CN1447014A - 带有一个磁粉啮合联接器用于将动力传递至车辆风扇的设备 - Google Patents

Abstract

用于将动力传递至风扇(1)的设备，其中，所述风扇(1)用于对车辆和类似装置中的冷却剂进行冷却，该设备包括：用于支撑该设备的装置(11；111)；用于产生出动力的装置(12；112)；用于传递动力的装置(20)；至少一个连接在风扇(1)上的转子(30)；至少一个联接器，用于将转子(30)与用于传递动力的装置(20)接合起来；以及至少一个用于产生出一可调节磁场的设备(41)，其中，啮合联接器属于包括有磁粉(60a)的类型。

Description

带有一个磁粉啮合联接器用于 将动力传递至车辆风扇的设备

本发明的技术领域

本发明涉及一种用于将动力传递至风扇的设备，该设备包括有一个磁粉联接器(magnetic-powder coupling)，其中，所述风扇用于对机动车辆中的冷却液进行冷却。

对相关现有技术的描述

在与对盛装于机动车辆中散热器内的冷却液进行冷却的技术领域中公知的是，需要将空气压送至散热器上，以便更为快速地将热量从液体中散失到外界，所述受压气流通过驱使一个风扇进行旋转而获得，该风扇通常被安装在曲柄轴或者一根从动轴上，所述从动轴上承载有一个滑轮，该滑轮能够从一根由主动轴驱动的皮带接收动力。

公知的还有，所述风扇必须被制成仅在达到一个预定水温时才开始旋转，该预定温度借助于一个恒温器加以检测，该恒温器能够操控一个电磁离合器，该电磁离合器闭合会使得风扇开始旋转。

更为详细地说，用于机动车辆的风扇必须能够：

为了在低温的外界状况下进行冷却，以一个低于传动轴的速度进行旋转；

在外界温度较高时或者在恶劣状况下使用的过程中，以与传动轴相同的速度进行旋转，其中，所述恶劣状况会导致发动机过热；

在温度十分低的状况下，以零速进行旋转，也就是说风扇根本不旋转或者相对于传动轴处于空转状态，在所述温度十分低的状况下无需进一步冷却或者甚至是有害的。

尤其是由于气候状况，有时还需要风扇能够以一个高于动力产生轴的速度进行旋转。

在尝试获得这些工作特性的过程中，已经研制出了混合类型的啮合系统，带有电磁工作式摩擦离合器和基于使用寄生电流的驱动联接器(drive coupling)，所述寄生电流通过使得一个导电元件在永久磁体附近进行旋转而产生。

尽管能够执行它们的功能，但是由于这些公知设备不允许风扇平缓地启动和不允许减少用于获得预期效果所需的磁体数目，所以这些设备在功能上存在局限性。

由此提出的技术问题是，提供一种用于将旋转动力传递至风扇的设备，其中，所述风扇用于对机动车辆中的冷却剂进行冷却，该设备由单个致动装置进行驱动，并且允许所述风扇以多个转数进行旋转，这些转数可以根据发动机的实际冷却需求进行控制和调整，从而还包括在外界温度非常低的状况下保持所述风扇停机的能力。

在该问题的范围内，一个进一步的需求是，所述设备必须借助于直接感知冷却剂的温度而得以控制，并且允许对工作模式进行手动和自动选择，另外还必须具有较小的径向和轴向尺寸。

根据本发明，这些技术问题由一种用于将动力传递至风扇的设备加以解决，其中，所述风扇用于对机动车辆等中的冷却剂进行冷却，该设备包括：用于支撑该设备的装置；用于产生出动力的装置；用于传递动力的旋转装置；至少一个转子，用于将风扇连接到用于传递动力的装置上；以及至少一个能够产生出一可调节磁场的设备，其中，用于在传动转子与动力传递装置之间实现接合的所述联接器，属于包括有磁粉的类型。

对附图的简述

进一步细节可以从下面参照附图对本发明一非限制性实施例的描述而获得，其中：

附图1示出了一个横剖面，该横剖面沿着根据本发明的动力传递设备的第一示例性实施例的一个径向平面；

附图2示出了一个类似于附图1的横剖面，该横剖面属于一个根据本发明的设备的第二示例性实施例；

附图3也示出了一个类似于附图1的横剖面，该横剖面属于一个根据本发明的设备的第三示例性实施例；

附图4也示出了一个类似于附图1的横剖面，该横剖面属于一个根据本发明的设备的第四示例性实施例；

附图5也示出了一个类似于附图1的横剖面，该横剖面属于一个根据本发明的设备的第五示例性实施例。

对优选实施例的详细描述

正如附图1中所示出的那样，用于将动力传递至冷却风扇1的设备包括，一个动力产生部件10，该动力产生部件10由一个支撑件11构成，该支撑件11沿着轴线方向进行延伸并且被耦合在一根旋转轴12上，因此与旋转轴12一同旋转，其中，所述旋转轴12比如是水泵的轴。

一个用于传递动力的旋转组件20借助于一个位于其间的阻尼元件13耦合在旋转支撑件11上，所述组件20主要由一个钟状元件21构成，该钟状元件21被制成一个径向部件21a和一个沿轴向延伸的圆环状部件21b。

冷却风扇22被成形在钟状元件21的外表面上。

在其轴向延展部件21b的内侧部分中，钟状元件上支撑着一个圆环23，该圆环23由可磁化的材料制成，并且其用途将在下文中得知。

一个多层(阶梯型)轴承50也被安装在旋转支撑件11上，所述轴承50上承载有待旋转驱动的风扇1、用于将风扇1与传递装置20接合起来的传动转子30以及用于致动、控制、调节啮合联接器的电磁组件40。

更详细地说，轴承50包括有一个键合于支撑件11上的第一轴承环51，中间的一个第二轴承环52以及一个外侧的第三轴承环53。

中间圆环52沿着轴线方向进行延伸，并且一方面承载有转子30，另一方面承载有风扇1；外侧圆环53承载有被固定起来的电磁组件40。

传动转子30主要由一个凸缘31构成，该凸缘31被加工成具有一个沿着轴线方向延伸的圆环状边缘32和一个用于容纳电磁体41的托座33。

由可磁化材料制成的圆环状边缘32也由一个绝缘构件32a沿着轴线方向分隔开，所述绝缘构件32a能够沿着轴线方向中断所述边缘32的导磁性能。

正如在附图1中示出的那样，除了由轴承50上的外轴承环53提供支撑作用之外，组件40中的电磁体41还被排布在凸缘31的内侧，并且借助于一个合适的连接装置42固定到一个固定部件43上。

在联接器30的圆环状边缘32与动力传递组件20中的圆环23之间存在有一个径向气隙60b，该气隙60b与一个盛装有磁粉60a的容器60相连通，磁粉60a借助于一对唇型61a密封件61保持在容器60内，并且形成啮合联接器，该啮合联接器的工作过程将在下面予以说明，其中，所述那对唇型密封件61被排布在转子30的相对侧面上。

下面是所述设备的工作原理：

在正常的工作状况下，支撑件11由轴12恒定地旋转驱动，并且耦合在其上的钟状元件21也与该支撑件11一同旋转；

在附图1示出的状况下，也能够看到电磁体41借助于由100示意性标识出的控制单元进行稳定激励，以便产生出一个磁场，由F示意性标识出的磁场磁通线借助于联接器的圆环状边缘32和钟状元件21上的圆环23得以闭合。

这将使得磁粉60a发生磁化，磁粉60a被召回到边缘32与圆环23之间的气隙内；

磁粉60a使得边缘32与圆环23相对啮合，并且由此使得凸缘31受到旋转驱动，风扇1开始旋转，其中，所述凸缘31借助于轴承50上的中间轴承环52连接到风扇1上；

借助于控制单元100，能够利用一个较大/较小的电压/电流来激励电磁体41，从而导致磁粉发生较大/较小的磁化现象，沿着径向使得边缘32与圆环23之间的相对啮合作用增强/减弱，从而使得边缘32与圆环23要么完全啮合—从而直接将动力从轴12传递至风扇1，使得风扇1与轴12以相同的转数进行旋转—要么相对滑动，也就是说风扇1以比轴12小的转数进行旋转。

通过调节对电磁体的能量供给，由此能够根据实际的工作需求对风扇的转速进行调节，实际的工作需求取决于车辆的外部状况或者与使用状态有关的特殊状况(爬坡或者是下坡)。

最后，中断对电磁体的能量供给导致磁粉退磁，由此中断边缘32与圆环23之间的啮合，导致风扇的旋转运动停顿下来。

在前述循环过程中，唇型密封件61以如下方式进行动作：

直至凸缘31达到一个特定的转速，唇部61a一直弹性压靠在该凸缘31上，对于磁粉60a起密封作用；

一旦磁粉已经得以磁化并由此在磁通量的作用下吸附并留置在气隙内，同时凸缘31已经达到了一个特定的转速，离心力将推动唇部61a以便其远离凸缘，从而避免由于擦动接触产生摩擦。

相反，随着转速的下降，唇部61a将弹性返回到与凸缘发生接触，从而再次将磁粉封闭起来，此时磁粉的磁力正在消失。

附图2示出了根据本发明的设备的第二个示例性实施例。

在这种情况下，能够看出的是用于产生磁场的设备140包括一个电磁体41和一个永久磁体145，该永久磁体145能够产生出一个比如用于完全磁化磁粉60a的磁场，以便在边缘32与圆环23之间形成完全啮合，并且保持风扇1稳定旋转。

电磁体41的励磁作用会产生出一个反向磁场，该反向磁场趋于与永久磁体145的磁场相对，并且导致边缘32与圆环23之间发生相对滑动，使得风扇的转速下降。

通过对电磁体充分激励，永久磁体145的磁场被全部抵消，导致风扇1发生停顿。

在这种情况下，可以看出三种工作状况并且由此实现对风扇的旋转进行调节，同时另外一个优点在于，在电流供给发生中断的情况下，仍旧能够由永久磁体产生的磁场来确保风扇的所有工作能力。

附图3示出了所述设备的又一个示例性实施例。

在这种情况下，支撑件111被固定在发动机的基座111a上，并且由一个滑轮112产生出动力，该滑轮112借助于一根皮带112a连接到曲柄轴上的一个驱动齿轮上。该驱动齿轮还可以被制成能够相对于曲柄轴将多倍转数传递给风扇，以便当该设备以直接驱动模式工作时，风扇具有多个高于曲柄轴的转数。

钟状元件21由此被安装在一个轴承113上，该轴承113上的外轴承环还承载着所述滑轮或带轮112。

尽管没有示出，但是仍旧能够看出支撑件111可以由发动机曲柄轴上的一个同轴延展部构成(虚线)，在这种情况下，尽管由于轴承113的原因会对用于风扇1的动力产生微不足道的影响，但是其仍旧能够相应地发生旋转。

附图4示出了所述设备的第四个示例性实施例，在这种情况下，该设备能够使得风扇1的转速高于动力产生轴12的转速。

在这种情况下，支撑件11为旋转类型，并且联接器330与风扇1分离开，取而代之被安装在一个键合于支撑件11上的轴承15上。凸缘321具有一个轴向延展部321a，该轴向延展部321a支撑着轴承50上的内轴承环51和一个平整的前部构件336，在该前部构件336上安装有一个行星齿轮350的行星托架351，该行星托架351的行星轮352分别作用于：

钟状元件353上的齿部353a，所述钟状元件353被键合在轴承50的外轴承环53上，并且承载着风扇1；

一个齿部354(行星系统的太阳轮)上，该齿部354被固定在轴承50的中间轴承环52上，在这种情况下，中间轴承环52还被耦合在电磁体41的固定组件上。

在这种构造中，行星齿轮350的作用是允许风扇的转速相对于动力产生轴12的转速增大，使得受压气流增多，或者为了产生出相同的气流，减小风扇的尺寸，并且由此减小用于驱动该风扇所需的力矩。

至于其余部分，这种设备的工作过程保持与已经参照附图1(没有永久磁体)或者附图2(存在有永久磁体)描述过的工作过程类似。

最后，附图5示出了这样一个实施例，其中可以看出，电磁体541被置于一个相对于联接器30的径向外侧位置处。

由于该设备的工作过程完全类似于已经描述过的其它示例，所以在这里将不再重复，这些对于本技术领域中的熟练技术人员来说是显而易见的。

必须指出的是，在所描述过的所有示例性实施例中，电磁体均属于静态类型，也就是说相对于旋转部件是固定的。

尽管能够得出一种也带有旋转电磁体的构造，但是由于其需要使用整流器和相关的旋转接触电刷，存在有磨损、瞬态放电以及类似问题，所以不是优选的。

Claims (26)

1.用于将动力传递至风扇(1)的设备，其中，所述风扇(1)用于对车辆和类似装置中的冷却液进行冷却，该设备包括：

用于支撑该设备的装置(11；111)；用于产生出动力的装置(12；112)；用于传递动力的装置(20)；至少一个连接在风扇(1)上的转子(30)；至少一个联接器，用于将转子(30)与用于传递动力的装置(20)接合起来；以及至少一个用于产生出一可调节磁场的设备(41)，其特征在于：所述啮合联接器属于包括有磁粉(60a)的类型。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述用于产生出一可调节磁场的设备是静态的。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述用于产生出一可调节磁场的设备是电磁体(41)。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：其包括有一个永久磁体(145)。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述支撑装置(111)被固定起来。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述支撑装置(11)可以旋转运动。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述动力传递装置由一个钟状元件(20)构成，该钟状元件(20)带有一个与动力产生装置(11，111)一体的径向部分(21a)，和一个沿着轴线方向延伸的圆环状部件(21b)。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：所述钟状元件(21)的圆环状边缘(21b)的内侧部件(23)由可磁化材料制成。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述啮合转子(30)包括有一个凸缘(31)，该凸缘(31)带有一个沿着轴向延伸的圆环状边缘(32)。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述圆环状边缘(32)由可磁化材料制成。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于：所述圆环状边缘(32)沿着轴线方向被一个磁性绝缘元件(32a)中断开。

12.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述圆环状边缘(32)被排布成平行于钟状元件(20)上的圆环(23)，并且在它们之间形成一个气隙(60b)。

13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：其包括有一个多层轴承(50)，该多层轴承(50)与支撑装置(11；111)成为一体。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于：所述轴承(50)具有一个键合于支撑装置(11；111)上的内轴承环，一个与转子(30)一体的中间轴承环(52)和一个与用于产生出可调节磁场的设备(41)一体的外轴承环(53)。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于：所述内轴承环(52)还承载着风扇(1)。

16.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述磁粉(60a)被盛装在一个容器(60)中。

17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于：所述容器(60)由一对密封件(61)限定而成，这对密封件(61)被排布在钟状元件(21)与转子(30)之间。

18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于：所述密封件是唇型密封件(61a)。

19.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述啮合联接器(20)包括有一个行星齿轮系(350)。

20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于：所述行星齿轮系(350)中的行星托架(351)与转子(30)成为一体，并且与该转子(30)一同旋转。

21.根据权利要求19所述的设备，其特征在于：所述行星齿轮系中的钟状元件(353)与风扇(1)和轴承(50)的外轴承环(53)成为一体。

22.根据权利要求19所述的设备，其特征在于：所述行星齿轮系的中心由一个齿部(354)构成，该齿部(354)与轴承(50)上的中间轴承环(52)形成一体。

23.根据权利要求1 9所述的设备，其特征在于：所述轴承(50)上的中间轴承环(52)还被耦合在用于产生出磁场的设备(41)上。

24.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述用于产生出可调节磁场的设备(41)位于动力传递装置(20)的径向内侧。

25.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述用于产生出可调节磁场的设备(41)位于动力传递装置(20)的径向外侧。

26.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述动力传递装置(20)具有用于散失热量的径向风扇(22)。

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