用于冷却剂泵的失效保护干式摩擦离合器的制造方法
【专利说明】用于冷却剂泵的失效保护干式摩擦离合器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年12月24日提交的美国申请序列号61/745,647的优先权，其涉及美国专利申请序列号61/474，862和美国专利申请序列号61/474，928，这两个申请均是在2011年4月13日提交的。
技术领域
[0003]在此披露了摩擦离合器组件，特别是用于混合动力冷却剂泵的摩擦离合器组件。
【背景技术】
[0004]水泵被用于水冷式发动机中，主要用于如带有内燃发动机的汽车和载重车的车辆的运行。这些水泵典型地是由皮带驱动，该皮带被附接到发动机曲轴上并因此以一定比例的发动机转速运转。这些泵具有一个叶轮，该叶轮用于将发动机冷却剂从发动机循环到散热器并且返回发动机以便使该冷却剂保持在可接受的温度极限之内。
[0005]如今正不断努力减少发动机附件(如水泵)的功率消耗以便改善燃油经济性并减少排放。因此更优选的是此类附件(包括水泵)如果能够被制作成以可变速度或以更小的功率运行，以便减小发动机所承受的负荷，并且进而改善燃油经济性并减少来自发动机的不希望有的排放物。
[0006]发明概述
[0007]在此披露了具有改进的干式摩擦离合器机构的车辆水泵组件。水泵优选地具有两种运行模式，第一模式由发动机皮带机械传动，而第二模式由例如无刷DC(BLDC)马达的一个电动马达来操作。用于这两种运行模式的部件作为包含皮带轮构件的一个多部件式组件的一部分。该皮带轮由定位在该皮带轮构件上的发动机皮带驱动并以输入速度旋转。连接到水泵的叶轮上的一个轴被定位在该组件中并且该轴依据某些特定因素而通过机械操作或电操作或二者来控制。
[0008]该摩擦离合器组件被定位在该多部件式组件内以便选择性地允许由该皮带轮构件对水泵进行机械地操作。该干式摩擦离合器组件是通过使一个螺线管通电/断电而被致动的。当螺线管由于任何原因而断电时，该离合器将被接合，并且因此离合器是失效保护的。当螺线管被断电时，多个螺旋弹簧推动一个电枢板，该电枢板将摩擦片夹在该电枢板与一个盖构件之间。扭矩是通过该摩擦片的两侧而被传递的。通过接通该螺线管使得该离合器脱接合。
[0009]当螺线管通电时，螺线管力克服这些螺旋弹簧的力并且将这个电枢板拖拽回来抵靠该皮带轮，并且一个复位弹簧将摩擦片推开远离该盖件并将其保持在一个止挡件上，从而在这个摩擦片的两侧产生气隙。当离合器脱接合时，输入端(皮带轮)与输出端(轴)解除连接，从而消除了该输入端与输出端之间的相互作用(例如轴承阻力)。
[0010]该水泵在其大部分运行范围内通常由电动马达驱动。当需要峰值冷却时，采取机械运行模式并且该水泵可由皮带轮构件直接驱动。在某些情况下，机械操作和电操作二者可以同时进行。
[0011]当结合附图和权利要求来考虑时，本发明另外的目的、特征和益处将在本发明的以下说明中阐述。
[0012]附图的简要说明
[0013]图1是可与本发明结合的车辆水泵组件的透视图。
[0014]图2是图1中所示的组件的截面图，并且描写了本发明的一个实施例的特征。
[0015]图3A和图3B是如图2所示的组件的多个部件的分解视图。
[0016]图4是图2至图3所示的组件的放大截面视图，其中这些部件是以螺线管脱接合的位置示出的。
[0017]图5是图2至图3所示的组件的放大截面视图，其中这些部件是以螺线管接合的位置示出的。
[0018]优选实施方式的说明
[0019]为了促进和理解本发明的原理的目的，现在将参见在附图中所展示的这些实施例并且将使用特定的语言对它们进行说明。尽管如此，应理解在此并不旨在限制本发明的范围。本发明包括在所展示的装置和所说明的方法中以及本发明的原理的进一步应用中的任何替代方案以及其他修改，这些将是在本发明所涉及的领域中的人员或普通技术人员通常会想到的。
[0020]在此描述的本发明涉及多种尤其用于冷却剂泵的摩擦离合器组件，这些冷却剂泵用于使如汽车内燃发动机的发动机中的冷却剂循环。(术语“水泵”和“冷却剂泵”在此是可交换使用的。然而，本发明也可以用于其他发动机附件装置。
[0021]在此描述的本发明的优选实施例特别被适配成用于卡车、乘用轿车以及非公路用车辆、并且将关于其在双模式冷却剂泵中的用途加以描述。根据优选实施例，该电动马达是无刷DC(BLDC)马达。对于机械运行模式，该水泵由附接至发动机曲轴上的发动机皮带驱动，例如缠绕型附件皮带。
[0022]作为一个双模式冷却剂泵，该泵在大部分情况下是电驱动的。然而，在需要进行更多冷却的情况下该泵也可以是机械接合的。因此，当车辆在大部分正常情况下行驶时，该水泵由电动马达驱动和运行。
[0023]在“最坏条件”的冷却情况下，如当车辆处于重载时、当它牵引一个挂车时、或当它在夏季上山时、等等，该水泵被适配成直接由皮带用发动机机械驱动。这样提供了此类情况下的必要冷却。在某些情况下，可能有必要或可能需要执行这两种运行模式。
[0024]一个带有根据本发明的摩擦离合器组件的混合动力(双模式)水泵实施例在图1至图5中示出并且总体上是由参考数字20指示的。该混合动力水泵包括一个马达壳体22、一个螺线管壳体24、一个皮带轮构件26以及一个盖构件28。泵20使一个中央轴构件30旋转，从而操作水泵叶轮32。如图所示，该皮带轮构件具有一个光滑外表面27，一个发动机皮带(未示出)定位于该外表面上。该皮带轮构件的外表面还可以包括多个圆周凹槽用于与带有对应凹槽的发动机皮带相匹配。
[0025]水泵组件20的一个截面视图在图2中示出并且水泵组件20的组成部分的分解视图在图3中示出。图4与图5中示出了放大视图，这些视图中示出了摩擦离合器机构的失活和致动的运行模式。
[0026]该水泵组件具有一个叶轮轴30，该叶轮轴被定位在组件之中并且被附接到一个水泵叶轮32上。叶轮轴30是通过轴承34和36在该多部件式组件中保持在位的。一个冷却剂密封件38用于防止该泵中的冷却剂泄漏到马达壳体中。
[0027]一个马达50被定位在马达壳体22内部。马达50包括一个转子支架52、多个磁体53、以及一个定子54。多个磁体53结合至转子支架52上并且一起形成该马达的转子。马达50优选是一个无刷DC(BLDC)电动马达。转子52牢固地附接至、例如压力配合至轴30上，这在马达50运行时使得该轴并且因此叶轮32旋转。给马达50的电力是由一个电源(未示出)供应的。
[0028]马达壳体22具有多个安装构件，附图中仅示出了其中的两个安装构件23、25。这些安装构件具有多个开口以用于将水泵组件20附接在车辆的发动机隔室内部。
[0029]该摩擦离合器组件总体上用参考号60表示。该摩擦离合器组件总体上包括一个电枢板62、一个摩擦片64和两个摩擦材料环形圈66和68。电枢板62优选地是由一种磁性金属材料(例如低碳钢)制成的。摩擦片64优选地是由一种非磁性材料(例如不锈钢)制成的。摩擦材料66和68可以是现今用在摩擦离合器中的任何常规摩擦材料，并且可以是完整的环、多段环、或者总体上被定位在附图中环圈66和68所在位置的多个简单的摩擦材料件。优选地，摩擦材料66、68用一种粘接剂被粘接至摩擦片64上。
[0030]优选由非磁性材料(例如不锈钢)制成的这个盖构件28是通过多个连接销构件(例如多个紧固件或螺栓72)来直接连接到皮带轮构件26上的。这些紧固件的末端可以是有螺纹的(如在图2中具体示出)以用于与皮带轮构件26中的多个开74中的相对应的匹配螺纹进行配合。因此，当发动机皮带(未示出)使皮带轮旋转时，盖构件28以相同的输入速度旋转。
[0031]皮带轮构件26优选地是由一种磁性材料(例如低碳钢)制成。皮带轮构件围绕这些轴承80自由旋转。尽管这些轴承可以具有任何会具有足够的耐久性和性能的类型，但如附图中所示的还可以使用一对叠层式轴承。
[0032]摩擦离合器组件的操作是由一个螺线管组件90来执行的。螺线管组件包括一个被定位在螺线管壳体24中的螺线管线圈92。螺线管线圈构件包括铜导线的一个甜甜图形状的线圈，而螺线管壳体优选地是由一种磁性材料(例如低碳钢)制成。螺线管线圈构件92被承装在螺线管壳体24中。
[0033]螺线管壳体24利用轴承36而被独立地定位在水泵组件中。轴承36允许轴构件30相对于螺线管壳体24自由旋转。
[0034]螺线管壳体24直接连接至马达壳体22上，例如是通过压力配合和/或一系列紧固件构件29。在生产中，可以使用若干不同的方式来将螺线管壳体24锚固或固定至马达壳体22上。
[0035]螺母构件102是旋拧在，或者是以其他方式牢固地固定在轴构件30的末端上。摩擦片构件64例如是用键固定而连接到螺母构件102上。如图3A所示，该螺母构件具有多个花键构件103，这些花键构件装配在摩擦片构件64中心的相对应的槽口 65中。以此方式，螺母与摩擦片构件随轴构件30旋转。螺母构件102以及轴构件30将止挡构件100与轴承构件36牢固地夹在一起。轴构件30以及其上固定的所有部件都是通过轴承构件36轴向地定位的。止挡构件100优选是由一种非磁性材料(例如不锈钢)制成。
[0036]为了将轴承构件36在螺线管壳体24内部固定在一个轴向位置中，使用了一个波形弹簧构件104和轴承保持器构件106。轴承保持器构件106被螺纹附接到螺线管壳体上，如通过参考号101所示(参见图4)。
[0037]使用止挡构件100来止挡摩擦片构件64在