有构造成与转 子一起移动的容器，所述容器向剪力流体施加动能(旋转能)以便当将容 器的阀组件打开时将剪力流体更快地传送到工作室。通过大致经由转子的 轴向中心传送剪力流体以便大体上同时在前侧和后侧将剪力流体分布到 工作室，以及在转子的OD附近传送剪力流体，改善和加速了剪力流体到工 作室的传送。另外，本发明的离合器通过具有相对较少气隙的磁通回路提 供高效的磁通传输。要求不多于四个气隙，这降低了由于更多数量气隙而 致的电磁力的损失。此外，根据本发明的离合器中的气隙可以更为通常地
径向定向，并且径向气隙通常地比轴向定向的气隙允许更加一致的和更加 精确的容许间隙。此外，根据本发明的离合器可以包括涡电流减少结构以 便缓解不希望的磁通回路性能损失。所有前述的优点有助于改善离合器响 应时间，所述离合器响应时间是指离合器调整输入与输出端之间的接合程度的速度的测量值。在使用PWM控制方案控制离合器以便提供动态可变的离合器接合的情况下，良好的离合器响应时间特别重要。除了前述的优点 以外，根据本发明的离合器的设计也便于组装和拆卸以便维修。尽管已经参照优选实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应 该理解的是，在不偏离本发明的原理和保护范围的情况下，可以在形式上 和细节上对这些实施例做出改变。例如，可以按照特定应用所要求的，改 变根据本发明的离合器的特殊结构和构造。
权利要求
1、一种粘性离合器组件，包括旋转输入结构，所述旋转输入结构包括能够传导磁通的材料；转子，该转子连接到所述旋转输入结构上；选择性地可旋转部件，所述选择性可旋转部件围绕转子并由旋转输入结构可旋转地支撑；电磁线圈，所述电磁线圈相对于转子的从动侧定位；阀组件，所述阀组件包括用于调整剪力流体流量的盖板，其中所述阀组件由转子支撑；和磁通回路，所述磁通回路用于利用由电磁线圈产生的磁通控制阀组件，其中所述磁通回路构造成包括不多于四个的气隙。
2、 根据权利要求1所述的组件，其中所述阀组件包括电枢，其中所述电枢的至少一部分布置成在转子的从动侧与转子的相 对的前侧之间延伸。
3、 根据权利要求1所述的组件，其中所述阀组件包括电枢，所述电枢具有基部部分和从该基部部分延伸的一个或更多指状物。
4、 根据权利要求3所述的组件，其中所述电枢进一步包括 从基部部分延伸的配重，其中所述配重的位置大体上与盖板相对。
5、 根据权利要求l所述的组件，进一步包括-用于容纳剪力流体的容器，其中所述盖板布置在转子和所述容器之间。
6、 根据权利要求5所述的组件，其中所述容器安装到转子的前侧。
7、 根据权利要求5所述的组件，其中所述容器适于与转子一起旋转。
8、 根据权利要求l所述的组件，进一步包括轴承装置，所述轴承装置可旋转地支撑该选择性地可旋转部件在旋转 输入结构上；和连接到该选择性地可旋转部件上的旋转输出，其中所述旋转输出大体 上定位成相对于旋转输入结构的旋转轴线与轴承装置轴向对准。
9、 根据权利要求1所述的组件，其中所述盖板被弹簧偏压，且其中通过磁通克服盖板的弹簧偏压而实现对阀组件的控制。
10、 根据权利要求9所述的组件，其中以默认的方式所述盖板被弹簧 偏压到打开位置，其中所述打开位置允许剪力流体流动。
11、 一种粘性离合器组件，包括-包括磁通传导材料的轴，其中所述轴限定旋转轴线； 安装到所述轴上的转子；外壳，所述外壳围绕转子以限定工作室，所述工作室被限定在转子与 外壳之间；容器，所述容器安装在转子上并具有容器开口；电磁线圈，所述电磁线圈相对于外壳的外表面布置，其中所述电磁线 圈能够产生磁通；阀组件，所述阀组件包括 电枢；连接到电枢上的安装板；和连接到电枢上并与安装板相对的盖板，且其中所述盖板 大体上布置在容器与转子之间，且其中所述盖板定位成选择性地覆盖所述 容器开口；磁通传导插入件，所述磁通传导插入件位于外壳内用于将磁通从电磁 线圈运送到电枢；磁通传导极板，所述磁通传导极板安装在轴上用于在电枢与轴之间运 送磁通，且其中磁通可以从轴被运送到电磁线圈以完成磁通回路。
12、 根据权利要求11所述的组件，其中所述极板邻近电枢的表面是 非平滑的。
13、 根据权利要求11所述的组件，其中所述电枢邻近极板的表面是 非平滑的。
14、 根据权利要求ll所述的组件，其中所述电枢包括 基部部分；和从所述基部部分延伸的一个或更多指状物。
15、 根据权利要求14所述的组件，其中所述电枢的基部部分是环形形状。
16、 根据权利要求14所述的组件，进一步包括配重，所述配重从所述电枢的基部部分延伸并大体上与盖板相对。
17、 根据权利要求ll所述的组件，进一步包括 轴承装置，所述轴承装置可旋转地支撑外壳在轴上；和 连接到外壳上的风扇叶片组件，其中所述风扇叶片组件定位成与轴承装置大体上轴向对准，以便稳定风扇叶片组件与轴承装置之间的力的传输。
18、 根据权利要求ll所述的组件，其中所述阀组件的安装板用作弹 簧以偏压盖板，且其中通过磁通克服由安装板提供的弹簧偏压而对阀组件 进行控制。
19、 根据权利要求11所述的组件，其中所述电磁线圈位于外壳的后侧。
20、 根据权利要求ll所述的组件，其中所述磁通传导插入件和电磁 线圈由径向气隙分开。
21、 根据权利要求11所述的组件，其中所述电枢与磁通传导插入件 由大体上径向的气隙分开。
22、 根据权利要求11所述的组件，其中所述电枢和磁通传导极板由 大体上轴向的气隙分开。
23、 根据权利要求11所述的组件，其中所述粘性离合器组件构造成 磁通能够通过径向气隙从轴传递到电磁线圈。
24、 一种用于粘性离合器的磁通回路组件，所述粘性离合器具有转子 和围绕转子的外壳，所述磁通回路组件包括电磁线圈；磁通传导插入件，所述磁通传导插入件位于外壳内并邻近电磁线圈且 与电磁线圈由第一气隙分开，其中所述第一气隙是径向间隙；电枢，所述电枢定位成邻近所述插入件并且与电磁线圈相对，且与插 入件由第二气隙分开，其中所述第二气隙是大体上径向间隙，且其中所述 电枢在转子的前侧与后侧之间延伸；导磁极板，所述导磁极板邻近电枢并与插入件相对地设置在外壳中，其中所述电枢能够接触极板以关闭导磁极板与电枢之间的第三气隙，且其 中所述第三气隙是大体上轴向间隙；和导磁轴，其中所述极板安装到该轴上，且其中第四气隙邻近电磁线圈 位于该轴的一部分与电磁线圈之间，且其中所述第四气隙是径向间隙。
25、根据权利要求24所述的组件，其中所述磁通回路组件不需要多 于四个的气隙。
全文摘要
一种粘性离合器组件(100)，包括旋转输入结构(110)；转子(104)，该转子连接到所述旋转输入结构(110)上；选择性地可旋转部件(102)，所述选择性可旋转部件围绕转子(104)并由旋转输入结构(110)可旋转地支撑；电磁线圈(108)，所述电磁线圈相对于转子的从动侧定位；由转子支撑的阀组件(106)；和磁通回路，所述磁通回路用于利用由电磁线圈(108)产生的磁通控制阀组件(106)。所述阀组件(106)包括盖板(140)，用于调整剪力流体的流量。所述旋转输入结构(110)包括能够传导磁通的材料。所述磁通回路构造成包括不多于四个的气隙(G₁-G₄)。
文档编号F16D35/02GK101400916SQ200680027808
公开日2009年4月1日 申请日期2006年7月28日 优先权日2005年7月29日
发明者巴斯蒂安·布兰德, 戴维·R·亨尼西 申请人:霍顿公司