用于摩擦離合器的螺線管組件的制作方法
【專利說(shuō)明】用于摩擦離合器的螺線管組件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年11月12日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/725，470的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)專利申請(qǐng)與2011年4月13日提交的且題為“摩擦離合器組件(Frict1n ClutchAssemblies) ”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/474，928 (當(dāng)時(shí)于2012年4月10日提交的PCT/US 2012/032863)相關(guān)聯(lián)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]在此披露了用于摩擦離合器機(jī)構(gòu)的、尤其用于雙模式冷卻劑/水泵的螺線管組件。
[0004]背景
[0005]水泵被用于水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)中，主要用于如帶有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車和載重車的車輛的運(yùn)行。這些水泵典型地是由皮帶驅(qū)動(dòng)，該皮帶被附接到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上并因此以一定比例的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。這些泵具有一個(gè)葉輪，該葉輪用于將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑從發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)到散熱器并且返回發(fā)動(dòng)機(jī)以便使該冷卻劑保持在可接受的溫度極限之內(nèi)。
[0006]如今正不斷努力減少發(fā)動(dòng)機(jī)附件(如水泵)的功率消耗以便改善燃油經(jīng)濟(jì)性并減少排放。美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/474，928公開了一種獨(dú)特雙模式水泵，該雙模式水泵以較小功率運(yùn)行，減少發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，并減少不希望的排放。
[0007]序列號(hào)61/474，928中公開的水泵具有兩種運(yùn)行模式，由發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶機(jī)械驅(qū)動(dòng)的第一模式，以及由電動(dòng)機(jī)，如無(wú)刷DC(BLDC)電機(jī)操作的第二模式。用于這兩種運(yùn)行模式的部件被容納在一個(gè)殼體中，該殼體包括作為該殼體一部分的皮帶輪構(gòu)件。連接到該水泵的葉輪上的一個(gè)軸是被定位在該殼體中并且是根據(jù)某些因素而通過(guò)一種或另一種運(yùn)行模式來(lái)進(jìn)行控制的。
[0008]該殼體由定位在該皮帶輪構(gòu)件上的發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶以輸入速度轉(zhuǎn)動(dòng)。在該殼體內(nèi)定位了一個(gè)摩擦離合器組件以用于選擇性地允許由皮帶輪構(gòu)件對(duì)水泵進(jìn)行機(jī)械操作。使用一個(gè)螺線管來(lái)對(duì)該摩擦離合器組件的運(yùn)行進(jìn)行控制。
[0009]該水泵在其大部分運(yùn)行范圍內(nèi)通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)需要峰值冷卻時(shí)，采取機(jī)械運(yùn)行模式并且該水泵由皮帶輪構(gòu)件直接驅(qū)動(dòng)。該摩擦離合器組件可以包括一個(gè)軟化的彈簧構(gòu)件，該彈簧構(gòu)件使該離合器消耗的電功率最小化。該雙模式冷卻泵還可以采用變速控制，這樣導(dǎo)致更少的功率消耗。
[0010]發(fā)明概述
[0011]披露了一種用于摩擦離合器機(jī)構(gòu)的改進(jìn)的螺線管組件，該螺線管組件可以用來(lái)改善摩擦離合器機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，并且進(jìn)而改善雙模式水泵的運(yùn)行。
[0012]該螺線管組件包括定位在螺線管芯中的一個(gè)線圈。一個(gè)通量板將該線圈固定在該芯中。該通量板具有在一些位置通過(guò)小的橋接構(gòu)件或連接構(gòu)件相連接的一個(gè)內(nèi)環(huán)和一個(gè)外環(huán)。一個(gè)電樞板被定成鄰近該螺線管組件。一個(gè)止擋構(gòu)件用于防止電樞板與通量板接觸。
[0013]在使用中，該電樞板控制一個(gè)摩擦構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，該摩擦構(gòu)件用于選擇性地激活該水泵的機(jī)械模式。該螺線管組件被激活時(shí)，提供了克服彈簧偏置力并與該離合器脫離接合的一個(gè)力。
[0014]該獨(dú)特螺線管組件在保持相同的螺線管力的同時(shí)減少了磁阻和電流。較小的電流對(duì)應(yīng)于較小的功率消耗并且增加了該控制電路的可靠性。
[0015]當(dāng)結(jié)合附圖和權(quán)利要求來(lái)考慮時(shí)，本發(fā)明另外的目的、特征和益處將在本發(fā)明的以下說(shuō)明中給出。
[0016]附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0017]圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)水泵。
[0018]圖2是圖1所示的水泵的截面視圖。
[0019]圖3是如圖1和圖2所示的水泵的組成部分的分解圖。
[0020]圖4展示了一個(gè)可以與雙模式水泵一起使用的摩擦離合器實(shí)施例。
[0021]圖5是如圖4所示的摩擦離合器的分解圖。
[0022]圖6是一個(gè)可以與雙模式水泵一起使用的壓縮彈簧的實(shí)施例。
[0023]圖7是采用本發(fā)明的螺線管組件的實(shí)施例的雙模式水泵的一部分的截面視圖。
[0024]圖8是圖7的一部分的一個(gè)放大的不意性局部截面視圖。
[0025]圖9是如圖7和圖8所示的獨(dú)特螺線管組件的一些部件的分解圖。
[0026]優(yōu)選實(shí)施方式的說(shuō)明
[0027]為了促進(jìn)和理解本發(fā)明的原理的目的，現(xiàn)在將參見在附圖中所展示的這些實(shí)施例并且將使用特定的語(yǔ)言對(duì)它們進(jìn)行說(shuō)明。盡管如此，應(yīng)理解在此并不旨在限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明包括在所展示的螺線管組件和所說(shuō)明的方法中以及本發(fā)明的原理的進(jìn)一步應(yīng)用中的任何替代方案以及其他修改，這些將是在本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域中的人員或普通技術(shù)人員通常會(huì)想到的。
[0028]在此描述的本發(fā)明具體涉及多種與雙模式水泵中的摩擦離合器機(jī)構(gòu)一起使用的螺線管組件，這些雙模式水泵用于使發(fā)動(dòng)機(jī)(例如汽車內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī))中的冷卻劑循環(huán)。然而，本發(fā)明螺線管組件也可以用于其他機(jī)構(gòu)和其他產(chǎn)品。然而，為了描述該獨(dú)特螺線管組件的結(jié)構(gòu)、用途和運(yùn)行目的，在此將參照美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)61/474，928中所披露類型的雙模式水泵進(jìn)行說(shuō)明。
[0029]作為一個(gè)冷卻劑泵，該雙模式水泵在大部分情況下是電驅(qū)動(dòng)的。然而，在需要進(jìn)行更多冷卻的情況下該泵也可以是機(jī)械接合的。當(dāng)車輛在大部分正常情況下行駛時(shí)，該水泵由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和操作。在“最壞條件”的冷卻情況下，如當(dāng)車輛處于重載時(shí)、當(dāng)它牽引一個(gè)拖車時(shí)、當(dāng)它在夏季上山時(shí)、等等，該水泵被適配成直接由皮帶用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)。這樣提供了此類情況下的必要冷卻。
[0030]根據(jù)該雙模式水泵的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該電動(dòng)機(jī)是一個(gè)無(wú)刷DC(BLDC)電機(jī)并且該電機(jī)被定位在一個(gè)皮帶輪組件內(nèi)。該泵還被適配成當(dāng)需要時(shí)由附接到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的、如蛇形帶的發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶來(lái)機(jī)械驅(qū)動(dòng)。
[0031]為公開本發(fā)明螺線管組件的操作和使用、以及其優(yōu)于美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)61/474，928所示出和公開的螺線管組件及摩擦離合器機(jī)構(gòu)的改進(jìn)目的，將首次描述本申請(qǐng)中的獨(dú)特雙模式水泵組件。
[0032]該雙模式水泵在圖1中示出并且總體由參考數(shù)字20表示。該雙模式水泵包括一個(gè)皮帶輪組件22和一個(gè)水泵殼體24。該皮帶輪組件22具有一個(gè)離合器殼體構(gòu)件26和一個(gè)皮帶輪構(gòu)件28。皮帶輪構(gòu)件28具有用于由一條皮帶(未示出)驅(qū)動(dòng)的多個(gè)圓周槽30。
[0033]水泵20的一個(gè)截面視圖在圖2中示出并且水泵20的組成部分的分解視圖在圖3中示出。
[0034]該水泵具有一個(gè)葉輪軸40，該葉輪軸被定位在皮帶輪組件22之中并且還被附接到一個(gè)水泵葉輪42上。葉輪軸40通過(guò)滾針軸承44和中間軸承84而在泵殼體24中被固持在位。一個(gè)冷卻劑密封件46用于防止該泵中的冷卻劑泄漏到皮帶輪組件中。
[0035]一個(gè)電動(dòng)機(jī)定子50被定位在皮帶輪組件22中的一個(gè)定子殼體52內(nèi)。一個(gè)如扳手螺母54的螺母用于將定子殼體52固持到泵殼體24上。
[0036]一個(gè)第二滾針軸承60被定位在該皮帶輪構(gòu)件28與該泵殼體24之間，以便允許該皮帶輪組件22相對(duì)該泵殼體自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0037]一個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子70被定位在一個(gè)前軸承座72內(nèi)，該軸承座優(yōu)選是由一種鋁質(zhì)材料制成的。該電動(dòng)機(jī)優(yōu)選是一個(gè)無(wú)刷DC(BLDC)電動(dòng)機(jī)。一個(gè)螺線管構(gòu)件80被定位成緊鄰前軸承座72。一個(gè)摩擦離合器組件90被定位成鄰近電動(dòng)機(jī)殼體22的前蓋并且該離合器組件由螺線管構(gòu)件80來(lái)操作。軸承構(gòu)件84被定位在軸承座72與葉輪軸40之間。
[0038]一個(gè)如六角螺母92的緊固構(gòu)件通過(guò)前軸承82而將皮帶輪組件22固定到葉輪軸40上。如圖2和圖3中具體指示的是，皮帶輪組件22由兩個(gè)件構(gòu)成，即一個(gè)皮帶輪構(gòu)件28和一個(gè)離合器殼體26。這種構(gòu)形提供了用于在后滾針軸承60與前滾珠軸承82之間對(duì)皮帶負(fù)荷進(jìn)行分布，由此消除了懸伸軸承負(fù)荷。其結(jié)果是，軸承負(fù)荷的最小化導(dǎo)致一種更耐用且長(zhǎng)久的產(chǎn)品。
[0039]如指示的，該水泵通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。該電動(dòng)機(jī)是通過(guò)連接到多個(gè)銷針式接觸構(gòu)件86上的一個(gè)電路板(未不出)來(lái)電驅(qū)動(dòng)的。電氣引線和電線可以被插入模壓在殼體25和引線架29中，以便將電氣信號(hào)傳輸?shù)诫妱?dòng)機(jī)定子50和螺線管80。該電路板通過(guò)車輛通信網(wǎng)絡(luò)(如CAN網(wǎng)絡(luò))進(jìn)一步與該車輛的電子控制單元(ECU)相聯(lián)通。泵控制器電路板還可以被定位成在皮帶輪組件22內(nèi)、在定子殼體52之后且具有一個(gè)環(huán)形室形狀。
[0040]該電動(dòng)機(jī)的速度以及由此該水泵的速度是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的冷卻來(lái)選定的。多個(gè)傳感器將相關(guān)的數(shù)據(jù)提供到ECU，然后ECU對(duì)泵控制器發(fā)送一個(gè)信號(hào)來(lái)要求所希望的速度。該泵控制器然后確定是使用該電動(dòng)機(jī)還是通過(guò)接合摩擦離合器并直接從皮帶輪驅(qū)動(dòng)葉輪才能最好的達(dá)到所希望的速度。
[0041]摩擦離合器組件90的一個(gè)放大視圖在圖4中示出，而摩擦離合器90的部件的分解圖在圖5中示出。摩擦離合器90包括一個(gè)離合器承載構(gòu)件100，一個(gè)通量板構(gòu)件102、一個(gè)壓縮彈簧構(gòu)件104、以及一個(gè)摩擦襯承載構(gòu)件106。具有摩擦襯材料的多個(gè)件108被附接到該承載件106的外圓周上，如圖4所示。這些摩擦襯構(gòu)件108可以具有任何常規(guī)的摩擦材料并且可以具有任何尺寸和形狀。盡管該摩擦襯材料是以多個(gè)分離的構(gòu)件示出，如圖4和圖5所示，但該摩擦襯可以是一個(gè)單一件或者是定位成圍繞摩擦襯承載構(gòu)件106周邊的任何數(shù)目的分離的構(gòu)件。
[0042]一個(gè)壓縮彈簧構(gòu)件104的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)放大視圖在圖6中示出。彈簧構(gòu)件104是一個(gè)“軟化的”彈簧構(gòu)件，這是因?yàn)閴嚎s該彈簧構(gòu)件必需的力一旦達(dá)到一個(gè)特定峰值時(shí)會(huì)隨著時(shí)間而減小。
[0043]彈簧構(gòu)件104具有多個(gè)孔或開口，以便附接到該摩擦襯承載構(gòu)件與該離合器承載構(gòu)件上。在此方面，一個(gè)系列的四個(gè)孔110被提供在壓縮彈簧構(gòu)件104上以便與摩擦襯承載構(gòu)件106中的多個(gè)開口 112配合。多個(gè)鉚釘114或類似物被用于將壓縮彈簧構(gòu)件104固定到摩擦襯承載構(gòu)件106上。該壓縮彈簧構(gòu)件可以通過(guò)任何常規(guī)的方法而聯(lián)結(jié)到該摩擦襯承載構(gòu)件上，如通過(guò)焊接、釬焊、螺紋緊固件，等等。
[0044]在該壓縮彈簧構(gòu)件中的第二系列的開口包括四個(gè)開口 120。這些開口與在離合器承載構(gòu)件100上的相對(duì)應(yīng)的多個(gè)柱構(gòu)件122相配合。這些柱構(gòu)件122是在摩擦離合器組件90組裝好后變形或模鍛的以便將該摩擦離合器組件的組成部分牢固地固持在一起。這個(gè)壓縮彈簧構(gòu)件實(shí)施例104具有一個(gè)外環(huán)構(gòu)件130和一個(gè)內(nèi)環(huán)構(gòu)件132。這兩個(gè)環(huán)構(gòu)件130和132由多個(gè)連接構(gòu)件134、135、136和137連接在一起。
[0045]當(dāng)摩擦離合器組件90在接合的位置中時(shí)，轉(zhuǎn)矩從皮帶輪組件22通過(guò)這些摩擦襯構(gòu)件108傳輸?shù)侥Σ烈r承載件106。該摩擦襯承載件然后將轉(zhuǎn)矩通過(guò)壓縮彈簧構(gòu)件104而傳輸?shù)绞乖撊~輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的離合器承載件100。
[0046]當(dāng)