包覆模制的通量環(huán)的制作方法
【專利說明】包覆模制的通量環(huán)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年4月12日提交的美國臨時(shí)申請序列號(hào)61/978，844以及于2015年3月12日提交的美國實(shí)用申請序列號(hào)14/656,606的權(quán)益，這些申請通過引用結(jié)合在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及雙速風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)組件，并且更具體地涉及用于渦流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)組件的通量環(huán)。
[0004]發(fā)明背景
[0005]車輛發(fā)動(dòng)機(jī)通常使用冷卻組件來從發(fā)動(dòng)機(jī)中去除多余的熱量并且維持最佳的操作溫度。該冷卻組件將冷卻劑栗送穿過該發(fā)動(dòng)機(jī)和其他部件以便控制發(fā)動(dòng)機(jī)溫度。該發(fā)動(dòng)機(jī)和其他部件內(nèi)所產(chǎn)生的熱量被冷卻劑吸收并且通過使用散熱器而散布至周圍大氣中。為了改善該散熱器的散布，通常使用風(fēng)扇組件來抽出空氣或迫使空氣經(jīng)過該散熱器以便有助于熱傳遞。
[0006]總體上不希望這樣的風(fēng)扇組件連續(xù)運(yùn)行。希望的是維持目標(biāo)冷卻劑溫度；僅在產(chǎn)生高熱量的時(shí)間段內(nèi)需要高的風(fēng)扇速度。另外，在不必要時(shí)連續(xù)的高速運(yùn)行在發(fā)動(dòng)機(jī)上產(chǎn)生不希望的抽吸并且由此降低了效率。為了補(bǔ)償這點(diǎn)，目前的風(fēng)扇組件例如“開關(guān)式”風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器使用了允許風(fēng)扇選擇性地接合發(fā)動(dòng)機(jī)從而使得這些風(fēng)扇僅在必要時(shí)被接合的風(fēng)扇離合器組件。風(fēng)扇離合器組件能以許多構(gòu)型(包括電子的、液壓的以及空氣壓力致動(dòng)的構(gòu)型)來運(yùn)行。常見的是，這些系統(tǒng)朝風(fēng)扇運(yùn)行被偏置，而使得當(dāng)離合器組件中發(fā)生故障時(shí)，該風(fēng)扇連續(xù)地運(yùn)行以保持該發(fā)動(dòng)機(jī)涼爽。
[0007]大多數(shù)開關(guān)式風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器在被致動(dòng)時(shí)僅以一個(gè)速度運(yùn)行，即輸入速度。在一些情形下，雙速風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器是所希望的。這些驅(qū)動(dòng)器通常使用渦流機(jī)構(gòu)以允許該風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器以較低的速度運(yùn)行。這些渦流組件在風(fēng)扇脫接合時(shí)提供了慢得多的風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)。
[0008]與渦流離合器、或同渦流驅(qū)動(dòng)組件相結(jié)合的“開關(guān)式”附件驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的一個(gè)擔(dān)憂是該渦流驅(qū)動(dòng)器所產(chǎn)生的熱量、尤其是通量環(huán)中產(chǎn)生的熱量。該熱量不僅可能降低產(chǎn)品的有效性，而且該熱量可以隨著時(shí)間使該通量環(huán)發(fā)生膨脹和扭曲，從而降低產(chǎn)品的耐用性和壽命O
[0009]高度有利的是可以提供用于渦流離合器組件的通量環(huán)，該通量環(huán)在操作過程中具有降低的溫度和減小的應(yīng)力。這將提供一種更耐用、更持久且更有效的渦流組件。
[0010]發(fā)明概述
[0011]本發(fā)明提供了用于制造和使用用于渦流組件的改善的通量環(huán)的方法、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。本發(fā)明提供了以改善的方式被冷卻以維持在降低的溫度下的通量環(huán)。另外，本發(fā)明提供了將應(yīng)力和箍繞荷載最小化的通量環(huán)構(gòu)造并且因此提供了更有效、耐用且持久的產(chǎn)品。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該通量環(huán)包括一個(gè)金屬底座構(gòu)件，該金屬底座構(gòu)件具有一個(gè)中央輪轂構(gòu)件、一個(gè)外部環(huán)狀環(huán)構(gòu)件以及將該輪轂連接至該環(huán)構(gòu)件上的多個(gè)柔性臂構(gòu)件。該底座構(gòu)件優(yōu)選地是由鋼制成的。另一種材料例如鋁制成的多個(gè)分開的區(qū)段被包覆模制在該環(huán)狀構(gòu)件上。這些包覆模制的區(qū)段具有多個(gè)肋和葉片，以輔助將熱量分布至大氣中。
[0013]在該輪轂構(gòu)件與包覆模制的環(huán)狀構(gòu)件之間提供了多個(gè)通風(fēng)開孔以允許空氣在該環(huán)狀構(gòu)件的兩側(cè)循環(huán)并且有助于將其冷卻。這些柔性臂構(gòu)件允許該環(huán)狀構(gòu)件在被加熱時(shí)快速且受控地膨脹并且將徑向的膨脹、扭曲和應(yīng)力最小化。
[0014]在該底座構(gòu)件的外部環(huán)狀環(huán)上可以提供多個(gè)開口、凹陷或其他結(jié)構(gòu)以幫助將這些包覆模制的區(qū)段固位在該環(huán)狀構(gòu)件上。這可以允許三維的差異膨脹從而將該通量環(huán)中的箍繞荷載和其他應(yīng)力最小化。
[0015]本發(fā)明的其他特征、益處和優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求書從本發(fā)明的以下描述中變得清楚。
[0016]附圖簡要說明
[0017]圖1描繪了包括渦流驅(qū)動(dòng)組件的一個(gè)常規(guī)的雙速風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器。
[0018]圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)通量環(huán)底座構(gòu)件的透視圖。
[0019]圖3和圖4描繪了圖2中的通量環(huán)底座構(gòu)件的前視圖和截面?zhèn)纫晥D。
[0020]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)包覆模制的通量環(huán)的透視圖。
[0021]圖6和圖7描繪了圖5中的包覆模制的底座構(gòu)件的前視圖和截面?zhèn)纫晥D。
[0022]圖8描繪了通量環(huán)底座構(gòu)件上的一個(gè)包覆模制的區(qū)段。
[0023]圖9是使用了根據(jù)本發(fā)明的包覆模制的通量環(huán)實(shí)施例的一個(gè)雙速風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)組件的截面視圖。
[0024]圖10描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的臂構(gòu)件。
[0025]圖11是一個(gè)放大視圖，描繪了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的改善的空氣流。
[0026]圖12至圖14描繪了本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施例。
[0027]圖15描繪了本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例。
[0028]優(yōu)選實(shí)施方案的說明
[0029]圖1描繪了一個(gè)已知的雙速風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)組件10。該組件包括一個(gè)氣動(dòng)摩擦離合器機(jī)構(gòu)12以及一個(gè)渦流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)14。
[0030]如組件10所例示的雙速風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)組件的操作和細(xì)節(jié)是眾所周知的，并且不需要在此描述其所有方面。例如美國專利號(hào)5，994，810、6，838，796和8，544，627以及美國公開2011/0180362中描繪并描述了此類組件。
[0031]出于本發(fā)明的目的，將簡要描述該雙速風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)組件10。該組件具有一個(gè)氣動(dòng)致動(dòng)的彈簧偏置外部殼體構(gòu)件22。一個(gè)風(fēng)扇(未不出)附接至該殼體構(gòu)件上。殼體構(gòu)件22附接至一個(gè)滑輪構(gòu)件上并且通過一個(gè)適當(dāng)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)皮帶構(gòu)件(未示出)以輸入速度恒定旋轉(zhuǎn)。該殼體構(gòu)件具有一個(gè)第一環(huán)狀摩擦背襯構(gòu)件30，并且內(nèi)部致動(dòng)構(gòu)件24帶有一個(gè)第二環(huán)狀摩擦背襯構(gòu)件。摩擦材料34被定位在并且優(yōu)選地粘接在這兩個(gè)摩擦背襯構(gòu)件之一上。
[0032]當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)中冷卻劑需要冷卻時(shí)，不施加空氣壓力并且該致動(dòng)構(gòu)件和殼體構(gòu)件20相接觸以允許該摩擦材料致使該殼體和風(fēng)扇進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。這是風(fēng)扇的開啟條件，并且該風(fēng)扇將以輸入速度(為風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)組件10的兩個(gè)速度之一)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0033]當(dāng)不需要該風(fēng)扇以開啟速度運(yùn)行時(shí)，空氣壓力被施加到該殼體中的離合器機(jī)構(gòu)上。這使得該殼體構(gòu)件軸向地平移并且使殼體構(gòu)件20與內(nèi)部致動(dòng)構(gòu)件24之間的摩擦接觸斷開。
[0034]希望風(fēng)扇在車輛中、甚至在不必以輸入速度旋轉(zhuǎn)時(shí)保持旋轉(zhuǎn)是有許多原因的。該渦流機(jī)構(gòu)提供了該殼體和風(fēng)扇在低于該輸入速度的第二速度下的旋轉(zhuǎn)。
[0035]渦流機(jī)構(gòu)14的基本部件是多個(gè)永磁鐵40和一個(gè)相關(guān)聯(lián)的通量環(huán)構(gòu)件42。雖然來自該摩擦接觸的動(dòng)力已經(jīng)停止，但是由這些磁鐵和該通量環(huán)所引起的渦流保持該殼體和所連接的風(fēng)扇構(gòu)件以更慢的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。(例如，以約500rpm-600rpm。)
[0036]與已知的渦流組件相關(guān)的一個(gè)擔(dān)憂是其操作所造成的顯著的熱量堆積。典型地，這些通量環(huán)是由導(dǎo)電性材料例如鋁或鋼制成的并且在被加熱至高溫時(shí)快速地膨脹。這可以造成扭曲并且可以影響該渦流組件的耐久性和性能。
[0037]本發(fā)明是被提供用于改善用于渦流組件的通量環(huán)的結(jié)構(gòu)和性能。本發(fā)明尤其用于雙速風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)組件中，如通過以上所描述的組件10所例示的。
[0038]改善的通量環(huán)的優(yōu)選實(shí)施例包括一個(gè)金屬底座構(gòu)件，該金屬底座構(gòu)件上包覆模制了另一種金屬材料制成的多個(gè)區(qū)段以及提供了該通量環(huán)的改善(減小的)徑向膨脹和增大的冷卻的多個(gè)特征。
[0039]在圖5至圖8中描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)完整的通量環(huán)并且用參考號(hào)50表示。該通量環(huán)包括一個(gè)金屬底座構(gòu)件60 (優(yōu)選地由鋼制成)以及包覆模制在該底座構(gòu)件上的由第二材料(優(yōu)選鋁)制成的多個(gè)區(qū)段62。
[0040]底座構(gòu)件60在圖2至圖4中被描繪出，其中圖2是透視圖，圖3是平面正視圖并且圖4是截面視圖。該底座構(gòu)件包括一個(gè)中央輪轂構(gòu)件64、一個(gè)外部環(huán)狀環(huán)構(gòu)件66以及多個(gè)連接臂構(gòu)件68。
[0041]底座構(gòu)件60優(yōu)選地是由金屬性金屬構(gòu)件例如鋼制成的。鋼材料具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度并且影響磁通量線。該底座構(gòu)件優(yōu)選地是由單件材料制成、沒有任何焊接或連接。它可以通過沖壓工藝、或任何其他常規(guī)工藝制成圖中所示的形狀。中央輪轂構(gòu)件64具有一個(gè)中央開口 70，用于與該氣動(dòng)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)組件進(jìn)行組裝。在該輪轂構(gòu)件中提供了多個(gè)孔洞72以用于將該底座構(gòu)件(和整個(gè)通量環(huán)構(gòu)件50)緊固并固定至該風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)組件上。這在圖9中示出。使用多個(gè)緊固件例如螺栓74將構(gòu)件50固定至該風(fēng)扇組件上。
[0042]多個(gè)臂構(gòu)件68將底座構(gòu)件60連接至外部環(huán)狀環(huán)構(gòu)件66上。這些徑向延伸的臂構(gòu)件中具有一條或多條成形的曲線，以允許環(huán)狀環(huán)構(gòu)件66相對于輪轂構(gòu)件64具有改善的徑向移動(dòng)自由度。如圖所示，尤其如圖2、4、7和圖8所示，這些臂構(gòu)件64優(yōu)選地具有帶有一條或多條曲線和多個(gè)拐點(diǎn)的一種形狀。這提供了所希望的強(qiáng)度并且在不引起高的彎折應(yīng)力情況下允許該中央輪轂構(gòu)件與外部環(huán)狀環(huán)構(gòu)件之間的顯著的差異膨脹。然而，這種構(gòu)型不是強(qiáng)制性的，并且在被加熱時(shí)可以適應(yīng)徑向膨脹而不造成明顯應(yīng)力點(diǎn)的其他臂形狀將是足夠的。
[0043]優(yōu)選地，該臂構(gòu)件應(yīng)提供徑向順應(yīng)性。圖10中示出了用于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的、實(shí)現(xiàn)了這點(diǎn)的一種優(yōu)選的彎曲結(jié)構(gòu)。在此，臂構(gòu)件68具有三個(gè)弧部Rl、R2和R3以及兩個(gè)拐點(diǎn)或曲率反向點(diǎn)。這使得臂構(gòu)件中的應(yīng)力均衡，尤其是如果Rl > R2 > R3的話。該臂構(gòu)件中的更大量彎曲部可能產(chǎn)生不希望的額外應(yīng)力。優(yōu)選地，該輪轂構(gòu)件與環(huán)狀環(huán)構(gòu)件之間的臂構(gòu)件中的至少一個(gè)彎曲部是希望的。
[0044]帶輪輻的臂構(gòu)件中的曲線或彎折優(yōu)選地遵循“雙彎曲線”。雙彎曲線的形狀略微像字母“S”并且可以接近正切函數(shù)。雙彎曲線具有從兩個(gè)基本上平行的末端延伸并且將其連接的一對相反彎曲的弧部。參照圖10，這兩個(gè)相反彎曲的弧部是Rl和R3，并且這兩個(gè)基本上平行的末端被標(biāo)記為64和66。
[0045]這些臂構(gòu)件68之間的開放區(qū)域80在該通量環(huán)安裝于該渦流機(jī)構(gòu)上并且處于操作中時(shí)提供了顯著的空氣流動(dòng)和流通。這些開口 80 (稱為“通風(fēng)”區(qū)域)允許空氣穿過它們被抽出，其中空氣可以用來幫助冷卻通量環(huán)的與磁鐵相鄰的那側(cè)。
[0046]當(dāng)該通量環(huán)被包含為該渦流機(jī)構(gòu)的一部分時(shí)，如圖9所示，這些開口 80允許冷卻空氣流經(jīng)這些開口