包覆模制的通量環的制作方法
【專利說明】包覆模制的通量環
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年4月12日提交的美國臨時申請序列號61/978，844以及于2015年3月12日提交的美國實用申請序列號14/656,606的權益，這些申請通過引用結合在此。
技術領域
[0003]本發明涉及雙速風扇驅動組件，并且更具體地涉及用于渦流風扇驅動組件的通量環。
[0004]發明背景
[0005]車輛發動機通常使用冷卻組件來從發動機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動機和其他部件以便控制發動機溫度。該發動機和其他部件內所產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，通常使用風扇組件來抽出空氣或迫使空氣經過該散熱器以便有助于熱傳遞。
[0006]總體上不希望這樣的風扇組件連續運行。希望的是維持目標冷卻劑溫度；僅在產生高熱量的時間段內需要高的風扇速度。另外，在不必要時連續的高速運行在發動機上產生不希望的抽吸并且由此降低了效率。為了補償這點，目前的風扇組件例如“開關式”風扇驅動器使用了允許風扇選擇性地接合發動機從而使得這些風扇僅在必要時被接合的風扇離合器組件。風扇離合器組件能以許多構型(包括電子的、液壓的以及空氣壓力致動的構型)來運行。常見的是，這些系統朝風扇運行被偏置，而使得當離合器組件中發生故障時，該風扇連續地運行以保持該發動機涼爽。
[0007]大多數開關式風扇驅動器在被致動時僅以一個速度運行，即輸入速度。在一些情形下，雙速風扇驅動器是所希望的。這些驅動器通常使用渦流機構以允許該風扇驅動器以較低的速度運行。這些渦流組件在風扇脫接合時提供了慢得多的風扇旋轉。
[0008]與渦流離合器、或同渦流驅動組件相結合的“開關式”附件驅動器相關的一個擔憂是該渦流驅動器所產生的熱量、尤其是通量環中產生的熱量。該熱量不僅可能降低產品的有效性，而且該熱量可以隨著時間使該通量環發生膨脹和扭曲，從而降低產品的耐用性和壽命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，該通量環在操作過程中具有降低的溫度和減小的應力。這將提供一種更耐用、更持久且更有效的渦流組件。
[0010]發明概述
[0011]本發明提供了用于制造和使用用于渦流組件的改善的通量環的方法、結構和系統。本發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。另外，本發明提供了將應力和箍繞荷載最小化的通量環構造并且因此提供了更有效、耐用且持久的產品。
[0012]根據本發明的優選實施例，該通量環包括一個金屬底座構件，該金屬底座構件具有一個中央輪轂構件、一個外部環狀環構件以及將該輪轂連接至該環構件上的多個柔性臂構件。該底座構件優選地是由鋼制成的。另一種材料例如鋁制成的多個分開的區段被包覆模制在該環狀構件上。這些包覆模制的區段具有多個肋和葉片，以輔助將熱量分布至大氣中。
[0013]在該輪轂構件與包覆模制的環狀構件之間提供了多個通風開孔以允許空氣在該環狀構件的兩側循環并且有助于將其冷卻。這些柔性臂構件允許該環狀構件在被加熱時快速且受控地膨脹并且將徑向的膨脹、扭曲和應力最小化。
[0014]在該底座構件的外部環狀環上可以提供多個開口、凹陷或其他結構以幫助將這些包覆模制的區段固位在該環狀構件上。這可以允許三維的差異膨脹從而將該通量環中的箍繞荷載和其他應力最小化。
[0015]本發明的其他特征、益處和優點將結合附圖和所附權利要求書從本發明的以下描述中變得清楚。
[0016]附圖簡要說明
[0017]圖1描繪了包括渦流驅動組件的一個常規的雙速風扇驅動器。
[0018]圖2描繪了根據本發明實施例的一個通量環底座構件的透視圖。
[0019]圖3和圖4描繪了圖2中的通量環底座構件的前視圖和截面側視圖。
[0020]圖5是根據本發明實施例的一個包覆模制的通量環的透視圖。
[0021]圖6和圖7描繪了圖5中的包覆模制的底座構件的前視圖和截面側視圖。
[0022]圖8描繪了通量環底座構件上的一個包覆模制的區段。
[0023]圖9是使用了根據本發明的包覆模制的通量環實施例的一個雙速風扇驅動組件的截面視圖。
[0024]圖10描繪了根據本發明一個實施例的臂構件。
[0025]圖11是一個放大視圖，描繪了本發明一個實施例中的改善的空氣流。
[0026]圖12至圖14描繪了本發明的一個替代實施例。
[0027]圖15描繪了本發明的另外一個實施例。
[0028]優選實施方案的說明
[0029]圖1描繪了一個已知的雙速風扇驅動組件10。該組件包括一個氣動摩擦離合器機構12以及一個渦流風扇驅動機構14。
[0030]如組件10所例示的雙速風扇驅動組件的操作和細節是眾所周知的，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]出于本發明的目的，將簡要描述該雙速風扇驅動組件10。該組件具有一個氣動致動的彈簧偏置外部殼體構件22。一個風扇(未不出)附接至該殼體構件上。殼體構件22附接至一個滑輪構件上并且通過一個適當的發動機皮帶構件(未示出)以輸入速度恒定旋轉。該殼體構件具有一個第一環狀摩擦背襯構件30，并且內部致動構件24帶有一個第二環狀摩擦背襯構件。摩擦材料34被定位在并且優選地粘接在這兩個摩擦背襯構件之一上。
[0032]當該發動機中冷卻劑需要冷卻時，不施加空氣壓力并且該致動構件和殼體構件20相接觸以允許該摩擦材料致使該殼體和風扇進行旋轉。這是風扇的開啟條件，并且該風扇將以輸入速度(為風扇驅動組件10的兩個速度之一)進行旋轉。
[0033]當不需要該風扇以開啟速度運行時，空氣壓力被施加到該殼體中的離合器機構上。這使得該殼體構件軸向地平移并且使殼體構件20與內部致動構件24之間的摩擦接觸斷開。
[0034]希望風扇在車輛中、甚至在不必以輸入速度旋轉時保持旋轉是有許多原因的。該渦流機構提供了該殼體和風扇在低于該輸入速度的第二速度下的旋轉。
[0035]渦流機構14的基本部件是多個永磁鐵40和一個相關聯的通量環構件42。雖然來自該摩擦接觸的動力已經停止，但是由這些磁鐵和該通量環所引起的渦流保持該殼體和所連接的風扇構件以更慢的速度進行旋轉。(例如，以約500rpm-600rpm。)
[0036]與已知的渦流組件相關的一個擔憂是其操作所造成的顯著的熱量堆積。典型地，這些通量環是由導電性材料例如鋁或鋼制成的并且在被加熱至高溫時快速地膨脹。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]本發明是被提供用于改善用于渦流組件的通量環的結構和性能。本發明尤其用于雙速風扇驅動組件中，如通過以上所描述的組件10所例示的。
[0038]改善的通量環的優選實施例包括一個金屬底座構件，該金屬底座構件上包覆模制了另一種金屬材料制成的多個區段以及提供了該通量環的改善(減小的)徑向膨脹和增大的冷卻的多個特征。
[0039]在圖5至圖8中描繪了根據本發明一個實施例的一個完整的通量環并且用參考號50表示。該通量環包括一個金屬底座構件60 (優選地由鋼制成)以及包覆模制在該底座構件上的由第二材料(優選鋁)制成的多個區段62。
[0040]底座構件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。該底座構件包括一個中央輪轂構件64、一個外部環狀環構件66以及多個連接臂構件68。
[0041]底座構件60優選地是由金屬性金屬構件例如鋼制成的。鋼材料具有結構強度、剛度并且影響磁通量線。該底座構件優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、或任何其他常規工藝制成圖中所示的形狀。中央輪轂構件64具有一個中央開口 70，用于與該氣動風扇驅動組件進行組裝。在該輪轂構件中提供了多個孔洞72以用于將該底座構件(和整個通量環構件50)緊固并固定至該風扇驅動組件上。這在圖9中示出。使用多個緊固件例如螺栓74將構件50固定至該風扇組件上。
[0042]多個臂構件68將底座構件60連接至外部環狀環構件66上。這些徑向延伸的臂構件中具有一條或多條成形的曲線，以允許環狀環構件66相對于輪轂構件64具有改善的徑向移動自由度。如圖所示，尤其如圖2、4、7和圖8所示，這些臂構件64優選地具有帶有一條或多條曲線和多個拐點的一種形狀。這提供了所希望的強度并且在不引起高的彎折應力情況下允許該中央輪轂構件與外部環狀環構件之間的顯著的差異膨脹。然而，這種構型不是強制性的，并且在被加熱時可以適應徑向膨脹而不造成明顯應力點的其他臂形狀將是足夠的。
[0043]優選地，該臂構件應提供徑向順應性。圖10中示出了用于本發明優選實施例的、實現了這點的一種優選的彎曲結構。在此，臂構件68具有三個弧部Rl、R2和R3以及兩個拐點或曲率反向點。這使得臂構件中的應力均衡，尤其是如果Rl > R2 > R3的話。該臂構件中的更大量彎曲部可能產生不希望的額外應力。優選地，該輪轂構件與環狀環構件之間的臂構件中的至少一個彎曲部是希望的。
[0044]帶輪輻的臂構件中的曲線或彎折優選地遵循“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。雙彎曲線具有從兩個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，這兩個相反彎曲的弧部是Rl和R3，并且這兩個基本上平行的末端被標記為64和66。
[0045]這些臂構件68之間的開放區域80在該通量環安裝于該渦流機構上并且處于操作中時提供了顯著的空氣流動和流通。這些開口 80 (稱為“通風”區域)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的與磁鐵相鄰的那側。
[0046]當該通量環被包含為該渦流機構的一部分時，如圖9所示，這些開口 80允許冷卻空氣流經這些開口