混合動力冷卻劑泵的制作方法
【專利摘要】具有兩種運(yùn)行模式的一種混合動力冷卻劑泵，這兩種運(yùn)行模式是電動機(jī)運(yùn)行模式和機(jī)械皮帶輪驅(qū)動運(yùn)行模式。一個摩擦離合器組件被定位在該電動機(jī)殼體構(gòu)件內(nèi)并且包括一個軟化的彈簧，該彈簧使離合器寄生功率消耗最小化。
【專利說明】混合動力冷卻劑栗
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求美國專利申請序列號61/474，862的優(yōu)先權(quán)，與該申請相關(guān)的是:名稱為“用于車輛附件的皮帶輪組件”(DKT11001)的美國專利申請序列號61/474，876、名稱為“摩擦離合器組件”(DKT11002)的美國專利申請序列號61/474，928、名稱為“壓縮彈簧構(gòu)件”(DKT11003)的美國專利申請序列號61/474，907，以及名稱為“用于摩擦離合器組件的控制系統(tǒng)” (DKT11004)的美國專利申請序列號61/474，895，這些申請均于2011年4月13日提交。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]在此披露了一種水泵，該水泵具有兩種運(yùn)行模式，一種直接皮帶輪機(jī)械模式和一種電動機(jī)運(yùn)行模式。
[0004]背景
[0005]水泵被用于水冷式發(fā)動機(jī)中，主要用于如帶內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的汽車和載重車的車輛的運(yùn)行。這些水泵典型地是由一個皮帶驅(qū)動，該皮帶被附接到發(fā)動機(jī)曲軸上并因此以一定比例的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。這些泵具有一個葉輪，該葉輪用于將發(fā)動機(jī)冷卻劑從該發(fā)動機(jī)循環(huán)到散熱器并且返回發(fā)動機(jī)以便使該冷卻劑保持在可接受的溫度極限之內(nèi)。
[0006]如今正減少發(fā)動機(jī)附件(如水泵)的功率消耗以便改善燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放。因此優(yōu)選的是此類附件(包括水泵)能被制作成以可變速度或以更小的功率運(yùn)行，以便減小發(fā)動機(jī)所承受的負(fù)荷，并且進(jìn)而改善燃油經(jīng)濟(jì)性并減少來自發(fā)動機(jī)的不希望有的排放物。
[0007]發(fā)明概述
[0008]在此披露了一種改進(jìn)的水泵。該水泵具有兩種運(yùn)行模式，第一模式由發(fā)動機(jī)附屬裝置皮帶機(jī)械驅(qū)動，而第二模式由如無刷DC (BLDC)電動機(jī)的一個電動機(jī)來操作。
[0009]用于這兩種運(yùn)行模式的部件被容納在一個殼體中，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軸被定位在該殼體中并且該軸依據(jù)某些因素而通過一種或另一種運(yùn)行模式來控制。
[0010]該殼體由定位在該皮帶輪構(gòu)件上的發(fā)動機(jī)附屬裝置皮帶來驅(qū)動而以輸入速度轉(zhuǎn)動。在該殼體內(nèi)提供一個摩擦離合器以便該皮帶輪組件選擇性地驅(qū)動該水泵。一個螺線管被用來對該摩擦離合器的運(yùn)行進(jìn)行控制。
[0011]該水泵在其大部分運(yùn)行范圍內(nèi)通常由電動機(jī)驅(qū)動。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該皮帶輪構(gòu)件直接驅(qū)動。該摩擦離合器包括一個軟化的彈簧構(gòu)件，該彈簧構(gòu)件使該離合器消耗的電功率最小化?；旌蟿恿鋮s泵具有一種可變速度控制，這種可變速度控制導(dǎo)致消耗更少的功率、燃油經(jīng)濟(jì)性的改善、以及排放物的減少。
[0012]該皮帶輪組件由兩個件構(gòu)成，即一個皮帶輪構(gòu)件和一個離合器殼體構(gòu)件。這種構(gòu)形保證了皮帶負(fù)荷在多個分離的軸承之間的分配從而使懸垂的軸承負(fù)荷最小化。
[0013]當(dāng)結(jié)合附圖和權(quán)利要求來考慮時(shí)，本發(fā)明另外的目的、特征和益處將在本發(fā)明的以下說明中給出。[0014]附圖的簡要說明
[0015]圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的一個水泵。
[0016]圖2是圖1所示的水泵的截面視圖。
[0017]圖3是如圖1和圖2所示的水泵的組成部分的分解視圖。
[0018]圖4展示了根據(jù)本發(fā)明可以使用的一個摩擦離合器實(shí)施例。
[0019]圖5是如圖4所示的摩擦離合器的分解視圖。
[0020]圖6是本發(fā)明可以使用的一個壓縮彈簧的一個實(shí)施例。
[0021]圖7是如圖6所示的壓縮彈簧構(gòu)件的側(cè)視圖。
[0022]圖8是處于未壓縮狀態(tài)下的該壓縮彈簧構(gòu)件的一個部分的放大視圖。
[0023]圖9是處于壓縮狀態(tài)下的該壓縮彈簧構(gòu)件的一個部分的放大視圖。
[0024]圖10是本發(fā)明所使用的一個壓縮彈簧構(gòu)件的一個實(shí)施例的一條負(fù)荷-撓曲曲線。
[0025]圖11展示了本發(fā)明可以使用的一個壓縮彈簧構(gòu)件的一個替代實(shí)施例。
[0026]圖12描繪了本發(fā)明可以使用的一個壓縮彈簧構(gòu)件的另一個替代實(shí)施例。
[0027]圖13示意性地展示了本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例的多種運(yùn)行模式。
[0028]圖14示意性描繪了本發(fā)明可以使用的一個壓縮彈簧機(jī)構(gòu)的另一個實(shí)施例。
[0029]圖15和圖16對應(yīng)地展示了圖14所示的實(shí)施例所使用的屈曲梁構(gòu)件的平面視圖和側(cè)視圖。
[0030]圖17示意性地展示了一個電磁離合器機(jī)構(gòu)。
[0031]圖18示意性地展示了一種螺線管控制系統(tǒng)。
[0032]優(yōu)選實(shí)施例的說明
[0033]為了促進(jìn)和理解本發(fā)明的原理的目的，現(xiàn)在將參見在圖中所展示的這些實(shí)施例并且將使用特定的語言對它們進(jìn)行說明。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)明包括在所展示的裝置和所說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)人員通常會想到的。
[0034]在此描述的本發(fā)明具體涉及多種混合動力冷卻劑泵，這些混合動力冷卻劑泵用于使如汽車內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)中的冷卻劑循環(huán)。然而，本發(fā)明也可以用于其他發(fā)動機(jī)附件裝置。更確切地說，在此描述的，包括但不限于壓縮彈簧構(gòu)件、螺線管致動的摩擦離合器和/或PWM控制系統(tǒng)的其他部件、機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)可以在其他裝置和系統(tǒng)中具有重要用途。
[0035]作為一個冷卻劑泵，該泵在大部分情況下是電驅(qū)動的。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。因此，當(dāng)車輛在大部分正常情況下行駛時(shí)，該水泵由電動機(jī)驅(qū)動和操作。
[0036]在“最壞條件”的冷卻情況下，如當(dāng)車輛處于重載時(shí)、當(dāng)它牽引一個掛車時(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)動機(jī)機(jī)械驅(qū)動。這樣提供了在此類情況下的必要的冷卻。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，該電動機(jī)是一個無刷DC (BLDC)電動機(jī)并且該電動機(jī)被定位在一個皮帶輪組件內(nèi)。該泵還被適配成當(dāng)需要時(shí)由附接到發(fā)動機(jī)曲軸的、如蛇形帶的發(fā)動機(jī)皮帶來機(jī)械驅(qū)動。
[0038]在此描述的本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例尤其適用于載重車、乘用車和越野車輛。由于這個優(yōu)選實(shí)施例還提供了對該水泵的可變速度控制，該水泵使用了來自發(fā)動機(jī)的更少的功率并因此改善了燃油經(jīng)濟(jì)性并降低排放。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一個混合動力水泵實(shí)施例在圖1中示出并且總體上是由參考數(shù)字20指示。該混合動力水泵包括一個皮帶輪組件22和一個水泵殼體24。皮帶輪組件22具有一個離合器殼體構(gòu)件26和一個皮帶輪構(gòu)件28。皮帶輪構(gòu)件28具有用于由一條皮帶(未示出)來驅(qū)動的多個圓周槽30。
[0040]水泵20的一個截面視圖在圖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。
[0041]該水泵具有一個葉輪軸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水泵葉輪42上。葉輪軸40通過滾針軸承44和中間軸承84而在泵殼體24中被固持在位。一個冷卻劑密封件46用于防止該泵中的冷卻劑泄漏到該皮帶輪組件中。
[0042]一個電動機(jī)定子50被定位在皮帶輪組件22中的一個定子殼體52內(nèi)。一個如扳手螺母54的螺母用于將定子殼體52固持到泵殼體24上。
[0043]一個第二滾針軸承60被定位在皮帶輪構(gòu)件28與泵殼體24之間，以便允許皮帶輪組件22相對該泵殼體自由轉(zhuǎn)動。
[0044]—個電動機(jī)轉(zhuǎn)子70被定位在一個前軸承座72內(nèi)，該軸承座優(yōu)選是由一種招質(zhì)材料制成的。該電動機(jī)優(yōu)選是一個無刷DC (BLDC)電動機(jī)。一個螺線管構(gòu)件80被定位成緊密鄰近前軸承座72。一個摩擦離合器組件90被定位成鄰近電動機(jī)殼體22的前蓋并且該離合器組件由螺線管構(gòu)件80來操作。軸承構(gòu)件84被定位在軸承座72與葉輪軸40之間。
[0045]一個如六角螺母92的緊固構(gòu)件通過前軸承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由兩個件構(gòu)成，即一個皮帶輪構(gòu)件28和一個離合器殼體26。這種構(gòu)形提供用于在后滾針軸承60與前滾珠軸承82之間對皮帶負(fù)荷進(jìn)行分布，因而消除了懸垂軸承負(fù)荷。其結(jié)果是，軸承負(fù)荷的最小化導(dǎo)致一種更耐用且長久的產(chǎn)品。
[0046]如指示的，該水泵通常由電動機(jī)驅(qū)動。該電動機(jī)是通過連接到多個銷針式接觸構(gòu)件86上的一個電路板(未不出)來電驅(qū)動的。電氣引線和纜線可以被插入模壓在殼體25和引線架29中，以便將電氣信號傳輸?shù)诫妱訖C(jī)定子50和螺線管80。該電路板通過如CAN網(wǎng)絡(luò)的車輛通信網(wǎng)絡(luò)而進(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之后且并具有一個環(huán)形室形狀。
[0047]該電動機(jī)的速度以及由此該水泵的速度是根據(jù)發(fā)動機(jī)所需要的冷卻來選定的。多個傳感器將相關(guān)的數(shù)據(jù)提供到ECU，然后ECU對泵控制器發(fā)送一個信號來要求所希望的速度。該泵控制器然后確定使用該電動機(jī)或通過接合該摩擦離合器并直接從皮帶輪驅(qū)動葉輪是否最好的達(dá)到了所希望的速度。
[0048]圖13是示意性地展示該混合動力泵的功能模式的一個曲線圖200。圖13中沿X軸線示出的是發(fā)動機(jī)速度而沿Y軸線示出的是葉輪速度。這兩個速度均以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)示出。
[0049]這種混合動力泵驅(qū)動的主要電力驅(qū)動模式以206示出。峰值轉(zhuǎn)矩是由電動機(jī)208實(shí)現(xiàn)。完全皮帶輪驅(qū)動(亦稱“帶驅(qū)動”)由線210示出。此處該泵由發(fā)動機(jī)通過附屬皮帶來機(jī)械地驅(qū)動。線210的斜率可以通過修改在該發(fā)動機(jī)曲軸皮帶輪與泵皮帶輪構(gòu)件28之間的皮帶輪驅(qū)動比而改變。
[0050]—個任選的電力驅(qū)動區(qū)域以212示出。這個區(qū)域表示的是在其中電動機(jī)能夠提供一個“過驅(qū)動”特征的范圍，在“過驅(qū)動”特征情況下，該泵可以用比機(jī)械輸入速度更快的速度來旋轉(zhuǎn)。范圍214和范圍216是在電力驅(qū)動模式中從機(jī)械能轉(zhuǎn)化為交流發(fā)電機(jī)中的電能然后轉(zhuǎn)化回電動機(jī)的機(jī)械能的過程中的效率損失導(dǎo)致的。盡管該泵可以在范圍214和范圍216中被電操作，然而對于該泵來說跳到機(jī)械驅(qū)動模式210是更加節(jié)能的。在202的情況下，該泵不工作，并且葉輪不轉(zhuǎn)動。在此實(shí)施例中，不管發(fā)動機(jī)的速度如何，該泵都不工作。也有可能在發(fā)動機(jī)停止工作時(shí)電驅(qū)動該泵。這種情況以220示出。
[0051]摩擦離合器90的一個放大視圖在圖4中示出，而摩擦離合器90的組成部分的分解視圖在圖5中示出。摩擦離合器90包括一個離合器承載構(gòu)件100，一個通量板構(gòu)件102、一個壓縮彈簧構(gòu)件104、以及一個摩擦襯承載構(gòu)件106。具有摩擦襯材料的多個件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單一件或者是定位成圍繞該摩擦襯承載構(gòu)件106周邊的任何數(shù)目的分離的構(gòu)件。
[0052]摩擦襯材料在混合動力泵被使用的情況下會隨著時(shí)間磨損。一旦發(fā)生這種情況，由于壓縮彈簧構(gòu)件104被設(shè)計(jì)成隨著襯片材料磨損而產(chǎn)生更大的力，摩擦離合器90的能力將增大。
[0053]一個壓縮彈簧構(gòu)件104的一個實(shí)施例的一個放大視圖在如圖6中示出。彈簧構(gòu)件104是一個“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)到一個特定峰值時(shí)會隨著時(shí)間而減小。
[0054]彈簧構(gòu)件104具有多個孔或開口，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，一個系列的四個孔Iio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中的多個開口 112配合。多個鉚釘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，如通過焊接、釬焊、螺紋緊固件，等等。
[0055]在該壓縮彈簧構(gòu)件中的第二系列的開口包括四個開口 120。這些開口與在離合器承載構(gòu)件100上的相對應(yīng)的多個柱構(gòu)件122相配合。這些柱構(gòu)件122是在摩擦離合器組件90組裝好后而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。
[0056]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)矩通過該壓縮彈簧構(gòu)件104而傳輸?shù)绞乖撊~輪軸轉(zhuǎn)動的離合器承載件100。
[0057]這個壓縮彈簧構(gòu)件實(shí)施例104具有一個外環(huán)構(gòu)件130和一個內(nèi)環(huán)構(gòu)件132。這兩個環(huán)構(gòu)件130和132由多個連接構(gòu)件134、135、136和137連接在一起。壓縮彈簧構(gòu)件90的放大的部分在圖8和圖9中示出。當(dāng)彈簧構(gòu)件104已組裝在摩擦離合器組件90中時(shí)，夕卜環(huán)構(gòu)件130和內(nèi)環(huán)構(gòu)件132對應(yīng)地被牢固地固持在位并被固定成使它們在該摩擦離合器組件的運(yùn)行過程中不能夠徑向朝向或遠(yuǎn)離彼此而移動。
[0058]在圖8中，該壓縮彈簧構(gòu)件是以未壓縮的位置示出的。這也在圖6和圖7中示出。
[0059]當(dāng)彈簧構(gòu)件90被壓縮到圖10所示的位置142時(shí)，該彈簧構(gòu)件迫使摩擦襯承載構(gòu)件106和這些摩擦襯構(gòu)件108抵靠在離合器殼體構(gòu)件26的內(nèi)部的圓錐形摩擦表面109(圖2)上從而導(dǎo)致對該水泵的機(jī)械操作。離合器殼體構(gòu)件26可以是鋁質(zhì)的并且該圓錐形摩擦表面可以被熱噴鍍有如低碳鋼的多種材料。
[0060]當(dāng)該摩擦離合器組件90由螺線管80激勵時(shí)，由于在螺線管芯81與該通量板之間的空氣隙中產(chǎn)生的力，通量板102被吸引到該螺線管組件上。當(dāng)通量板102朝向該螺線管移動時(shí)，該壓縮彈簧構(gòu)件104被壓縮，從而使摩擦襯承載構(gòu)件106和這些摩擦構(gòu)件從它們抵靠在離合器殼體構(gòu)件26的內(nèi)表面上的接合的位置分離。在壓縮的情況下，這些連接構(gòu)件134、135、136和137是屈曲且畸變的，如在圖9中以示意性方式描繪的。在這個位置中，該水泵僅由電動機(jī)操作。
[0061]通量板102通過多個接片107 (圖4)而被牢固地附接到摩擦襯承載件106上。這種通量板與摩擦襯承載件的附接可以是通過任何常規(guī)的聯(lián)接技術(shù)的，如電焊、螺釘、鉚釘、
坐坐寸寸ο
[0062]該離合器組件的軸向行程是通過將通量板102上的多個接片103接合在離合器承載構(gòu)件100上的多個凹座101中(圖5)來限制的。這種軸向行程限制防止了極板與螺線管芯構(gòu)件81發(fā)生接觸，因?yàn)樵摌O板以葉輪速度旋轉(zhuǎn)而該螺線管芯是靜止的。
[0063]根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施例的壓縮彈簧構(gòu)件104的負(fù)荷/撓曲曲線在圖10中示出。如圖10所示，在該壓縮彈簧構(gòu)件開始屈曲和變形時(shí)，負(fù)荷/撓曲曲線140快速達(dá)到一個力的最大值140A并且然后需要較小的力來使該彈簧構(gòu)件繼續(xù)撓曲。這由該曲線的第二部分140B示出。這意味著一旦該壓縮彈簧達(dá)到點(diǎn)140A后，只需要較小的力來使該彈簧進(jìn)一步撓曲并且因此防止該摩擦離合器組件接觸該殼體的內(nèi)部。在此方面，該離合器接合的位置以點(diǎn)142示出，該彈簧的工作負(fù)荷由線144指示，該彈簧的工作長度由線146示出，而該離合器脫離接合的位置以點(diǎn)148示出。因此，一旦達(dá)到使該彈簧屈曲或變形所必需的力的最大值時(shí)，所必需的是逐漸減小的力來使該彈簧進(jìn)一步撓曲并由此允許由電動機(jī)對水泵完全操作。這個軟化的彈簧構(gòu)件因此使該離合器與螺線管80脫離接合的寄生電功率消耗能夠最小化。這是通過對供應(yīng)到該螺線管的電流進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(“PWM”)來實(shí)現(xiàn)的。為使該螺線管脫離接合，螺線管驅(qū)動控制器使螺線管驅(qū)動場效應(yīng)管(“FET”)以100%PWM運(yùn)行，從而對該螺線管供應(yīng)全部電流。該控制器具有一種電流感測技術(shù)，這樣使得當(dāng)該離合器處在完全脫離接合的位置中時(shí)該控制器能夠感測指示該離合器脫離接合的電流變化。在這個點(diǎn)，該控制器將PWM降到如10%的一個較小水平，從而該螺線管消耗較少的電流。由于該壓縮彈簧104在這個如圖10所示的位置148中產(chǎn)生非常小的力并且因?yàn)榭諝庀蹲冃《勾怕纷兊梅浅Ｓ行?，所以較小的電流水平仍足以使該離合器保持在脫離接合的位置中。
[0064]在如空調(diào)壓縮機(jī)、泵、等汽車附件中使彈簧與離合器接合、電磁地脫離接合以便選擇性地接通和關(guān)閉到達(dá)該附件部件的驅(qū)動力是非常常見的。典型的做法是在這個裝置不需要能量時(shí)保存能量。這些裝置典型地被設(shè)計(jì)成彈簧接合以便在如失去電功率的控制失效情況下該附件裝置是有動力的。這樣做提供了“失效保護(hù)”的功能，即該裝置在失電時(shí)默認(rèn)進(jìn)入“工作”狀態(tài)。
[0065]這些“失效保護(hù)”的離合器設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)是它們需要連續(xù)的電功率使該裝置在不需要該裝置時(shí)保持脫離接合。對許多附加裝置而言，這種狀態(tài)可以構(gòu)成它們大部分的運(yùn)行壽命。此外，這些裝置經(jīng)常需要20+瓦的電功率，這些可以是交流發(fā)電機(jī)輸出的一個重要部分。對于米用大量電氣部件(座椅加熱器、風(fēng)窗玻璃去霜器、電動座椅、以及許多其他裝置)的現(xiàn)代車輛而言，超出交流發(fā)電機(jī)的最大功率容量并非是不常見的。
[0066]本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例提供了一種緩和這種問題的方法，該方法是通過這些離合器電磁地脫離接合來使消耗的寄生功率最小化。從根本上說，這樣的安排利用了在一個磁路的空氣隙中產(chǎn)生的力與該空氣隙的長度之間的物理關(guān)系。這樣的關(guān)系由以下等式說明，其中Hi1和HI2是該磁路的兩極的對應(yīng)的磁場強(qiáng)度，iL是自由空間磁導(dǎo)率，而r是這兩個極之間的距離。
[0067]F= μ nm^
[0068]4 3i r2
[0069]從這個等式明顯看出的是磁場強(qiáng)度以這兩個磁極之間的距離的平方減小。此外，從圖17明顯看出用于接合該離合器的彈簧力在該螺線管被激勵且空氣隙關(guān)閉時(shí)將線性地增大。這意味著該螺線管在其閉合位置中會具有多余的能力，這是由于磁場強(qiáng)度以距離的平方增大而反作用的彈簧力僅與距離成線性地增大。由于這些磁極的磁場強(qiáng)度與流過該線圈的電流以及線圈的匝數(shù)有關(guān)，顯而易見的是與牽拉該離合器脫離接合所需要的電流相t匕，將該離合器保持在脫離接合的位置所需要的電流更小。此外，如果這個離合器接合彈簧被設(shè)計(jì)成使該彈簧在其如在此描述的被壓縮時(shí)軟化，這種效果將會是更加顯著的。
[0070]為利用這種條件，本發(fā)明采用如圖18所示的用于該螺線管的一個PWM (脈沖寬度調(diào)制)控制系統(tǒng)。該P(yáng)WM控制系統(tǒng)使用一個PWM驅(qū)動器(典型的是一個場效應(yīng)管和支持電路)來對該螺線管加以脈沖使其以非常高的速度通電和斷電，典型的是大約幾百赫茲。由于該螺線管提供了防止電流瞬時(shí)改變的一個相當(dāng)大的電感，這具有的效果是使輸送到該螺線管的平均電流減小。于是可以通過改變PWM驅(qū)動器的占空比來控制平均電流水平。
[0071]通過這種方法，PWM控制器被用于對螺線管施加100%占空比或全電流以便在空氣隙中產(chǎn)生最大的力來使離合器脫離接合。一旦該離合器處于脫離接合的位置中，占空比可被減小到一個非常低的水平，從而有效地降低了供應(yīng)到該螺線管的平均電流并因此減少了功率消耗。
[0072]該P(yáng)WM驅(qū)動器可以進(jìn)一步結(jié)合電流感測技術(shù)，其方式為使一個微控制器能夠監(jiān)測供應(yīng)到螺線管的電流。這樣的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)該螺線管的運(yùn)動極抵靠行程極限時(shí)在螺線管供電線路上明顯可見一個電流峰值。這個電流峰值可以作為微處理器的一個信號來說明該離合器處于其縮回位置并且可以減小占空比 。
[0073]一個替換形式的壓縮彈簧160在圖11中示出。在此實(shí)施例中，一個系列的連接器構(gòu)件162被定位在一個外環(huán)164與一個內(nèi)環(huán)166之間。當(dāng)該壓縮彈簧構(gòu)件160被用在一個摩擦離合器組件中時(shí)，外環(huán)構(gòu)件164和內(nèi)環(huán)構(gòu)件166對應(yīng)地被約束和固定在位。這些內(nèi)部連接構(gòu)件162包括多個徑向的壓縮梁163和多個切向的撓性臂165。當(dāng)該彈簧被壓縮時(shí)，這些切向的撓性臂變形以允許這些徑向空隙167在該彈簧變平時(shí)關(guān)閉。
[0074]本發(fā)明可以使用的一個壓縮彈簧構(gòu)件的另一個替代實(shí)施例在圖12中示出。彈簧構(gòu)件104’與上述彈簧構(gòu)件104類似，但不具有外環(huán)構(gòu)件或內(nèi)環(huán)構(gòu)件。替代的是，彈簧構(gòu)件104，具有多個連接構(gòu)件134’、135’、136’和137’，這些連接構(gòu)件在多個開口 110，和120，的區(qū)域105之間延伸。這些開口 110’和120’與圖4至圖6中的開口 110和開口 120是一樣的，在相同的位置、并且用于相同的功能和目的。[0075]當(dāng)該壓縮彈簧構(gòu)件104’被用在一個摩擦離合器組件中時(shí)，這些連接構(gòu)件134’、135’、136’和137’像上述連接構(gòu)件134至137 —樣變形和屈曲從而提供了一個類似的“軟化”彈簧構(gòu)件。
[0076]另一個壓縮彈簧構(gòu)件(未示出)可以與圖6中的彈簧構(gòu)件104類似，但只包括一個內(nèi)環(huán)構(gòu)件或一個外彈簧構(gòu)件(即不是兩個)，連同多個連接構(gòu)件。
[0077]另一個“軟化的”壓縮彈簧機(jī)構(gòu)在圖14中示出，其部件之一在圖15和圖16中示出。這個機(jī)構(gòu)250具有一個系列的三個“屈曲梁”彈簧構(gòu)件252、253和254。這三個梁式彈簧構(gòu)件也統(tǒng)稱為參考數(shù)字258。如圖14所示，這些梁構(gòu)件252至254表示為適配成附接到一個內(nèi)環(huán)構(gòu)件260與一個外環(huán)構(gòu)件262上。當(dāng)這些梁構(gòu)件被用于一個摩擦離合器機(jī)構(gòu)時(shí)，如上述的摩擦離合器構(gòu)件90，這些環(huán)構(gòu)件將由一個離合器承載構(gòu)件和一個摩擦襯承載件來替代。
[0078]當(dāng)這些梁式彈簧構(gòu)件258被附接到多個外環(huán)構(gòu)件或承載構(gòu)件上時(shí)，多個緊固件構(gòu)件(未示出)將被定位并固定在對齊的開口 270和開口 280中。這些緊固件構(gòu)件可以是任何常規(guī)的類型，但優(yōu)選是鉚釘。這些開口還可以按上述方式被定位在多個可模鍛的柱的上方。
[0079]如圖15和圖16所示，梁式彈簧構(gòu)件252至254中的每個構(gòu)件優(yōu)選是具有示出的形狀和結(jié)構(gòu)的彈簧鋼材料的薄片件。這些梁式彈簧構(gòu)件從一個側(cè)視圖看具有一個彎曲的形狀，如圖16所示，具有多個平的區(qū)域272、274和276，在這些區(qū)域上設(shè)置有附接孔273、275和 277。
[0080]壓縮彈簧構(gòu)件250、或至少多個屈曲梁式彈簧構(gòu)件的這個組258可以與上述這些壓縮彈簧構(gòu)件104、104’和164按相同的方式使用并用于相同的目的。當(dāng)這些外環(huán)構(gòu)件和內(nèi)環(huán)構(gòu)件(或離合器承載構(gòu)件和摩擦襯承載構(gòu)件)在水泵運(yùn)行過程中被迫使朝向彼此時(shí)，這些梁式彈簧構(gòu)件258可以在負(fù)荷作用下屈曲和變形。
[0081]如以上所示，本發(fā)明提供了一種“失效保護(hù)”的摩擦離合器設(shè)計(jì)。如果車輛的電氣系統(tǒng)失效的話，螺線管會失電從而允許彈簧104將摩擦離合器組件接合到離合器殼體上。因此泵將以機(jī)械模式運(yùn)行，其中葉輪是由皮帶輪通過離合器組件來驅(qū)動的。因此無論何時(shí)需要冷卻劑循環(huán)，離合器能夠被接合。
[0082]本發(fā)明的另一個設(shè)計(jì)特征是其模塊化組件構(gòu)形。常見的是冷卻劑泵殼體從一種應(yīng)用到另一種應(yīng)用在形式和構(gòu)造上有很大的不同。為了用最小設(shè)計(jì)修改來適應(yīng)殼體構(gòu)造的這種廣泛的變化，該混合動力泵被設(shè)計(jì)成使水泵殼體24可以容易地進(jìn)行修改而皮帶輪組件22以及包含在其中的多個部件可以基本上保持不變。
[0083]盡管本發(fā)明已參照多個優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，還應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明不是如此受限制的，因?yàn)榭梢栽谟上率鰴?quán)利要求所描述的本發(fā)明的全部范圍內(nèi)進(jìn)行改變和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種混合動力冷卻泵裝置,包括: 一個泵殼體構(gòu)件； 一個皮帶輪組件，該皮帶輪組件被附接到所述泵殼體構(gòu)件上； 一個葉輪構(gòu)件，該葉輪構(gòu)件被定位在所述泵殼體內(nèi)用于泵送冷卻劑； 一個葉輪軸，該葉輪軸被連接到所述葉輪構(gòu)件上； 一個電動機(jī)，該電動機(jī)被定位在所述皮帶輪組件內(nèi)并且被適配成選擇性地轉(zhuǎn)動所述葉輪構(gòu)件； 一個摩擦離合器組件，該離合器組件被定位在所述泵殼體構(gòu)件內(nèi)并且被適配成選擇性地轉(zhuǎn)動所述葉輪軸構(gòu)件； 其中所述皮帶輪組件和所述電動機(jī)分開地操作以轉(zhuǎn)動所述葉輪構(gòu)件。
2.如權(quán)利要求1所述的混合動力冷卻泵，其中所述摩擦離合器組件包括一個摩擦襯承載構(gòu)件； 至少一個摩擦襯構(gòu)件，該至少一個摩擦襯構(gòu)件被定位在所述摩擦襯承載構(gòu)件上； 一個壓縮彈簧構(gòu)件，該壓縮彈簧構(gòu)件被固定地附接到所述摩擦襯承載構(gòu)件上； 一個離合器承載構(gòu)件，該離合器承載構(gòu)件被固定地附接到所述壓縮彈簧構(gòu)件上；以及一個通量板，該通量板被定位在所述離合器承載構(gòu)件與所述壓縮彈簧構(gòu)件之間并且被附接到所述摩擦襯承載構(gòu)件上。
3.如權(quán)利要求2所述的 混合動力冷卻泵，其中所述壓縮彈簧構(gòu)件包括一個外環(huán)構(gòu)件、一個內(nèi)環(huán)構(gòu)件以及使所述內(nèi)環(huán)構(gòu)件和外環(huán)構(gòu)件連接在一起的多個可變形的連接構(gòu)件，并且其中當(dāng)所述外環(huán)構(gòu)件和內(nèi)環(huán)構(gòu)件被固定地定位時(shí)，所述連接構(gòu)件可以變形并且提供一個彈簧力。
4.如權(quán)利要求3所述的混合動力冷卻泵，其中壓縮該彈簧構(gòu)件所需要的力的大小一旦達(dá)到一個力的峰值時(shí)會隨著位移而減小。
5.如權(quán)利要求2所述的混合動力冷卻泵，其中所述壓縮彈簧構(gòu)件包括多個區(qū)域構(gòu)件和多個可變形的連接構(gòu)件，該多個區(qū)域構(gòu)件在其中具有多個開口，該多個可變形的連接構(gòu)件在所述區(qū)域構(gòu)件的至少兩個之間延伸并與其連接在一起。
6.如權(quán)利要求5所述的混合動力冷卻泵，進(jìn)一步包括至少一個環(huán)構(gòu)件，該至少一個環(huán)構(gòu)件也與多個所述區(qū)域構(gòu)件相連接。
7.如權(quán)利要求5所述的混合動力冷卻泵，其中提供了一個外環(huán)構(gòu)件和一個內(nèi)環(huán)構(gòu)件，所述外環(huán)構(gòu)件和所述內(nèi)環(huán)構(gòu)件各自與分離的多個區(qū)域構(gòu)件相連接。
8.如權(quán)利要求2所述的混合動力冷卻泵，進(jìn)一步包括一個螺線管機(jī)構(gòu)，并且其中所述通量板在由所述螺線管機(jī)構(gòu)致動時(shí)導(dǎo)致所述壓縮彈簧構(gòu)件壓縮。
9.如權(quán)利要求3所述的混合動力冷卻泵，其中所述摩擦襯承載構(gòu)件被附接到所述外環(huán)構(gòu)件上，并且其中所述離合器承載構(gòu)件被附接到所述內(nèi)環(huán)構(gòu)件上。
10.如權(quán)利要求9所述的混合動力冷卻泵，其中所述多個連接構(gòu)件在所述摩擦襯承載構(gòu)件與所述離合器承載構(gòu)件軸向相向移動時(shí)變形。
11.如權(quán)利要求1所述的混合動力冷卻泵，其中所述電動構(gòu)件是一個無刷電動機(jī)。
12.如權(quán)利要求1所述的混合動力冷卻泵，進(jìn)一步包括一個控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括:用于致動所述摩擦離合器組件的一個螺線管以及用于所述螺線管的一個驅(qū)動控制器，所述控制器通過以100%脈沖寬度調(diào)制運(yùn)行來對該螺線管提供全部電流而使所述螺線管脫離接合，并且當(dāng)所述螺線管脫離接合時(shí)所述控制器顯著地減小脈沖寬度調(diào)制以便消耗更少的電流。
13.如權(quán)利要求12所述的控制系統(tǒng)，其中所述摩擦離合器組件包括一個壓縮彈簧構(gòu)件。
14.如權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其中壓縮該彈簧構(gòu)件所需要的力的大小一旦達(dá)到一個力的峰值時(shí)會隨著位移而減小。
15.如權(quán)利要求14所述的控制系統(tǒng)，其中所述壓縮彈簧構(gòu)件包括多個區(qū)域構(gòu)件和多個可變形的連接構(gòu)件，該多個區(qū)域構(gòu)件在其中具有多個開口，該多個可變形的連接構(gòu)件在所述區(qū)域構(gòu)件的至少兩個之間延伸并與其連接在一起。
16.如權(quán)利要求15所述的控制系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個環(huán)構(gòu)件，該至少一個環(huán)構(gòu)件也與多個所述區(qū)域構(gòu)件相連接。
17.如權(quán)利要求15所述的控制系統(tǒng)，其中提供了一個外環(huán)構(gòu)件和一個內(nèi)環(huán)構(gòu)件，所述外環(huán)構(gòu)件和所述內(nèi)環(huán)構(gòu)件各自與分離的多個區(qū)域構(gòu)件相連接。
18.如權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其中所述壓縮彈簧構(gòu)件包括多個屈曲梁式彈簧構(gòu)件。
19.如權(quán)利要求1所述的混合動力冷卻泵，其中所述皮帶輪組件包括: 一個皮帶輪構(gòu)件；` 一個離合器殼體構(gòu)件； 所述葉輪軸構(gòu)件被定位在所述皮帶輪構(gòu)件之中；以及 一對軸承構(gòu)件，該對軸承構(gòu)件將所述皮帶輪構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地連接到所述葉輪軸構(gòu)件上。
20.如權(quán)利要求2所述的混合動力冷卻泵，其中所述壓縮彈簧構(gòu)件包括多個屈曲梁式彈簧構(gòu)件。
【文檔編號】F04B17/04GK103518064SQ201280017796
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月13日
【發(fā)明者】J·L·羅比 申請人:博格華納公司