專利名稱：改進(jìn)的磁流變流體聯(lián)軸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粘性流體聯(lián)軸器，更具體地說涉及粘性流體里包含磁流變流體的聯(lián)軸器。
粘性流體聯(lián)軸器投入商業(yè)使用許多年了，一個(gè)典型的用途是驅(qū)動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱器冷卻風(fēng)機(jī)，在此發(fā)動(dòng)機(jī)是通用類型的，發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸沿車輛的軸向定位。此類聯(lián)軸器通常用于粘性風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，雖然本發(fā)明并不僅限于用作風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，優(yōu)點(diǎn)更明顯，這將隨后描述。
在現(xiàn)有技術(shù)的典型的粘性聯(lián)軸器中，特別是那些用于風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的聯(lián)軸器，聯(lián)軸器既包括一個(gè)操作室，在此發(fā)生粘性流體剪切，又包括一個(gè)儲(chǔ)藏室，粘性流體不在操作室時(shí)，就被儲(chǔ)藏于此。在現(xiàn)有技術(shù)的此類聯(lián)軸器中，聯(lián)軸器的輸出速度與輸入速度之間關(guān)系由操作室中流體的充滿程度決定。在多數(shù)風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，操作室中流體的充滿程度由閥機(jī)構(gòu)決定，它隨感應(yīng)的溫度條件而控制閥的位置，如當(dāng)?shù)?、周圍環(huán)境的空氣溫度。
對(duì)輸出速度與輸入速度的比值由一遠(yuǎn)處感應(yīng)到的溫度條件控制的粘性風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的需求在增加，如散熱器上部的溫度。對(duì)此類冷卻系統(tǒng)，人們希望它能感覺到遠(yuǎn)處溫度，產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)并將信號(hào)傳給風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在此信號(hào)被用來移動(dòng)閥門或者以某種方式改變從聯(lián)軸器輸入端到聯(lián)軸器輸出端的扭矩傳遞。
在此引述被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)第4,898,266號(hào)和4,898,267號(hào)專利，它們提出一種粘性流體聯(lián)軸器，其中通過改變作用在裝有電粘性流體的操作室里的靜電場(chǎng)而改變粘性流體聯(lián)軸器力矩的傳遞，不幸的是這種電粘性流體尚沒有發(fā)展到將此類設(shè)備投入商業(yè)用途和實(shí)用的地步。
美國(guó)第4,920,929號(hào)專利介紹了另外一種通用類型的粘性流體聯(lián)軸器，其輸入速度與輸出速度的比值相對(duì)于輸入的電信號(hào)的變化而改變。在該專利中，一般性介紹了電場(chǎng)或磁場(chǎng)分別作用于裝有電流變流體或磁流變流體的操作室的聯(lián)軸器。然而該專利所介紹的聯(lián)軸器僅是示意圖，沒有涉及重要的產(chǎn)品問題，例如減少包含磁場(chǎng)磁通線的不同部件之間的非工作空氣縫隙，或者提供一種既具有足夠的磁場(chǎng)強(qiáng)度又具有足夠的熱傳播能力以避免流體過熱和沸騰的設(shè)備。
因此本發(fā)明的目的是提供一個(gè)改進(jìn)的磁流變流體聯(lián)軸器，其實(shí)質(zhì)上減少了磁場(chǎng)中的非工作空氣間隙，因此改善了流體聯(lián)軸器操作的再現(xiàn)性和效率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一個(gè)改進(jìn)的磁流變流體聯(lián)軸器，其有足夠的磁場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)有足夠的熱傳播能力。
本發(fā)明的最后一個(gè)目的是提供一個(gè)改善的磁流變流體聯(lián)軸器，它除了實(shí)現(xiàn)上述目的之外，取消了使固定的電輸入端與旋轉(zhuǎn)的流體聯(lián)軸器之間維持接觸的電刷。


圖1是一個(gè)按照本發(fā)明制作的磁流變流體聯(lián)軸器的軸向部視圖。
圖2是一個(gè)放大的、局部的與圖1相同的軸向剖視圖，表示了本發(fā)明的一個(gè)重要方面。
圖3類似于圖1和圖2是一個(gè)放大的、局部的軸向剖視圖，但比圖2比例稍小，表示了本發(fā)明磁場(chǎng)磁力線軌跡。
現(xiàn)在參看附圖，但這些附圖對(duì)本發(fā)明不構(gòu)成限制。圖1是一個(gè)按照本發(fā)明制作的磁流變(MR)流體聯(lián)軸器，用11代表。其可以看作由三個(gè)單獨(dú)部分組成，即聯(lián)軸器輸入端部分13、聯(lián)軸器輸出端組件15，固定不動(dòng)的線圈組件17。
聯(lián)軸器輸入端部分13包括一個(gè)輸入軸19，該軸接受來自一個(gè)動(dòng)力源的扭矩，該動(dòng)力源并沒顯示于圖中，但通常指車輛發(fā)動(dòng)機(jī)之類的動(dòng)力源。聯(lián)軸器輸入端部分13還包含一個(gè)通常環(huán)形的徑向延伸驅(qū)動(dòng)部件21，部件21在它徑向內(nèi)圓周處有一輪轂部分23，該部分最可取的是壓裝在輸入軸19上，因此驅(qū)動(dòng)部件21通過輪轂部位被輸入軸19帶動(dòng)。
聯(lián)軸器輸出端組件15包括一個(gè)前外殼25和后外殼27，外殼25和27以本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方式聯(lián)結(jié)并一起轉(zhuǎn)動(dòng)。由于聯(lián)軸器現(xiàn)在典型用于粘性風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以外殼25和27最好選用模鑄鋁件。從后外殼27徑向向內(nèi)延伸是一個(gè)常見的圓盤形聯(lián)軸器部件29，該部件的功能隨后將更仔細(xì)地描述。聯(lián)軸器輸出端組件15以輸出速度旋轉(zhuǎn)，某類的輸出設(shè)備(圖上未顯示)安裝在其上，如車輛發(fā)動(dòng)機(jī)上的水箱冷卻風(fēng)扇。冷卻風(fēng)扇以本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方式連接在聯(lián)軸器輸出端組件15上，更可能連接在前外殼25上，怎樣連接并不包括在本發(fā)明內(nèi)。
本發(fā)明的另一個(gè)重要方面是相對(duì)于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)靜止的線圈組件17，它包括一個(gè)環(huán)繞于鐵磁體支撐部件33上的電磁線圈31。鐵磁體部件33被壓裝在軸承35的外環(huán)上，軸承35的內(nèi)環(huán)安裝在輸入軸19的軸肩37與轂23之間。因此聯(lián)軸器輸入端13與線圈組件17之間的相應(yīng)軸向位置被確定。
線圈組件17還包括一個(gè)用41表示的接觸裝置，它具有一個(gè)圓筒形的接觸部件43，與在此僅示意地表示的電輸入信號(hào)線44相連接。本發(fā)明的一個(gè)重要方面在于電信號(hào)線44，通常是一根電線，它與接觸部件43的連接是固定的、永久的，與某些運(yùn)動(dòng)的接觸不同，例如一套電刷接觸。接觸裝置還包括一個(gè)通常是環(huán)形的徑向延伸部件45，部件45與電磁線圈31以任何適合的方式連接。最后接觸裝置包括前、后鐵磁體部件47和49，分別與線圈31固定并一起旋轉(zhuǎn)。部件47與49的功能隨后將詳細(xì)描述。
前外殼25有一個(gè)環(huán)形部分51，該部分內(nèi)部與一裝配在輸入軸19前端并旋轉(zhuǎn)的軸承53相接觸。在后外殼27的徑向內(nèi)圓邊緣有一個(gè)密封件55，密封件55的徑向內(nèi)表面與部件45外圓面接觸以防止液體泄漏。一個(gè)鐵磁體部件(或磁通環(huán))57被固定在后外殼27內(nèi)部并旋轉(zhuǎn)，同樣一個(gè)鐵磁體部件(磁通環(huán))59也被固定在后外殼27內(nèi)并旋轉(zhuǎn)，但在后外殼前端首先結(jié)合圖1來看圖2，可以看到驅(qū)動(dòng)件21包括一個(gè)圓筒部分61，該部分圍繞鐵磁體47，也圍繞線圈31的主要部分。在圓筒部分61的后端(即圖1、圖2的左端)有一對(duì)安裝在聯(lián)軸器輸出端部件29的軸向兩側(cè)的圓盤形聯(lián)軸器輸入端部件63和65。雖然聯(lián)軸器輸出端部件29和輸入端部件63和65在此顯示分別與后外殼27和圓筒形部件61形成一體。但本領(lǐng)域技術(shù)人員明白以下步驟是必須的，例如壓部件63進(jìn)入部分61，然后壓部件29進(jìn)入后外殼27，最后壓部件65進(jìn)入部分61。
在圖2中可以更清楚地看到，磁通環(huán)57有一個(gè)前表面67，磁通環(huán)59有一個(gè)后表面69，因此表面67和69以及聯(lián)軸器輸出端部件29與聯(lián)軸器輸入端部件63和65共同形成一個(gè)粘性剪切室，通常用71代表。粘性剪切室71在實(shí)施例中由四個(gè)環(huán)形的徑向延伸部分組成，這僅是舉例，其重要性隨后將變得很明顯。粘性剪切室71內(nèi)充滿本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的磁流變流體。這種流體的一個(gè)例子在美國(guó)專利第5,667,715中被描述，在此可以被結(jié)合參考。
在圖2中可以更清楚的看到本發(fā)明的一個(gè)重要方面，即這種聯(lián)軸器11中僅有的非工作氣隙是徑向的。在此所用的涉及氣隙的詞“非工作”意味著那些即在本發(fā)明中不做有用功、沒有粘性流體、不傳遞扭矩的氣隙。例如在鐵磁體部件49和磁通環(huán)57之間有個(gè)徑向氣隙，在鐵磁體部件47與環(huán)形部分61之間以及環(huán)形部分61與磁通環(huán)59之間有一對(duì)氣隙。對(duì)電磁設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，減少非工作氣隙數(shù)目和其在電磁設(shè)備操作上的影響總是一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)。如所知道的那樣控制徑向氣隙公差比軸向氣隙公差更容易，因此本發(fā)明設(shè)備利用僅有的徑向非工作氣隙的事實(shí)將導(dǎo)致更一致、重復(fù)的操作。用另一個(gè)說法，每當(dāng)輸入給線圈31的電信號(hào)改變時(shí)，聯(lián)軸器11的輸出速度將以可預(yù)測(cè)的相應(yīng)的方式變化。也沒有滯后，即輸出速度與線圈電流關(guān)系曲線在電流增加和下降時(shí)幾乎是一致的本發(fā)明的另外一個(gè)重要特征是粘性剪切室71徑向配置在線圈31外方，粘性流體的剪切在一個(gè)大的直徑上發(fā)生，這將產(chǎn)生比線圈徑向配置在粘性剪切室外方更大的扭矩。通過徑向安排部件29、63和65，粘性剪切室71的主要部分被徑向配置，因此磁場(chǎng)磁力線73垂直穿過粘性剪切室71的主要部分(從圖3看到)。
最后固定線圈組件17的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了整個(gè)設(shè)備，因?yàn)闆]有必要利用滑動(dòng)環(huán)或別的類似結(jié)構(gòu)將輸入信號(hào)傳遞給線圈?？梢杂秒娦盘?hào)線44與圓筒形接觸部件43固定聯(lián)接來代替，因此使整個(gè)設(shè)備更簡(jiǎn)單，價(jià)格更低廉，也更容易安裝在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)上。由于缺少磨擦零件，例如電刷和與之相磨擦的表面，固定線圈組件17將導(dǎo)致流體聯(lián)軸器在操作時(shí)更可靠。
隨著傳給線圈31的電信號(hào)被改變，磁場(chǎng)的強(qiáng)度也隨之變化。眾所周知隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變，磁流變流體的粘性通常也成比例變化。流體粘度的變化導(dǎo)致從輸入軸19經(jīng)聯(lián)軸器輸入端部件63和65到聯(lián)軸器輸出端部件29(即磁通環(huán)57和59)，然后到外殼25和27傳遞的扭矩相應(yīng)變化。隨著傳遞給聯(lián)軸器輸出端組件15的扭矩的改變，輸出速度也發(fā)生變化，在風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，控制輸出速度(風(fēng)機(jī)速度)是最終目標(biāo)。
雖然圖中顯示的設(shè)備有兩個(gè)輸入圓盤形部件63和65，一個(gè)輸出圓盤形部件29，以及磁通環(huán)57和59的表面67和69以限定粘性剪切室71，但本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，輸入輸出部件的數(shù)量和布置是可以改變的。
以上已對(duì)本發(fā)明作了十分詳細(xì)的描述，所以閱讀和理解了本說明書后，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的各種改變和修改將變得明顯。所以一切如此改動(dòng)和修正也包括在此發(fā)明中，因此它們?cè)跈?quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁流變流體類型聯(lián)軸器(11)包括一個(gè)由具有一輸入驅(qū)動(dòng)部件(19)的輸入驅(qū)動(dòng)組件所驅(qū)動(dòng)的聯(lián)軸器輸入端部件(63,65)，一個(gè)包括聯(lián)軸器輸出端部件(29)的聯(lián)軸器輸出端組件(15)，所說的聯(lián)軸器輸入端部件(63,65)和輸出端部件(29)形成了粘性剪切室(71)，一個(gè)電磁線圈(31)以適合的方式與所說的聯(lián)軸器輸入端部件(63,65)和輸出端部件(29)聯(lián)合，產(chǎn)生一個(gè)通過所說的粘性剪切室(71)的磁場(chǎng)，接觸裝置(41)以可操作的方式將電輸入信號(hào)(44)傳輸給所說的電磁線圈(31)；鐵磁體裝置配置在所說的磁場(chǎng)磁力線垂直通過的方向上；其特征在于(a)所說的電磁線圈(31)和所說的接觸裝置(41)是固定的，通常環(huán)繞在所說的輸入驅(qū)動(dòng)部件19周圍，同時(shí)被所說的聯(lián)軸器輸出端組件(15)所包圍；(b)所說的聯(lián)軸器輸入端部件(63,65)和輸出端部件(29)形成所說的粘性剪切室(71)，粘性剪切室(71)徑向配置于所說的電磁線圈(31)的外部；(c)所說的輸入驅(qū)動(dòng)組件包括從所說的輸入驅(qū)動(dòng)部件(19)上徑向延伸的驅(qū)動(dòng)部件(21,61)，驅(qū)動(dòng)部件(21,61)至少部分地環(huán)繞著所說的電磁線圈(31)，所說的驅(qū)動(dòng)部件(21,61)驅(qū)動(dòng)所說的聯(lián)軸器輸入端部件(63,65)。
2.按權(quán)利要求1所說的磁流變流體聯(lián)軸器(11)，其特征在于所說的輸入驅(qū)動(dòng)部件包括一個(gè)適合于被動(dòng)力源輸入扭矩所驅(qū)動(dòng)的輸入軸(19)。
3.按權(quán)利要求2所說的磁流變流體聯(lián)軸器(11)，其特征在于所說的鐵磁體裝置包括一個(gè)徑向分布在所說的電磁線圈(31)內(nèi)部的鐵磁體(33)和一個(gè)徑向配置在所說的輸入軸(19)和所說的鐵磁體部件(33)之間的軸承部件(35)。
4.按權(quán)利要求1所說的磁流變流體聯(lián)軸器(11)，其特征在于所說的聯(lián)軸器輸入端部件包括一個(gè)徑向配置的盤形部件(63,65)，所說的聯(lián)軸器輸出端部件包括一個(gè)徑向配置的盤形部件(29)，因此所說的粘性剪切室(71)至少?gòu)较蛟竭^盤形部件(29)的主要部分，所說的磁場(chǎng)磁力線通常垂直于所說的粘性剪切操作室(71)。
5.按權(quán)利要求4所說的磁流變流體聯(lián)軸器(11)，其特征在于所說的每一個(gè)聯(lián)軸器輸入端部件(63,65)和輸出端部件(29)由徑向配置的盤形件組成，因此和所說的其它輸入端和輸出端部件共同構(gòu)成了所說的徑向配置的粘性剪切室。
6.按權(quán)利要求2所說的磁流變流體聯(lián)軸器(11)，其特征在于所說的接觸裝置包括一個(gè)至少部分環(huán)繞輸入軸(19)的一般是圓筒形接觸部件(43)。
7.按權(quán)利要求6所說的磁流變流體聯(lián)軸器(11)，其特征在于所說的聯(lián)軸器輸出組件(15)包括一個(gè)外殼部件(27)和一個(gè)徑向配置在所說的圓筒形接觸部件(43)和所說的外殼部件(27)之間的密封件(55)。
8.按權(quán)利要求1所說的磁流變流體聯(lián)軸器(11)，其特征在于所說的鐵磁體裝置包括徑向配置于所說的電磁線圈(31)前方和后方的鐵磁體部件(47,49)，鐵磁體部件(47,49)與電磁線圈(31)之間是相對(duì)靜止的，所說的驅(qū)動(dòng)部件(21)包括一個(gè)環(huán)繞著所說的鐵磁體部件(47)的圓筒形部分(61)。
9.按權(quán)利要求1所說的磁流變流體聯(lián)軸器(11)，其特征在于所說的鐵磁裝置包括配置在所說的聯(lián)軸器輸入端部件(63,65)和輸出端部件(29)的前方和后方的鐵磁體裝置(59,57)，每一個(gè)鐵磁體均與所說的輸入和輸出部件之一起旋轉(zhuǎn)
10.按權(quán)利要求1所說的磁流變流體聯(lián)軸器(11)，其特征在于所說的聯(lián)軸器輸出組件(15)具有前外殼(25)和后外殼(27)，兩者均由非鐵磁體材料構(gòu)成。
11.按權(quán)利要求10所說的磁流變流體聯(lián)軸器(11)，其特征在于所說的前外殼(25)和后外殼(27)由模鑄鋁件構(gòu)成。
全文摘要
一種磁流變流體聯(lián)軸器(11),它包括一個(gè)靜止的電磁線圈(31)和一個(gè)環(huán)繞著輸入軸(19)的圓筒形接觸部件(43),圓筒形接觸部件(43)被聯(lián)軸器輸出端組件(15)包圍。聯(lián)軸器輸入端部件(63,65)和輸出端部件(29)確定了一個(gè)徑向外環(huán)于電磁線圈(31)的粘性剪切室。驅(qū)動(dòng)部件(21)從輸入軸(19)徑向延伸并包括一個(gè)至少部分環(huán)繞電磁線圈(31)和驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器輸入端部件(63,65)的環(huán)形部分(61)靜止電磁線圈(31)和接觸裝置(43)消除了對(duì)電刷的需求以及與此相聯(lián)的問題,聯(lián)軸器(11)的總體布置導(dǎo)致了僅有徑向非工作氣隙,因此設(shè)備的效率和再現(xiàn)性被極大改善。
文檔編號(hào)F16D37/02GK1226645SQ9812233
公開日1999年8月25日 申請(qǐng)日期1998年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月17日
發(fā)明者K·漢普頓 申請(qǐng)人:易通公司