МЕХАНИЗМ СЦЕПЛЕНИЯ СО СПИРАЛЬНОЙ ПРУЖИНОЙ, СОДЕРЖАЩИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ, ПРИВОДЯЩИЙ СПИРАЛЬНУЮ ПРУЖИНУ В ЗАЦЕПЛЕНИЕ С ПОВЕРХНОСТЬЮ СЦЕПЛЕНИЯ
ENGAGEMENT MECHANISM WITH SPIRAL SPRING

Ссылки на заявки, имеющие отношение к настоящей
Настоящая заявка претендует на приоритет предварительной патентной заявки США 61/115 223, поданной 17 ноября 2008 г., предварительной патентной заявки США 61/159 608, поданной 12 марта 2009 г. и предварительной патентной заявки США 61/229 385, поданной 29 июля 2009 г. Описания упомянутых заявок включены в настоящую заявку посредством ссылки, что соответствует включению их в настоящее описание в полном объеме.
Вводная часть
Настоящее изобретение относится к приводимой в движение принадлежности, включение и выключение которой производится с помощью механизма сцепления с низкой потребляемой мощностью.
Большинство систем автомобильного двигателя включает одно или более устройств различного назначения, приводимых в движение от данного двигателя и называемых обычно «принадлежностями». Такие принадлежности могут приводиться в движение от двигателя с помощью привода (например, привода для принадлежностей, привода механизма газораспределения и т.п.), который может содержать ременной привод (например, привод, в котором используется ремень клиновидного профиля, многоклинового профиля, зубчатый ремень, спирально-оппозитный зубчатый ремень и прочие виды ремней), цепную передачу, передачу через несколько шестерен, или прямой привод от компонентов двигателя (например, с помощью приводного вала). Примеры таких принадлежностей включают водяные помпы, вакуумные насосы, вентиляторы системы охлаждения двигателя, насосы гидроусилителя руля, компрессоры системы кондиционирования воздуха, стартер-генераторы и прочие устройства.
Несмотря на то, что такие принадлежности двигателя используются достаточно широко, до сих пор остается ряд проблем с их приводом. Так, например, те или иные принадлежности двигателя могут быть постоянно приводимыми в движение при работе двигателя. В некоторых случаях, однако, может иметь смысл селективное выключение той или иной принадлежности. Одним из таких примеров является работа водяной помпы и вентилятора системы охлаждения, пока двигатель относительно холодный. А именно, в таких ситуациях было бы желательно отключить водяную помпу и вентилятор системы охлаждения, чтобы двигатель мог быстрее прогреться до требуемой рабочей температуры.
С принадлежностями двигателя, включая насосы и вентиляторы системы охлаждения и компрессоры системы кондиционирования воздуха, как известно, используются различные механизмы сцепления, которые могут использоваться для селективного соединения принадлежности двигателя с источником вращающей мощности (и отсоединения о него). И хотя в настоящее время применяется множество таких механизмов сцепления, обеспечивающих селективное подключение принадлежности к источнику мощности, нам неизвестны никакие механизмы сцепления, которые бы идеально подходили к широкому ряду принадлежностей двигателя. Заметим, например, что механизм сцепления электромагнитного типа, широко применяемый с коспрессорам системы кондиционирования, требует значительной электрической мощности для его срабатывания, в результате чего возникает значительный дополнительный расход топлива.
Сущность изобретения
В настоящем разделе приводится лишь резюме нижеследующего подробного описания, и поэтому настоящий раздел не следует рассматривать как полное описание всего масштаба изобретения или всех его черт.
[0007] В одном из воплощений изобретения предлагается устройство сцепления, включающее механизм сцепления, включающий первую вращающуюся часть сцепления, вторую вращающуюся часть сцепления, приводной элемент, свернутую пружину и исполнительный механизм. Первая и вторая вращающиеся части сцепления расположены с возможности вращения вокруг оси вращения устройства сцепления. Приводной элемент расположен вокруг оси вращения и имеет внутреннюю поверхность сцепления. Свернутая пружина имеет первый конец, второй конец и множество спиральных витков, протяженных в осевом направлении и расположенных между первым концом и вторым концом. Первый конец прикреплен к первой вращающейся части сцепления. Второй конец касается второй вращающейся части сцепления. Спиральные витки соприкасаются с внутренней поверхностью сцепления. Исполнительный механизм включает исполнительный элемент, жестко скрепленный с первой вращающейся частью сцепления. Исполнительный элемент имеет возможность осевого перемещения, то есть вдоль оси вращения, между первым положением и вторым положением, в результате чего создаются управляющие вращательно-тяговые усилия внутри механизма сцепления и в конечном итоге обеспечиваются включение и выключение механизма сцепления.
[0008] В другом воплощении изобретения предлагается устройство сцепления, включающее вводной элемент, выводной элемент и механизм сцепления, обеспечивающий селективную передачу крутящей мощности от вводного элемента к выводному элементу. Механизм сцепления включает первую вращающуюся часть сцепления, вторую вращающуюся часть сцепления, приводной элемент, свернутую пружину и исполнительный механизм. Первая и вторая вращающиеся части сцепления расположены с возможностью относительного вращения вокруг оси устройства сцепления. Приводной элемент расположен вокруг оси вращения и имеет внутреннюю поверхность сцепления. Свернутая пружина имеет первый конец, второй конец и множество спиральных витков, протяженных в осевом направлении и расположенных между первым концом и вторым концом. Первый конец прикреплен к первой вращающейся части сцепления. Второй конец касается второй вращающейся части сцепления. Спиральные витки соприкасаются с внутренней поверхностью сцепления. Исполнительный механизм включает исполнительный элемент, жестко скрепленный с первой вращающейся частью сцепления. Исполнительный элемент имеет возможность осевого перемещения, то есть перемещения вдоль оси вращения, между первым положением и вторым положением. Когда исполнительный элемент переводится в первое положение, возникает фрикционное зацепление между двумя частями механизма сцепления, заставляющее первую вращающуюся часть сцепления вращаться с элементом ввода так, что свернутая пружина входит в зацепление с внутренней поверхностью сцепления, приводит ее в движение и передает крутящую мощность ко второй вращающейся части сцепления. Когда исполнительный элемент находится во втором положении, первая и вторая части механизма сцепления не находятся в фрикционном зацеплении друг с другом за счет того, что свернутая пружина не находится в зацеплении с внутренней поверхностью сцепления и не приводит ее в движение, и тем самым вводной элемент и выводной элемент разъединяются.
[0009] В прочих воплощениях изобретения содержится по меньшей мере одно из нижеследующего:
механизм сцепления, который может быть селективно включен и/или выключен путем подачи управляющего крутящего момента на свернутую пружину;
механизм сцепления для принадлежностей автомобиля, который может быть селективно включен и/или выключен путем подачи на него управляющего тока, меньшего или равного 1,5 А;
механизм сцепления для принадлежностей автомобиля, который может быть селективно включен и/или выключен путем подачи на него управляющей электрической мощности, меньшей или равной 24 Вт;
приводимая в движение принадлежность, имеющая вводной элемент, выполненный с возможностью вращения, и механизм сцепления с свернутой пружиной и приводным элементом, жестко скрепленный с элементом ввода, но изготавливаемый отдельно от него, причем свернутая пружина выполнена с возможностью вхождения в зацепление с приводным элементом для передачи крутящей мощности через механизм сцепления;
механизм сцепления, в котором обеспечена возможность устранения или уменьшения «слипания» между двумя или более его компонентами;
механизм сцепления с подогревателем;
механизм сцепления, включающий свернутую пружину и элемент, выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении, причем свернутая пружина выполнена с возможностью вхождения в зацепление с приводным элементом, и она используется для смещения элемента, имеющего возможность перемещения в осевом направлении, в определенном направлении;
механизм сцепления с свернутой пружиной, установленной в картридже или на несущем элементе;
механизм сцепления с приводным элементом и свернутой пружиной, причем свернутая пружина по меньшей мере частично входит в постоянное зацепление приводным элементом, независимо от того, включен ли механизм сцепления или выключен, а при включении механизма сцепления свернутая пружина еще более полно входит в зацепление с приводным элементом;
способ приведения в действие механизма сцепления, имеющего исполнительный механизм с электромагнитом и исполнительный элемент, выполненный с возможностью его перемещения электромагнитом, причем данный способ содержит создание изменяемого магнитного поля электромагнитом, устраняющего или уменьшающего остаточный магнетизм в исполнительном элементе;
способ приведения в действие механизма сцепления, имеющего исполнительный механизм с электромагнитом и исполнительный элемент, выполненный с возможностью его перемещения в осевом направлении электромагнитом, причем данный способ содержит инициализацию перемещения исполнительного элемента за счет работы электромагнита при первом уровне потребления мощности и удержание исполнительного элемента, выполненного с возможностью перемещения в осевом направлении, в требуемом положении за счет работы электромагнита при втором, более низком уровне потребления мощности;
способ приведения в действие механизма сцепления, имеющего исполнительный механизм с электромагнитом и исполнительный элемент, выполненный с возможностью его перемещения в осевом направлении электромагнитом, причем данный способ содержит управление положением исполнительного элемента путем управления электромагнитным полем, вырабатываемым электромагнитом;
способ приведения в действие механизма сцепления в сборе, имеющего приводной элемент и свернутую пружину, причем данный способ содержит приведение свернутой пружины в зацепление с приводным элементом, в результате чего происходит передача вращающей мощности между ними в виде последовательности пульсирующих движений;
способ приведения в действие механизма сцепления, имеющего исполнительный механизм с электромагнитом и исполнительный элемент, выполненный с возможностью его перемещения в осевом направлении электромагнитом, причем данный способ содержит использование исполнительного механизма с определенной рабочей характеристикой, определяющей положение исполнительного элемента относительно электромагнита;
способ приведения в действие механизма сцепления, имеющего исполнительный механизм с электромагнитом и исполнительный элемент, выполненный с возможностью его перемещения в осевом направлении электромагнитом, причем данный способ содержит использование данных, получаемых датчиком и определяющих положение исполнительного элемента относительно электромагнита;
способ приведения в действие механизма сцепления, имеющего приводной элемент и свернутую пружину, причем данный способ содержит проверку вхождения в зацепление и/или выхода из зацепления свернутой пружины и приводного элемента на основе данных, получаемых от датчика, который не определяет прямым образом текущее положение механизма сцепления;
способ приведения в действие механизма сцепления, имеющего исполнительный механизм и исполнительный элемент, выполненный с возможностью его перемещения в осевом направлении, используемый для включения и/или выключения механизма сцепления, причем данный способ содержит определение ошибки при срабатывании механизма сцепления и выдачу в ответ на это сообщения об ошибке;
способ приведения в действие механизма сцепления, имеющего исполнительный механизм с электромагнитом и исполнительный элемент, выполненный с возможностью его перемещения в осевом направлении электромагнитом, причем данный способ содержит определение сопротивления электромагнита для определения фактической температуры электромагнита;
способ приведения в действие механизма сцепления, используемого с приводимой в движение принадлежностью, причем данный способ содержит определение присутствия брелка вблизи транспортного средства и приведение в действие механизма сцепления для выработки тепла внутри механизма сцепления до начала работы транспортного средства;
способ приведения в действие механизма сцепления, имеющего исполнительный механизм с электромагнитом и исполнительный элемент, выполненный с возможностью его перемещения в осевом направлении электромагнитом, причем исполнительный механизм дополнительно содержит умножитель напряжения или конденсатор особо большой емкости;
способ управления работой водяной помпы или другой приводимой в движение принадлежностью двигателя, при котором используются одна или более стратегий управления, описанных в абзацах [0151] - [0158];
механизм сцепления, имеющий приводной элемент, свернутую пружину и исполнительный механизм для селективного приведения свернутой пружины в зацепление с приводным элементом и передачи вращающей мощности через механизм сцепления, причем в случае отказа исполнительного механизма свернутая пружина входит в зацепление с приводным элементом;
механизм сцепления, имеющий приводной элемент, свернутую пружину и исполнительный механизм для принудительного приведения свернутой пружины в зацепление с приводным элементом и/или выведения их из зацепления, причем исполнительный механизм запитывается и управляется только относительно небольшими полевыми транзисторами, которые не могут потреблять ток, больший 2 А;
устройство, содержащее механизм сцепления и клапан, причем механизм сцепления имеет приводной элемент, свернутую пружину и исполнительный механизм для селективного приведения свернутой пружины в зацепление с приводным элементом, и в данном устройстве работа клапана согласована с работой исполнительного механизма; и
способ управления работой генератора электрической мощности автомобиля, ротор которого получает вращающую мощность от двигателя, и данный способ включает отсоединение ротора от двигателя (в результате чего электрическая мощность генератором не вырабатывается), когда батарея, электрически связанная с генератором электрической мощности, имеет степень заряженности, определенную как достаточная.
[0010] Прочие области применения настоящего изобретения будут ясны из нижеследующего подробного описания. Следует понимать, что приводимое описание и конкретные примеры приводятся только в иллюстративных целях и ни в коей мере не предназначены для ограничения каким-либо образом масштабов настоящего изобретения и областей его возможного применения.
Краткое описание чертежей
[0011] Прилагаемые к нижеследующему описанию чертежи приводятся исключительно для иллюстративных целей и ни в коей мере не предназначены для ограничения каким-либо образом масштабов настоящего изобретения. Схожие или идентичные элементы на различных чертежах обозначены схожими или идентичными номерами позиций.
[0012] Фиг.1. Схематическое изображение двигателя с приводимой в движение принадлежностью в соответствии с настоящим изобретением.
[0013] Фиг.2. Приводимая в движение принадлежность, изображенная на фиг.1, в разобранном виде.
[0014] Фиг.3. Вид сбоку части приводимой в движение принадлежности, изображенной на фиг.1, на котором также подробно представлена часть механизма сцепления, применяемого с данной принадлежностью.
[0015] Фиг.4. Аксонометрический вид части приводимой в движение принадлежности, изображенной на фиг.1, на котором более подробно представлена часть механизма сцепления.
[0016] Фиг.5. Продольное сечение части приводимой в движение принадлежности, изображенной на Фиг.1, выполненное по оси вращения выводного элемента приводимой в движение принадлежности.
[0017] Фиг.6. Другое воплощение приводимой в движение принадлежности, выполненной в соответствии с идеями настоящего изобретения, в разобранном виде.
[0018] Фиг.7. Аксонометрический вид части приводимой в движение принадлежности, изображенной на фиг.6, на котором более подробно представлена часть механизма сцепления.
[0019] Фиг.8. Сечение приводимой в движение принадлежности, изображенной на Фиг.6, по оси вращения выводного элемента приводимой в движение принадлежности.
[0020] Фиг.9. Сечение еще одного воплощения приводимой в движение принадлежности, выполненной в соответствии с идеями настоящего изобретения, по оси вращения выводного элемента приводимой в движение принадлежности.
[0021] Фиг.10. Еще одно воплощение приводимой в движение принадлежности, выполненной в соответствии с идеями настоящего изобретения, в разобранном виде.
[0022] Фиг.11. Сечение приводимой в движение принадлежности, изображенной на Фиг.10, по оси вращения выводного элемента приводимой в движение принадлежности.
[0023] Фиг.12. Еще одно воплощение приводимой в движение принадлежности, выполненной в соответствии с идеями настоящего изобретения, в разобранном виде.
[0024] Фиг.13. Аксонометрический вид с частичным сечением части приводимой в движение принадлежности, изображенной на фиг.12, на котором более подробно представлена часть механизма сцепления.
[0025] Фиг.14. Аксонометрический вид части механизма сцепления, на котором более подробно представлена вторая вращающаяся часть механизма сцепления.
[0026] Фиг.15 Аксонометрический вид с частичным сечением части приводимой в движение принадлежности, изображенной на фиг.13, на котором более подробно представлен механизм сцепления.
[0027] Фиг.16. Аксонометрический вид свернутой пружины в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.
[0028] Фиг.17. Вид сбоку части приводимой в движение принадлежности в соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения.
[0029] Фиг.18. Часть приводимой в движение принадлежности в соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения, в разобранном виде.
[0030] Фиг.19. Сечение приводимой в движение принадлежности, изображенной на Фиг.18, по оси вращения элемента вывода приводимой в движение принадлежности.
[0031] Фиг.20. Часть приводимой в движение принадлежности, изображенной на фиг.18, в разобранном виде. Некоторые детали изображены в сечении.
[0032] Фиг.21. Схематическое изображение автомобиля, на котором установлена приводимая в движение принадлежность в соответствии с настоящим изобретением и в котором имеется система управления, чувствующая приближение водителя автомобиля и в ответ на это инициирующая подогрев механизма сцепления, включающего данную принадлежность.
[0033] Фиг.22. Схематическое изображение части автомобиля, на котором установлена приводимая в движение принадлежность в соответствии с настоящим изобретением, причем данная принадлежность содержит электромагнит, электрически связанный с источником электрической мощности и массой посредством двух управляющих элементов.
[0034] Фиг.23. Схематическое изображение части автомобиля, на котором установлена аналогичная приводимая в движение принадлежность в соответствии с настоящим изобретением, с тем отличием, что данная принадлежность содержит один управляющий элемент, а именно управляющий мощностью, подаваемой на электромагнит.
[0035] Фиг.24. График зависимости температуры, сопротивления и тока от напряжения на электромагните, используемом в некоторых воплощениях приводимой в движение принадлежности в соответствии с настоящим изобретением.
[0036] Фиг.25. Местный аксонометрический вид с сечением приводимой в движение принадлежности в соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения, в которой используется пара сальников, герметично соединенных с исполнительным механизмом и предназначенных для предотвращения или уменьшения попадания в механизм сцепления грязи, твердых частиц и влаги.
[0037] Фиг.26-31. Схематические изображения прочих типов (кроме водяной помпы) приводимых в движение принадлежностей, выполненных в соответствии с идеями настоящего изобретения.
[0038] Фиг.32. Аксонометрический вид с сечением части приводимой в движение принадлежности в соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения. Показана работа механизма сцепления в выключенном состоянии.
[0039] Фиг.33. Работа механизма сцепления принадлежности, изображенной на фиг.32, во включенном состоянии.
Подробное описание различных воплощений изобретения
[0040]. Как показано на фиг.1 и 2, показана приводимая в движение принадлежность 10 в соответствии с настоящим изобретением. Приводимая в движение принадлежность 10 может содержать вводной элемент 12, в сущности стандартную основную часть 14 принадлежности и механизм сцепления 16. Именно в данном примере, основная часть 14 принадлежности является водяной помпой 20 в сборе, однако сведущим в данной области техники будет понятно, что изображение водяной помпы 20 в сборе является лишь иллюстрацией одного из возможных приложений настоящего изобретения, и что на самом деле настоящее изобретение может быть реализовано и с различными прочими типами агрегатов автомобильного двигателя, такими как вентиляторы 14-1 системы охлаждения (Фиг.26); стартеры-генераторы, в том числе переменного тока 14-2 (Фиг.27); компрессоры системы кондиционирования воздуха 14-3 (Фиг.28); насосы гидроусилителя руля 14-4 (Фиг.29); генераторы постоянного или переменного тока 14-5 (Фиг.30); насосы, включая вакуум-насосы 14-6 (Фиг.31), воздушные компрессоры, турбины, валы отбора мощности и прочие, а также принадлежности, приводимые в движение другими источниками мощности, включая двигатели (например, электродвигатели или двигатели с гидравлическим приводом). Кроме того, следует понимать, что хотя настоящее изобретение описано применительно к транспортным средствам или автомобилям, оно может быть использовано применительно к любым типам приводов (то есть устройствам передачи движения, включая устройства передачи вращательного движения).
[0041] Водяная помпа 20 в сборе может включать корпус 22, рабочее колесо 24, приводной вал и уплотнение с подшипником 28 в сборе. Корпус 22 может иметь фланцевый элемент 30, который может быть предназначен для установки на двигатель 32, шейку 34, которая может быть протяженной от передней стороны фланцевого элемента 30, и отверстие 36, которое может быть протяженным через фланцевый элемент 30 и шейку 34. Уплотнение с подшипником 28 в сборе может размещаться в отверстие 36 и быть жестко соединено с корпусом, например, за счет посадки внатяг. Приводной вал 26 может быть протяженным через корпус 22, уплотнение с подшипником 28 в сборе может окружать приводной вал 26 в виде втулки, являясь для него опорой, обеспечивающей вращение вала относительно корпуса 22. Рабочее колесо 24 может быть насажено на приводной вал 26 любым традиционно применяемым для этого способом для обеспечения его вращения вместе с валом.
[0042] Вводной элемент 12 имеет конструкцию, обеспечивающую передачу вращающей мощности к приводимой в движение принадлежности и/или снятия мощности с нее, в зависимости от конструкции и назначения принадлежности 10, и может иметь любую конструкцию, обеспечивающую передачу вращающей мощности. Не ограничивающими примерами типов вводных элементов являются ролики, шкивы, звездочки и/или шестерни. В приведенном примере вводной элемент 12 предназначен для передачи вращающей мощности от источника вращающей мощности (например, приводного ремня 40) к основной части 14 принадлежности и содержит шкив 42 и разделитель 44 шкива, скрепленные друг с другом посредством множества резьбовых крепежных элементов 46. На шейку 34 корпуса 22 может быть установлен подшипник 48, являющийся опорой вводного элемента и обеспечивающий его вращение вокруг оси, совпадающей с осью вращения 50 приводного вала 26. При необходимости между подшипником 48 и электромагнитом 144 может быть установлен элемент, такой как разделитель, который, воздействуя на подшипник 48, удерживает его от перемещения в осевом направлении.
[0043] Как показано на фиг.2-4, механизм сцепления 16 может быть предназначен для селективного приведения в зацепление вводного элемента 12 и вводного элемента основной части 14 принадлежности (в данном случае роль последнего выполняет приводной вал 26), для передачи между ними вращающей мощности. Механизм 16 сцепления может содержать первую вращающуюся часть 100 сцепления, вторую вращающуюся часть 102 сцепления, свернутую пружину 104, приводной элемент 106 и исполнительный механизм 108.
[0044] Первая вращающаяся часть 100 сцепления расположена вокруг оси 50 вращения приводимой в движение принадлежности 10 с возможностью вращения вокруг данной оси, и как будет более подробно обсуждаться ниже, может служить как элемент, который может быть использован для приложения к свернутой пружине 104 вращательно-тяговой силы, в результате чего осуществляется управление работой механизма сцепления 16. Первая вращающаяся часть 100 сцепления может содержать любые средства, обеспечивающие подачу сигнала в виде управляющего момента силы к свернутой пружине 104, и в данном примере включает вилку 110, имеющую разветвленные элементы 112.
[0045] Вторая вращающаяся часть 102 сцепления может включать приводную поверхность 120, в которую может упираться торцевая поверхность 122 свернутой пружины 104, расположенная напротив первой вращающейся части 100 сцепления. В данном примере вторая вращающаяся часть 102 выполнена за единое целое в выводным элементом сцепления (приводным элементом) 124, который может включать соединительную часть 126 и одну или более ножек 128. Соединительная часть 126 может быть жестко скреплена с приводным валом 26, так что вращение приводного элемента 124 в данном примере вызывает соответственно и вращение приводного вала 26. Ножка или ножки 128 могут быть соединены с соединительной частью 126 и могут быть протяженными в радиальном направлении от оси и в осевом направлении (то есть параллельно оси вращения 50 приводного вала 26), в результате чего образуются цилиндрическая опорная поверхность 130 и цилиндрический канал 132 (фиг.4), обращенный к корпусу 22. Дальний конец ножки 128 (или дальние концы ножек 128) могут образовывать один или более упоров 136. Приводная поверхность 120 может быть соединена с ножкой 128 (или одной из ножек 128), и в данном примере она образуется краем одной из ножек 128.
[0046] Свернутая пружина 104 может быть изготовлена из упругой проволоки, имеющей требуемую форму поперечного сечения, например круглую, квадратную или прямоугольную, и может содержать первый конец 140, именуемый далее также ведущим «хвостом», второй конец 142 и множество витков 144 спирали, расположенных между первым и вторым концами 140 и 142. Первый конец 140 свернутой пружины 104 может быть приведен в зацепление с первой вращающейся частью 100 сцепления для принятия от него входящего крутящего момента. В данном примере ведущий «хвост», в общем, представляет собой прямой отрезок проволоки, протяженный радиально вовнутрь от витков 144 спирали. Следует, однако, понимать, что ведущий «хвост» 140 может быть ориентирован и по-другому. Первый конец 140 свернутой пружины 104 может заходить в разветвленные элементы 112 вилки 110, в результате чего образуется жесткое соединение первого конца 140 свернутой пружины 104 с первой вращающейся частью 100 сцепления. Упоры 136 на ножке или ножках 128 могут упираться в торец проволоки свернутой пружины 104 на стороне, противоположной первой вращающейся части 100 сцепления.
[0047] Приводной элемент 106 может быть отдельным компонентом или же может быть сформирован за единое целое с вводным элементом 12. В данном примере приводной элемент 106 является структурой в виде чашки или крышки, жестко и герметично скрепленной с разделителем 44 шкива вводного элемента 12 за счет посадки внатяг. Приводной элемент 106 может иметь внутреннюю поверхность 150 сцепления и может взаимодействовать с одним или более компонентами приводимой в движение принадлежности 10, образуя полость 152, в которой могут быть расположены различные компоненты механизма 16 сцепления, включая исполнительный механизм, свернутую пружину 104, первую вращающуюся часть 100 сцепления и вторую вращающуюся часть 102 сцепления. Спиральные витки 144 свернутой пружины 104 могут иметь размер в диаметре, несколько меньший диаметра внутренней поверхности 150 сцепления, и могут в целом иметь такую конструкцию, что разворачиваясь, они будут входить в зацепление с внутренней поверхностью 150 сцепления, обеспечивая передачу вращающей мощности от вводного элемента 12 к приводному валу 26 (далее такое зацепление будет именоваться сцеплением с передачей вращения). Степень контакта, который должен иметь место между спиральными витками 144 и внутренней поверхностью сцепления, может варьировать, будучи зависимым о различных факторов, включая величину нагрузки, передаваемой через механизм 16 сцепления, размер свернутой пружины 104 и скорость вращения вводного элемента вводного элемента 12 при включении и выключении сцепления. В некоторых случаях может быть целесообразным использование смазки (например, в виде масла или консистентной смазки, или в виде покрытия на проволоке, из которой сформирована свернутая пружина; покрытия на приводном элементе или их сочетания) между внутренней поверхностью 150 сцепления и спиральными витками 144 свернутой пружины 104.
[0048] Исполнительный механизм 108 может содержать исполнительный элемент 160, который может быть соединен с первой вращающейся частью 100 сцепления для совместного с ней вращения вокруг оси 50, средство для перемещения исполнительного элемента 160 вдоль оси 50 вращения между первым положением и вторым положением и средство для выработки управляющего момента силы, который может использоваться для перевода механизма 16 сцепления в определенное состояние (то есть включенное состояние или выключенное состояние), как будет более подробно описано ниже.
[0049] В данном примере исполнительный механизм 108 дополнительно содержит электромагнит 166 и возвратную пружину 168, а исполнительный элемент 160 является его сердечником. В альтернативных воплощениях могут использоваться и другие устройства для осевого перемещения исполнительного элемента 160. Такие устройства могут приводиться в движение с помощью электроэнергии, гидравлически или пневматически, например, с помощью линейного двигателя или иного устройства, обеспечивающего направленное вдоль оси усилие. Примеры таких устройств включают, не ограничиваясь ими, цилиндры, исполнительные механизмы типа сферической наклонной плоскости, соленоиды, исполнительные механизмы из сплавов, запоминающих форму, которые могут расширяться и сжиматься при воздействии на них электрической или тепловой энергии, пьезоэлектрические исполнительные механизмы, винтовые исполнительные механизмы, магнитострикционные и электрострикционные исполнительные механизмы, а также исполнительные механизмы, в которых могут использоваться электрически активные полимеры.
[0050] Электромагнит 166 может быть жестко скреплен с корпусом 22 и может включать кольцеобразный элемент-гильзу 170 и катушку 172. В данном конкретном примере кольцеобразный элемент-гильза 170 жестко скреплен с шейкой 34 корпуса 22 за счет посадки внатяг. Кольцеобразная гильза 170 может иметь полость 174 гильзы, которая может иметь форму U-образного цилиндрического канала. Следует, однако, понимать, что полость 174 гильзы может иметь и иную форму. Полость 174 гильзы может принимать катушку 172 и при необходимости для электрической изоляции катушки 172, а также для неподвижной фиксации катушки 172 в кольцеобразной гильзе 170 может использоваться заливка герметиком. Для электрического подключения катушки 172 к цепи 180 управления может использоваться пара электрических проводов или контактов 176. Контакты 176 могут быть расположены в любом удобном месте и оконцованы любым подходящим способом, например в виде многоконтактного разъема, к которому может подключаться ответный разъем жгута проводов (не показан). В данном примере контакты 176 размещены в канавке 184, протяженной в осевом направлении вдоль внешней поверхности шейки 34 и далее во фланцевый элемент 30. Такая конструкция позволяет расположить контакты 176 между шейкой 34 и подшипником 48, который является опорой вводного элемента 12 и обеспечивает его вращение на шейке 34.
[0051] Исполнительный элемент 160 может содержать корпус 190, который может иметь форму кольцеобразной пластины, и один или более крючкообразных элементов 192, которые могут быть прикреплены по краю корпуса 190. Корпус 190 может располагаться вокруг приводного вала 26 в кольцеобразном канале 132. Ножка или ножки 128 приводного элемента 124 и/или крючкообразных элементов 192 исполнительного элемента 160 могут располагаться в свернутой пружине 104, так что цилиндрическая опорная поверхность 130, внешняя поверхность крючкообразных элементов 192 или обе они концентрическим образом будут поддерживать свернутую пружину 104 в положении вокруг оси вращения 50. Вилка 110 первой вращающейся части 100 сцепления может быть жестко скреплена (например, быть выполненной за единое целое) с одним из крючкообразных элементов 192.
[0052] Возвратная пружина 168 может включать корпус 200 пружины, который может упираться в ножку или ножки 128 приводного элемента 124, и множество пружинных рычагов 202, которые могут быть соединены с исполнительным элементом 160 жестко в осевом направлении, но с возможностью вращения, посредством множества заклепок 204. В данном примере пружинные рычаги 202 взаимодействуют друг с другом, смещая исполнительный элемент 160 в сторону приводного элемента 124 от электромагнита 166.
[0053] Средство для выработки управляющего момента может содержать тяговый элемент 220, который может быть соединен с исполнительным элементом 160 с возможностью вращения вместе с ним. В данном конкретном примере тяговый элемент 220 является отдельным компонентом, жестко скрепленным с возвратной пружиной 168 и исполнительным элементом 160 (для вращения и осевого перемещения вместе с исполнительным элементом 160), однако следует понимать, что тяговый элемент 220 может быть также выполнен за единое целое с исполнительным элементом 160 или, в альтернативных воплощениях, с иным компонентом механизма 16 сцепления. Тяговый элемент 220 может содержать первую тяговую поверхность 224, которая может быть смещена, тем самым вступая в зацепление со второй тяговой поверхностью 226 под действием возвратной пружины 168, создавая тяговое усилие, как будет подробно объяснено ниже. В данном примере вторая тяговая поверхность 226 выполнена на протяженной в радиальном направлении внутренней поверхности приводного элемента 106, перпендикулярной оси 50 вращения.
[0054] При работе устройства вращение в требуемом направлении вводного элемента 12 вызовет вращение в том же направлении внутренней поверхности 150 сцепления приводного элемента 106. Если исполнительный механизм 108 не включен, исполнительный элемент 160 находится в первом положении, будучи смещен в него под действием усилия со стороны возвратной пружины 168. Возвратная пружина 168 смещает также первую тяговую поверхность 224 тягового элемента 220 ко второй тяговой поверхности 226 приводного элемента 106, в результате чего между ними возникает фрикционное зацепление, и затем возникает вращательное тяговое усилие, заставляющее тяговый элемент 220 (а соответственно, возвратную пружину 168, исполнительный элемент 160 и первую вращающуюся часть 100 сцепления) вращаться вместе с приводным элементом 106 в нужном направлении. Вращение первой вращающейся части 100 сцепления в нужном направлении вызывает вращение в том же направлении ведущего конца 140 свернутой пружины 104; остальная часть свернутой пружины 104, однако, сначала вместе с ведущим концом 140 не вращается. Следует ожидать, что вращение рабочего колеса 24 связано с приложенной к ней нагрузкой вращательного характера, которую необходимо преодолевать (например, обеспечивая циркуляцию жидкости в системе охлаждения), и такая вращательная нагрузка (первоначально) препятствует вращению второго конца 142 свернутой пружины 104 в требуемом направлении. Соответственно, такое движение ведущего конца 140 в требуемом направлении вращения при одновременном препятствовании движению второго конца 142 свернутой пружины в том же направлении вращения вызовет движение первого конца 140 относительно второго конца 142, в результате чего спиральные витки 144 пружины 104 будут разворачиваться (разматываться) входя в зацепление с внутренней поверхностью 150 сцепления и тем самым соединяя свернутую пружину 104 с приводным элементом 106, приводя его в движение. Подаваемая на свернутую пружину 104 вращающая мощность передается вдоль длины проволоки, образующей пружину 104, затем через торцевую поверхность 122 второго конца 142 к ножке 128 на второй вращающейся части 102 сцепления, на которой имеется приводная поверхность 120, и приводит во вращение в нужном направлении приводной вал 26 (и соответственно рабочее колесо 24). За счет соответствующего направления намотки свернутой пружины 104 приложение к ней нагрузки (в результате приложения вращательно-тягового усилия к первому концу 140) приведет к дальнейшему разворачиванию пружины 104, так что спиральные витки 144 по-прежнему будут оставаться в зацеплении с внутренней поверхностью 150 сцепления, передавая ей вращение. Следует также понимать, что, в частности, при данной конструкции к торцевой поверхности 122 конца свернутой пружины 104 при включении механизма 16 сцепления (и соответственно передаче вращающей мощности) приложено сжимающее усилие, и второй конец 142 не подвержен сгибающей или растягивающей в продольном направлении нагрузке. Следует, однако, понимать, что второй конец 142 свернутой пружины 104 может взаимодействовать со второй вращающейся частью 102 сцепления и иными способами.
[0055] При включении исполнительного механизма 108 исполнительный элемент 160 перемещается в осевом направлении во второе положение. В данном примере включение исполнительного механизма 108 включает подачу электрической мощности на электромагнит 166, в результате чего электромагнит 166 вырабатывает магнитное поле, втягивающее исполнительный элемент 160, переводя его во второе положение вопреки усилию, приложенному к исполнительному элементу 160 со стороны возвратной пружины 168. Так как вместе с исполнительным элементом 160 перемещается тяговый элемент 220 (для чего последний и предназначен), то первая тяговая поверхность 224 больше не находится во фрикционном зацеплении со второй поверхностью 226, и вращательно-тягового усилия между ними не возникает. Более того, находясь во втором положении, исполнительный элемент может дополнительно касаться электромагнита 166 или упираться в него, и электромагнит будет прикладывать тяговое усилие к исполнительному элементу 160, препятствующее вращению исполнительного элемета 160 (относительно корпуса 22) в нужном направлении. Соответственно тяговый элемент 220 не вращается с приводным элементом 106 и ведущий конец 140 свернутой пружины 104 не вращается в нужном направлении. Более того, так как по меньшей мере часть витков 144 свернутой пружины 104 находится во фрикционном зацеплении с внутренней поверхностью 150 сцепления, по меньшей мере некоторые витки 144 и второй конец 142 будут вращаться в нужном направлении, вызывая вращение второго конца 142 свернутой пружины 104 относительно ведущего конца 140 в направлении, в котором пружина 104 будет сматываться (скручиваться плотнее). Соответственно, свернутая пружина 104 не будет разматываться и не будет входить в зацепление с внутренней поверхностью 150 сцепления приводного элемента 106, то есть не будет приводить его в движение, и механизм 16 сцепления не будет передавать вращающую мощность от вводного элемента 12.
[0056] Следует понимать, что приводимая в движение принадлежность 10, изображенная на фиг.1-5 и описанная выше, имеет благоприятные технические характеристики. Так, например, приводимая в движение принадлежность 10 хорошо работает (то есть включается и выключается) как при низких, так и при высоких скоростях вращения, в том числе при скорости вращения более 800 оборотов в минуту (об/мин), предпочтительно при скорости вращения более 1500 об/мин и еще более предпочтительно  при скорости вращения более 2000-3000 оборотов в минуту; приводимая в движение принадлежность 10 хорошо подходит для устойчивой передачи крутящего момента под нагрузкой, характеризующейся высокими значениями момента силы, например, под номинальной пиковой нагрузкой, большей или равной 10 Н·м, предпочтительно, под номинальной пиковой нагрузкой, большей или равной 15 Н·м, и еще более предпочтительно  под номинальной пиковой нагрузкой, большей или равной 20 Н·м; и при этом механизм 16 сцепления такой конструкции потребляет относительно малую электрическую мощность (например, ток не более 2 А, предпочтительно ток не более 1,5 А, и еще более предпочтительно - ток не более 1,0 А). В некоторых воплощениях приводимая в движение принадлежность 10 может оставаться в состоянии зацепления, работая на относительно высокой скорости вращения, такой, как, например, 5000 об/мин и выше, и крутящий момент, который может передаваться через механизм 16 сцепления, может возрастать с ростом скорости вращения механизма 16 сцепления. Следует также понимать, что механизм сцепления 16 приводимой в движение принадлежности 10 может быть выполнен для работы как с меньшими, так и с большими характеристиками передачи крутящего момента, чем было указано выше; в общем, мы уверены, что механизм 16 сцепления такой конструкции может работать под нагрузками, требующими передачу крутящего момента более чем 100-150 Н·м.
[0057] В зависимости от нагрузки на приводной вал 26 и/или крутящего момента, приложенного к вводному элементу 12, включение механизма 16 сцепления с последующей размоткой пружины 104 и ее зацеплением с внутренней поверхностью 150 сцепления может приводить к передаче через механизм 16 сцепления относительно высокого кратковременного пикового крутящего момента. Если кратковременный пиковый крутящий момент является проблемой, предполагается, что тяговый элемент 220 может быть выполнен обладающим определенной инерцией вращения, так что любые внезапные пиковые нагрузки с большим значением крутящего момента в начальный момент включения механизма 16 сцепления будут сглажены, так как инерция вращения тягового элемента 220 будет противостоять резкому ускорению свернутой пружины 104. Таким образом, тяговый элемент 220 и исполнительный элемент 160, к которому он прикреплен, будут следовать за второй вращающейся частью 102 сцепления, так что к первому концу 140 свернутой пружины 104 через первую вращающуюся часть 100 сцепления будет приложен управляющий сигнал или момент, заставляя спиральные витки скрутиться плотнее, в результате чего пружина 104 частично освободится от внутренней поверхности 150 сцепления, и между ними станет возможным небольшое проскальзывание. Таким образом могут быть снижены относительно большие кратковременные пиковые нагрузки с большим уровнем крутящего момента во время включения механизма 16 сцепления.
[0058] Следует понимать, что диаметр свернутой пружины 104 в состоянии «покоя» может быть подобран таким образом, что он будет немного меньше внутреннего диаметра внутренней поверхности 150 сцепления, для снижения износа, который возникал бы в противном случае за счет трения пружины 104 о внутреннюю поверхность 150 сцепления при выключении механизма 16 сцепления (то есть когда спиральные витки свернутой пружины 104 выводятся из зацепления с внутренней поверхностью 150 сцепления, и передаваемый от пружины 104 к приводному элементу 106 крутящий момент становится недостаточным для работы основной части 14 принадлежности. Предполагается, однако, что в некоторых обстоятельствах целесообразно использование пружины 104, имеющей диаметр в состоянии покоя, немного больший диаметра внутренней поверхности 150 сцепления. В таком случае тяговый элемент 220 может отсутствовать, и работа такого воплощения механизма 16 сцепления может быть в сущности аналогична работе механизма, описанного выше, с тем исключением, что как только исполнительный механизм 108 будет выключен, в результате чего исполнительный элемент 160 сможет перемещаться независимо от электромагнита 166, спиральные витки 144 свернутой пружины 104 могут автоматически раскручиваться, вновь входя в зацепление с внутренней поверхностью 150 сцепления без необходимости подачи на него сигнала в виде управляющего момента силы со стороны отсутствующего тягового элемента 220.
[0059] Сведущим в данной области техники будет очевидно, что использование механизма 16 сцепления не ограничено обстоятельствами, в которых требуется управлять передачей крутящего момента от привода (например, приводного ремня на фиг.1) к принадлежности (в данном примере к водяной помпе 20). Следует понимать, что механизм 16 сцепления может также, или в качестве альтернативы, использоваться в тех ситуациях, когда крутящий момент передается от принадлежности (например, от электростартера) к приводу.
[0060] В основном предполагается, что механизм сцепления может иметь в качестве основного состояния выключенное, и исполнительный механизм будет переводить его во включенное состояние. Так, например, возвратная пружина 168 может смещать исполнительный элемент 160 во второе положение, а электромагнит 166, будучи включен, может отталкивать исполнительный элемент 160 таким образом, что исполнительный элемент будет переведен в первое положение.
[0061] На фиг.6-8 показано альтернативное воплощение приводимой в движение принадлежности 10а в соответствии с настоящим изобретением. Приводимая в движение принадлежность 10а может содержать вводной элемент 12, в сущности стандартную основную часть 14 принадлежности и механизм сцепления 16а. Подобно принадлежности, изображенной на фиг.1-5, основная часть 14 принадлежности является водяной помпой 20 в сборе, однако сведущим в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано и с различными прочими типами приводимых в движение или движущих принадлежностей. В данном примере вводной элемент 12а содержит шкив 42а, и его опорой является подшипник 48, обеспечивающий его вращение на шейке 34 корпуса 22 вокруг оси 50 вращения приводного вала 26.
[0062] Механизм 16а сцепления может содержать первую вращающуюся часть 100а сцепления, вторую вращающуюся часть 102а сцепления, свернутую пружину 104а, приводной элемент 106а и исполнительный механизм 108а.
[0063] Первая вращающаяся часть 100а сцепления расположена вокруг оси 50а вращения приводимой в движение принадлежности 10а с возможностью вращения вокруг данной оси, и как будет более подробно описано ниже, может служить как элемент, который может быть использован для приложения к свернутой пружине 104а вращательно-тягового усилия, в результате чего осуществляется управление работой механизма сцепления 16а. Первая вращающаяся часть 100а сцепления может содержать любые устройства, обеспечивающие подачу сигнала в виде управляющего момента силы к свернутой пружине 104а, и в данном примере данная первая часть включает вилку 110а, имеющую разветвленные элементы 112а.
[0064] Вторая вращающаяся часть 102а сцепления может включать приводную поверхность 120а, в которую может упираться торцевая поверхность 122 свернутой пружины 104, расположенная напротив первой вращающейся части 100а сцепления. В данном примере вторая вращающаяся часть 102а сцепления выполнена за единое целое с выводным элементом сцепления (приводным элементом) 124а, который может включать соединительную часть 126а, одну или более ножек 128а и один или более крючкообразных элементов 192а. Соединительная часть 126а может быть жестко скреплена с приводным валом 26, так что вращение приводного элемента 124а в данном примере вызывает соответственно вращение приводного вала 26. Ножка или ножки 128а могут быть соединены с соединительной частью 126а и могут быть протяженными в радиальном направлении от оси и вдоль оси (то есть параллельно оси вращения 50 приводного вала 26), в результате чего образуются кольцеобразная опорная поверхность 130а и кольцеобразный канал 132а, обращенный к корпусу 22. Дальний конец ножки 128а (или дальние концы ножек 128а) могут образовывать один или более упоров 136а. Приводная поверхность 120а может быть соединена с ножкой 128а (или одной из ножек 128а), и в данном примере она образуется краем одной из ножек 128а. Крючкообразные элементы 192а могут быть соединены с ножкой или ножками 128а и могут упираться в свернутую пружину 104 на стороне, противоположной упору (упорам) 136а. Следует понимать, что упор (упоры) 136а и крючкообразные элементы 192а могут взаимодействовать, ограничивая перемещение свернутой пружины 104 в осевом направлении (то есть по оси вращения 50) относительно приводного элемента 124а, что в некоторых случаях может облегчать процесс сборки механизма 16а сцепления.
[0065] В данном примере ведущий элемент 106а выполнен за единое целое с вводным элементом 12а и образует внутреннюю поверхность 150 сцепления и полость 152, в которую могут заходить различные компоненты механизма 16а сцепления, включая исполнительный механизм 108а, свернутую пружину 104, первую вращающуюся часть 100а сцепления и вторую вращающуюся часть 102а сцепления. Спиральные витки 144 свернутой пружины 104 входят в зацепление с внутренней поверхностью 150 сцепления, обеспечивая передачу вращающей мощности между от вводного элемента 12 к приводному валу 26. Как было указано выше, может быть целесообразным использование смазки (например, в виде масла или консистентной смазки, или в виде покрытия на проволоке, из которой сформирована свернутая пружина; покрытия на приводном элементе или их сочетания) между внутренней поверхностью 150 сцепления и спиральными витками 144 свернутой пружины 104.
[0066] Исполнительный механизм 108а может содержать исполнительный элемент 160а, который может быть соединен с первой вращающейся частью 100а сцепления для совместного с ней вращения вокруг оси 50, средство для перемещения исполнительного элемента 160а вдоль оси 50 вращения между первым положением и вторым положением, и средство для выработки управляющего момента силы, который может использоваться для перевода механизма 16а сцепления в определенное состояние (то есть включенное состояние или выключенное состояние), как будет более подробно описано ниже.
[0067] В данном примере исполнительный механизм 108а дополнительно содержит электромагнит 166 и возвратную пружину 168а, а исполнительный элемент 160а является его сердечником. Как было указано выше, для осевого перемещения исполнительного элемента 160а могут использоваться и другие средства.
[0068] Электромагнит 166 может быть жестко скреплен с корпусом 22 и может включать кольцеобразный элемент-гильзу 170, катушку 172 и пару электрических проводов или контактов 176. Контакты 176 могут быть предназначены для электрического подключения катушки 172 к источнику электрической мощности и могут быть размещены в канавке 184 в корпусе 22 под подшипником 48.
[0069] Исполнительный элемент 160а может содержать корпус 190а, который может иметь форму кольцеобразной пластины. Корпус 190а может располагаться вокруг вала 26 в кольцеобразном канале 132а.
[0070] Возвратная пружина 168а может смещать части механизма 16а в требуемое положение и/или обеспечивать плотное прилегание друг к другу различных частей механизма 16а сцепления. В данном примере возвратная пружина 168а содержит первую пружину 300 и вторую пружину 302. Первая пружина 302 может содержать корпус 200а пружины, который может упираться в соединительную часть 126а приводного элемента 124а, и множество пружинных рычагов 202а. Вторая пружина может содержать множество пружин, например, в виде лепестков, первый конец которых может быть скреплен с исполнительным элементом 160а.
[0071] Устройство для выработки управляющего момента может содержать тяговый элемент 220а, который может быть соединен с исполнительным элементом 160а с возможностью совместного с ним вращения и осевого перемещения. В данном конкретном примере тяговый элемент 220а является отдельным компонентом, жестко скрепленным с исполнительным элементом 160а посредством второй пружины 302, назначение которой будет подробно описано ниже. А именно, первый конец каждого из пружинных лепестков, образующих вторую пружину 302, может быть соединен с корпусом 190а исполнительного элемента 160а, так что исключается возможность его относительного осевого перемещения, тогда как второй, то есть противоположный конец каждого из пружинных лепестков может быть соединен с тяговым элементом 220а для совместного осевого перемещения. Ножка или ножки 128а приводного элемента 124а и внешней поверхности 310 тягового элемента 220а могут размещаться в свернутой пружине 104 таким образом, что кольцеобразная опорная поверхность, 130, внешняя поверхность 310 или обе они концентрически поддерживают свернутую пружину, обеспечивая правильное (концентричное) ее положение относительно оси 50 вращения. Вилка 110а первого вращающегося элемента 100а сцепления может быть скреплена (например, выполнена за единое целое с тяговым элементом 220а). Пружинные рычаги 202а первой пружины 300 могут быть соединены с тяговым элементом 220а (например, без возможности осевого перемещения по отношению к точке крепления вторых пружин к тяговому элементу 220а) и могут смещать тяговый элемент 220а в требуем направлении по оси. В приведенном примере пружинные рычаги 202а первой пружины 300 смещают тяговый элемент 220а по оси от электромагнита 166, так что первая тяговая поверхность 224а тягового элемента 220а входит во фрикционное зацепление со второй поверхностью 226а, сформированной на приводном элементе 160а.
[0072] К приводному элементу 160а может быть прикреплена крышка 290, предназначенная для закрытия (и герметизации) полости 152 и предотвращения попадания в нее пыли, грязи и влаги и/или для предотвращения выхода находящейся в полости 152 смазки.
[0073] При работе устройства вращение в требуемом направлении вводного элемента 12а вызовет вращение в том же направлении внутренней поверхности 150а сцепления приводного элемента 160а. Если исполнительный механизм 108а не включен, исполнительный элемент 160а находится в первом положении, будучи смещен в него под действием усилия со стороны возвратной пружины 168а (то есть первая пружина 300 может смещать тяговый элемент 220а в сторону от электромагнита 166, а вторая пружина 302 может смещать исполнительный элемент 160а к тяговому элементу 220а и далее в первое положение). Возвратная пружина 168а смещает также первую тяговую поверхность 224а тягового элемента 220а ко второй тяговой поверхности 226а приводного элемента 160а, в результате чего между ними возникает фрикционное зацепление, и как следствие, возникает вращательное тяговое усилие, заставляющее тяговый элемент 220а (а соответственно, и первую вращающуюся часть 100а сцепления) вращаться вместе с приводным элементом 160а в нужном направлении. Вращение первой вращающейся части 100а сцепления в нужном направлении вызывает вращение в том же направлении ведущего конца 140 свернутой пружины 104а; остальная часть свернутой пружины 104, однако, сначала вместе с ведущим концом 140 не вращается. Следует понимать, вращение рабочего колеса 24 связано с приложенной к нему нагрузкой вращательного характера, которую необходимо преодолевать (например, обеспечивая циркуляцию жидкости в системе охлаждения), и такая вращательная нагрузка (первоначально) препятствует вращению второго конца 142 свернутой пружины 104 в нужном направлении. Соответственно, такое движение ведущего конца 140 в требуемом направлении вращения при одновременном препятствовании движению второго конца 142 свернутой пружины в том же направлении вращения вызовет движение первого конца 140 относительно второго конца 142, в результате чего спиральные витки 144 пружины 104 будут разворачиваться (разматываться), входя в зацепление с внутренней поверхностью 150а сцепления и тем самым соединяя свернутую пружину 104 с приводным элементом 106а, приводя его в движение. Подаваемая на свернутую пружину 104 вращающая мощность передается вдоль длины проволоки, образующей пружину 104, затем через торцевую поверхность 122 второго конца 142 к ножке 128а на второй вращающейся части 102а сцепления, на которой имеется приводная поверхность 120а, и приводит во вращение в нужном направлении приводной вал 26 (и соответственно рабочее колесо 24). За счет соответствующего направления намотки свернутой пружины 104 приложение нагрузки к ее первому концу 140 приведет к дальнейшему разворачиванию пружины 104, так что спиральные витки 144 по-прежнему будут оставаться в зацеплении с внутренней поверхностью 150 сцепления, передавая ей вращение. Предполагается, что, в частности, при данной конструкции к торцевой поверхности 122 свернутой пружины 104 при включении механизма 16а сцепления (и соответственно передаче вращающей мощности) приложено сжимающее усилие, и второй конец 142 не подвержен сгибающей или растягивающей в продольном направлении нагрузке. Следует, однако, понимать, что второй конец 142 свернутой пружины 104 может взаимодействовать со второй вращающейся частью 102а сцепления и иными способами.
[0074] При включении исполнительного механизма 108а исполнительный элемент 160а перемещается в осевом направлении во второе положение. В данном примере включение исполнительного механизма 108а включает подачу электрической мощности на электромагнит 166а, в результате чего электромагнит 166 вырабатывает магнитное поле, втягивающее исполнительный элемент 160а, переводя его во второе положение вопреки усилию, приложенному к исполнительному элементу 160а со стороны возвратной пружины 168а. Так как с исполнительным элементом 160а посредством второй пружины 302 связан тяговый элемент 220а, то первая тяговая поверхность 224а не находится во фрикционном зацеплении со второй поверхностью 226а, и вращательно-тягового усилия между ними не возникает. Более того, находясь во втором положении, исполнительный элемент 160а может дополнительно касаться электромагнита 166 или упираться в него, и электромагнит будет прикладывать тяговое усилие к исполнительному элементу 160а, препятствующее вращению исполнительного элемента 160а (относительно корпуса 22) в нужном направлении. Так как тяговый элемент 220а в отношении вращения связан с исполнительным элементом 160а (посредством второй пружины 302), тяговый элемент 220а не вращается с приводным элементом 106а, и ведущий конец 140 свернутой пружины 104 не вращается в нужном направлении. Более того, так как по меньшей мере часть витков 144 свернутой пружины 104 находится во фрикционном зацеплении с внутренней поверхностью 150 сцепления, по меньшей мере некоторые витки 144 и второй конец 142 будут вращаться в нужном направлении, вызывая вращение второго конца 142 свернутой пружины 104 относительно ведущего конца 140 в направлении, в котором пружина 104 будет сматываться (скручиваться плотнее), все более и более выходя из зацепления с внутренней поверхностью 150 сцепления. Соответственно, свернутая пружина 104 не будет разматываться и не будет входить в зацепление с внутренней поверхностью 150 сцепления приводного элемента 106а, то есть не будет приводить его в движение, и механизм 16а сцепления не будет передавать вращающую мощность от вводного элемента 12а.
[0075] В некоторых ситуациях при использовании вязкой жидкости (например, масла или смазки) в месте соприкосновения спиральных витков 144 и внутренней поверхности 150 сцепления может возникнуть «слипание» их друг с другом, особенно при низкой температуре воздуха, когда вязкая жидкость будет препятствовать движению первой тяговой поверхности 224а в сторону от второй тяговой поверхности 226а. Так как сила, приложенная к исполнительному элементу 160а со стороны электромагнита 166, обратно пропорциональна квадрату расстояния между исполнительным элементом 160а и электромагнитом 166, и так как когда первая и вторая тяговые поверхности 224а и 226а находятся в состоянии взаимозацепления, а исполнительный элемент 160а, как правило, находится на максимальном удалении от электромагнита 166, то сила, приложенная к исполнительному элементу 160а со стороны электромагнита 166 и стремящаяся перевести исполнительный элемент 160а из первого положения во второе положение, в данный момент минимальна. Если произошло «слипание», вторая пружина 302 позволяет исполнительному механизму 160а переместиться в осевом направлении относительно тягового элемента 220а. Сила, приложенная к исполнительному элементу 160а со стороны электромагнита 166 в первом направлении (в сторону электромагнита), больше, чем направленная в противоположную сторону (в сторону тягового элемента 220а) сила, приложенная к исполнительному элементу 160а со стороны второй пружины 302. По мере приближения исполнительного элемента 160а к электромагниту сила, действующая на него со стороны электромагнита, стремительно возрастает, и в большинстве случаев ее будет достаточно, чтобы оттянуть тяговый элемент 220а вместе с исполнительным элементом 160а, чтобы вывести первую тяговую поверхность 224а из зацепления со второй тяговой поверхностью 226а.
[0076] На фиг.9 представлена приводимая в движение принадлежность 10b в соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения. Приводимая в движение принадлежность 10b в целом аналогична приводимой в движение принадлежности 10, изображенной на фиг.1-5, за исключением того, что
электромагнит 166 жестко скреплен с корпусом 22 в месте, расположенном на тыльной стороне разделителем 44b шкива (скрепленным со шкивом 42b, и вместе они образуют вводной элемент 12b); приводной элемент 106b может быть выполнен за единое целое с разделителем 44b шкива; подшипник 48b может быть одновременно подшипником и уплотнением; тяговый элемент 220b может быть связан с исполнительным элементом 160b посредством пружин, аналогичных вторым пружинам 302 (фиг.6). Боле того, первый и второй концы (явно не показаны) свернутой пружины 104 могут быть связаны с тяговым элементом 220b и приводным элементом 124b, подобно тому, как это выполнено в воплощении, описанном выше и изображенном на фиг.6-8. Соответственно первый вращающийся элемент сцепления (явно не показан) предпочтительно должен быть связан с тяговым элементом 220b, а приводной элемент 124b должен быть частью второй вращающейся части сцепления. Пружины (аналогичные пружинам 302 на фиг.6) могут приводить первую тяговую поверхность 224b, расположенную на тяговом элементе 220b, в зацепление со второй тяговой поверхностью 226b на приводном элементе 106b. При включении исполнительного механизма 108b исполнительный элемент 160b притягивается к электромагниту 166, так что в целом принцип работы механизма 16b сцепления аналогичен принципу работы механизма, описанного выше.
[0077] На фиг.10-11 показан фрагмент приводимой в движение принадлежности в соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения. Приводимая в движение принадлежность может включать вводной элемент 12с, который может включать разделитель 44с шкива, часть 14 принадлежности, и механизм 16с сцепления. Вращение вводного элемента 12с на корпусе (не показан) основной части 14 принадлежности может обеспечиваться посредством подшипника 48с, так что вводной элемент будет иметь возможность вращения вокруг оси 50 вращения приводного вала 26 основной части 14 принадлежности.
[0078] Механизм 16с сцепления может содержать первую вращающую часть 100с сцепления, вторую вращающуюся часть 102с сцепления, свернутую пружину 104, приводной элемент 106с и исполнительный механизм 108с.
[0079] Первая вращающая часть 100с сцепления расположена с возможностью вращения вокруг оси 50 вращения приводимой в движение принадлежности и может содержать вилку 110с, имеющую разветвленные элементы 112с.
[0080] Вторая вращающаяся часть 102с сцепления может содержать приводную поверхность 120с, напротив которой расположена торцевая поверхность 122 конца пружины 104. В данном примере вторая вращающаяся часть 102а сцепления выполнена за единое целое с выводным элементом сцепления, то есть с приводным элементом 124с, который может включать соединительную часть 126с, одну или более ножек 128с и один или более крючкообразных элементов 192с. Соединительная часть 126с может представлять собой структуру в целом трубчатой формы, которая может быть скреплена с приводным валом 26 таким образом, что вращение приводного элемента 124с будет вызывать вращение приводного вала 26. Между соединительной частью 126с и шкивом 44с может быть установлен подшипник 48с. К соединительной части 126с могут быть прикреплены или несколько ножек 128с, протяженных в радиальном направлении от оси и в осевом направлении (то есть параллельно оси вращения приводного вала 26), образуя кольцеобразную опорную поверхность 130с и кольцеобразный канал 132с, обращенный в сторону разделителя 44с шкива. На дальних концах одной или нескольких ножек 128с могут быть сформированы один или несколько упоров 136с. Приводная поверхность 120с может быть связана с одной или более ножками 128с и в данном примере она образуется краем одной из ножек 128с. Крючкообразные элементы 192с могут быть связаны с одной или более ножек 128с и могут упираться в свернутую пружину 104 на стороне, противоположной стороне, упирающейся в упор (или упоры) 136с. Упор (упоры) 136с и крючкообразные элементы (один или более) 192с во взаимодействии могут ограничивать пружину 104 от перемещения в осевом направлении на приводном элементе 124с.
[0081] Приводной элемент 106с может быть выполнен за единое целое с разделителем 44с шкива и содержать внутреннюю поверхность 150 сцепления и полость 152. Витки 144 свернутой пружины 104, входя в зацепление с внутренней поверхностью сцепления 150, способствуют передаче вращающей мощности от вводного элемента 12с к приводному валу 26.
[0082] Исполнительный механизм 108с может содержать исполнительный элемент 160с, который может быть связан с первой вращающейся частью 100с сцепления и вращаться вместе с ней вокруг оси 50 вращения, средство для перемещения исполнительного элемента 160с вдоль оси 50 вращения между первым и вторым положением и средство для выработки управляющего крутящего момента, при подаче которого механизм 16с переводится в требуемое состояние (то есть включенное или выключенное), как будет подробно описано ниже. В данном примере исполнительный механизм 108с дополнительно содержит электромагнит 166 и возвратную пружину 168с, а исполнительный элемент 160с является сердечником. Могут, однако, использоваться и другие устройства для осевого перемещения исполнительного элемента 160с. Как и в воплощениях, описанных ранее, электромагнит 166 жестко прикреплен к корпусу основной части 14 принадлежности.
[0083]. Исполнительный механизм 160с может содержать корпус 190с, который может иметь форму кольцеобразной пластины. Корпус 190с может быть расположен вокруг приводного вала 26. К корпусу 190с может быть прикреплена вилка 110с первой вращающейся части 100с сцепления. В данном примере имеются два дополнительных компонента, идентичных первой вращающейся части 100с сцепления, и два данных дополнительных компонента предназначены для вращательной балансировки сборки из исполнительного элемента 160с и первой вращающейся части 100с сцепления. В различных воплощениях данные компоненты могут иметь различную форму или вовсе отсутствовать.
[0084] Возвратная пружина 168с может быть установлена на втулке 400, которая может располагаться на соединительной части 126с приводного элемента 124с с возможностью вращения, так что возвратная пружина 168с будет расположена по ту сторону ножек 128с, которая является противоположной стороне нахождения исполнительного элемента 160с. Возвратная пружина 168с может иметь одну или более точек 420 ее крепления к исполнительному элементу 160с. В данном случае крепление возвратной пружины 168с к исполнительному элементу 160с осуществляется несколькими заклепками, проходящими через точки 420 крепления, и благодаря такому креплению возвратная пружина 168с может смещать исполнительный элемент 160с к приводному элементу 124с, в сторону от электромагнита 166.
[0085] Устройство для выработки управляющего момента может включать тяговый элемент 220с, который может быть скреплен с исполнительным элементом 160с для совместного с ним вращения и осевого перемещения. В данном примере тяговый элемент 220с выполнен за единое целое с исполнительным элементом 160с и содержит первую тяговую поверхность 224с, которая может быть смещена для приведения в зацепление со второй тяговой поверхностью 226с посредством возвратной пружины 168с, в результате чего создается управляющий момент. В приведенном примере вторая тяговая поверхность 226с сформирована на протяженном по окружности торце приводного элемента 106с.
[0086] Для закрытия передней стороны разделителя 44с шкива может использоваться прикрепленная к нему крышка 290с. Кольцевой элемент 430 может быть прикреплен к приводному элементу 106с (или может быть выполнен с ним за единое целое), образуя барьер на пути возможной миграции в осевом направлении консистентной смазки из полости 152 в приводном элементе 106с. В приведенном примере кольцевой элемент 430 является стопорным кольцом, расположенным в соответствующей канавке, выполненной в приводном элементе 106с. При необходимости между приводным элементом 106с и исполнительным элементом 160с может иметься уплотнение или лабиринт для предотвращения попадания грязи, твердых частиц и влаги в полость 152 в приводном элементе 106с. В данном примере на внешнем крае исполнительного элемента 160с имеется сальниковый элемент 440, перекрывающий в осевом направлении торец 442 приводного элемента 106с, независимо от того, находится ли исполнительный элемент в первом или во втором положении. В дополнение к этому, или в качестве альтернативы, для защиты полости 152 от попадания в нее влаги, твердых частиц и влаги могут использоваться и другие уплотнения различного рода. Так, например, как показано на фиг.25, на приводном элементе 106с-1 может быть установлен первый сальник LS-1, обеспечивающий его уплотнение, который может включать первый сальниковый элемент LM-1, обеспечивающий уплотнение исполнительного элемента 160с, а на втулке сальника SB, установленной на соединительной части 126-1 с возможностью вращения, может быть установлен второй сальник LS-2, который может включать второй сальниковый элемент LM-2, обеспечивающий уплотнение исполнительного элемента в месте, расположенном радиально внутри по отношению к первому сальниковому элементу LM-1.
[0087] Обращаясь снова к фиг.10 и 11, отметим, что зацепление первой и второй тяговых поверхностей 224с и 226с вызывает вращение первой вращающейся части 100с сцепления, так что входящий крутящий момент будет приложен к свернутой пружине 104 (через ведущий «хвост» 140), и механизм 16а сцепления будет работать во включенном режиме. Исполнительный механизм 108с может работать таким образом, что он будет перемещать тяговый элемент 220с по оси в сторону от приводного элемента 106с, так что при этом первая и вторая тяговые поверхности 224с и 226с будут выходить из зацепления друг с другом и дополнительно приводить корпус 190с исполнительного элемента 160с во фрикционное зацепление с электромагнитом 166, в результате чего будет вырабатываться тяговое усилие, передаваемое на ведущий «хвост» 140, заставляющее витки 144 пружины 104 скручиваться плотнее, все более и более выходя из зацепления с внутренней поверхностью 150 приводного элемента 106с.
[0088] На фиг.12-15 представлена приводимая в движение принадлежность 10d в соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения. Приводимая в движение принадлежность 10d может содержать вводной элемент 12d, в сущности стандартную основную часть 14 принадлежности и механизм 16d сцепления. Как и в случае воплощения на фиг.1-5, изображенная основная часть 14 принадлежности является водяной помпой, но сведущим в данной области техники будет очевидно, что в соответствии с настоящим изобретением могут использоваться и многие другие типы приводимых в движение и ведущих принадлежностей. В данном примере вводной элемент 12d содержит шкив 42d и разделитель 44d шкива, опорой которого является подшипник 48, обеспечивающий его вращение вокруг оси 50 вращения приводного вала 26.
[0089] Механизм 16d сцепления может содержать первую вращающуюся часть 100d сцепления, вторую вращающуюся часть 102d сцепления, несущий элемент 490 пружины, свернутую пружину 104, приводной элемент 106d и исполнительный механизм 108d.
[0090] Первая вращающаяся часть 100d сцепления расположена с возможностью вращения вокруг оси 50 приводимой в движение принадлежности 10d и, как будет подробно описано ниже, может служить элементом, подающим управляющий крутящий момент на свернутую пружину 104 и тем самым осуществляющим управление работой механизма 16d сцепления. Первая вращающаяся часть 100d сцепления может содержать любые средства для передачи сигнала в виде управляющего момента силы на свернутую пружину 104 и в данном примере включает вилку 110d, имеющую разветвленные элементы 112d.
[0091] Вторая вращающаяся часть 102d сцепления может содержать приводную поверхность 120d, в которую может упираться торцевая поверхность 122 конца свернутой пружины 104. В данном примере вторая вращающаяся часть 102d сцепления выполнена за единое целое с выводным элементом сцепления, то есть с приводным элементом 124d. А именно, приводной элемент 124d содержит множество лепестков 500, один из которых образует вторую вращающуюся часть 102d сцепления. Приводной элемент 124d может дополнительно содержать соединительную часть 126d, ножку 128d и одну или более точек 506 крепления. Соединительная часть 126d может быть структурой в виде пустотелой трубки, скрепленной с приводным валом 26, так что вращение приводного элемента 124d будет вызывать вращение приводного вала 26. В данном примере для жесткого крепления приводного элемента 124d к приводному валу используется имеющая внутреннюю резьбу гайка 508, но в альтернативных вариантах внутренняя резьба может быть выполнена на самой соединительной части 126d, а дальний ее конец может иметь форму, отличную от круглой (например, шестигранную) для облегчения установки приводного элемента 124d на приводной вал 26. Ножка 128d может быть прикреплена к соединительной части 126d и может быть протяженной в радиальном направлении в сторону от оси вращения и в осевом направлении, образуя структуру, расположенную вокруг соединительной части 126d. Лепестки 500 и точки 506 крепления могут быть прикреплены к ножке 128d вблизи ее дальнего конца.
[0092] Несущий элемент 490 пружины представляет собой кольцеобразную структуру (картридж), на котором может быть собрана свернутая пружина 104. Несущий элемент 490 пружины может быть выполнен из материала, несколько более эластичного, чем материал приводного элемента 124d. В данном примере несущий элемент 490 выполнен из нейлона для автомобильных агрегатов, однако сведущим в данной области техники будет очевидно, что для его изготовления могут использоваться и другие материалы. Несущий элемент 490 пружины может иметь паз 520, отверстие 526 и множество вырезов 528, в которые заходят лепестки. Отверстие 526 позволяет надеть носитель 490 пружины на ножку 128d и расположить его в упор к точкам 506 крепления приводного элемента 124d. Вырезы 528 имеют форму, обеспечивающую захождение в них соответствующих лепестков 500, в результате чего предотвращается относительное вращение ведущего элемента 124d и носителя пружины 490. В паз 520 заходит второй конец 142 свернутой пружины 104, что обеспечивает расположение торцевой поверхности 122 второго конца 142 пружины в одной плоскости со стенкой 530, представляющей собой одну из боковых сторон вырезов 528 под лепестки, что в свою очередь обеспечивает расположение торцевой поверхности 122 встык с приводным элементом 120d при установке несущего элемента 490 пружины на приводной элемент 124d в любом положении. В данном примере через точки 506 крепления проходят резьбовые элементы 534 крепления, которые взаимодействуют с ответными резьбовыми элементами несущего элемента 490 пружины.
[0093] В данном примере приводной элемент 106d выполнен за единое целое с разделителем 44d шкива и образует внутреннюю поверхность 150 сцепления и полость 152, в которой могут располагаться различные компоненты механизма 16d сцепления, включая исполнительный механизм 108d, свернутую пружину 104, первую вращающуюся часть 100d сцепления и вторую вращающуюся часть 102d сцепления. Спиральные витки 144 пружины 104 входят в зацепление с внутренней поверхностью 150 сцепления и обеспечивают передачу вращающей мощности от вводного элемента 12d к приводному валу 26. Как было указано выше, может быть целесообразным использование смазки между внутренней поверхностью и спиральными витками 144 свернутой пружины 104.
[0094] Исполнительный механизм 108d может содержать исполнительный элемент 160d, который может быть скреплен с первой вращающейся частью 100d сцепления для совместного с ней вращения вокруг оси 50, устройство для перемещения исполнительного элемента 160d вдоль оси вращения 50 между первым положением и вторым положением, и устройство для выработки тягового усилия, которое может использоваться для перевода механизма 16d в определенное состояние (включенное или выключенное), как будет подробно описано ниже. В данном примере исполнительный механизм 108d дополнительно содержит электромагнит 166 и возвратную пружину 168d, а исполнительный элемент 160d является его сердечником. Как было указано выше, для осевого перемещения исполнительного элемента 160d могут использоваться и другие устройства.
[0095] Электромагнит 166 может быть жестко скреплен с корпусом 22 и может включать кольцеобразный элемент-гильзу 170, катушку 172 и пару электрических проводов или контактов 176. Контакты 176 могут быть предназначены для электрического подключения катушки 172 к источнику электрической мощности и могут быть размещены в канавке 184 в корпусе 22 под подшипником 48d, как было описано выше. Исполнительный элемент 160d может содержать корпус 190d, который может иметь форму кольцеобразной пластины. Корпус 190d может располагаться поверх вала 26.
[0096] Возвратная пружина 168d может включать корпус 200d пружины, который может быть жестко скреплен с соединительной частью 126d приводного элемента 124d, и множество пружинных рычагов 202d, которые могут быть соединены для совместного вращения с исполнительным элементом 160d с помощью множества заклепок 204. В данном примере с помощью заклепок 204 к исполнительному элементу 160с прикреплена также направляющая 550 пружины, имеющая в целом С-образную форму, с возможностью совместного с ним вращения. Направляющая 550 пружины может иметь протяженные по окружности сегменты 552 стенок, расположенные концентричным образом вокруг оси 50 вращения и предназначенные для захвата и удержания по меньшей мере части спиральных витков 144 пружины 104 между внутренней поверхностью 150 сцепления и сегментами 552 стенок. В отверстие С-образной направляющей 550 пружины может заходить первая вращающаяся часть 100d сцепления. Пружинные рычаги 202d, взаимодействуя, смещают исполнительный элемент 160d в сторону приводного элемента 124 и от электромагнита 166. В данном примере корпус 200d пружины установлен на втулке 400d, позволяя возвратной пружине 168d вращаться относительно приводного элемента 124d, а для предотвращения осевого перемещения втулки 400d относительно соединительной части 126d используется стопорное кольцо 560, расположенное в канавке 562, выполненной в соединительной части 126d.
[0097] Устройство для выработки управляющего момента может содержать тяговый элемент 220d, который может быть соединен с исполнительным элементом 160d с возможностью совместного с ним вращения и осевого перемещения. В данном примере тяговый элемент 220d выполнен за единое целое с исполнительным элементом 160d, но в альтернативных воплощениях тяговый элемент 220d может быть отдельным компонентом, прикрепленным к исполнительному элементу 160d. Пружинные рычаги 202d возвратной пружины 168d смещают исполнительный элемент 160d вдоль оси от электромагнита 166, в результате чего первая тяговая поверхность 224d тягового элемента 220d входит во фрикционное зацепление со второй тяговой поверхностью 226d на приводном элементе 106d.
[0098] К приводному элементу 106d может быть прикреплена крышка 290, предназначенная для закрытия переднего края приводимой в движение принадлежности 10d и предотвращения попадания пыли, грязи и влаги в полость 152.
[0099] Зацепление первой и второй тяговых поверхностей 224d и 226d может приводить к выработке управляющего крутящего момента, который посредством первой вращающейся части 100d сцепления передается к ведущему «хвосту» 140 свернутой пружины, в результате чего механизм 16d сцепления переводится во включенный режим. Исполнительный механизм 108d может работать таким образом, что он будет перемещать тяговый элемент 220d по оси в сторону от приводного элемента 106d, так что при этом первая и вторая тяговые поверхности 224d и 226d будут выходить из зацепления друг с другом и дополнительно приводить корпус 190d исполнительного элемента 160d во фрикционное зацепление с электромагнитом 166, в результате чего будет вырабатываться тяговое усилие, передаваемое на ведущий «хвост» 140, заставляющее витки 144 пружины 104 скручиваться плотнее, все более и более выходя из зацепления с внутренней поверхностью 150 приводного элемента 106d.
[0100] Как было указано выше, приводимая в движение принадлежность в соответствии с настоящим изобретением может быть включена (или выключена, в зависимости от исполнения механизма сцепления) приложением к ней относительно малой электрической мощности по сравнению с обычными механизмами сцепления, в частности, применяемыми в компрессорах систем кондиционирования воздуха на автомобилях. Сведущим в данной области техники будет очевидно, что количество электрической энергии, требуемое для приведения исполнительного механизма любого из воплощений механизма сцепления, описанных выше, во фрикционное зацепление с электромагнитом, будет, кроме прочих факторов, зависеть от силы, вырабатываемой возвратной пружиной и стремящейся сместить исполнительный элемент в сторону от электромагнита, а также от расстояния между исполнительным элементом и электромагнитом. Заметим, однако, что сила фрикционного зацепления тягового элемента с ответной поверхностью для включения механизма сцепления также зависит от усилия, развиваемого возвратной пружиной. Соответственно, возвратная пружина должна удовлетворять двум противоположным критериям: с одной стороны, желательна ее низкая упругость для легкого перемещения исполнительного элемента, а с другой стороны, желательна большая упругость пружины для выработки вращательно-тягового усилия, то есть момента силы, который будет приложен к свернутой пружине через ее ведущий «хвост», заставляя пружину разворачиваться.
[0101] Для случаев, когда желательно уменьшить смещающее усилие возвратной пружины (и тем самым уменьшить  электрическую мощность, требующуюся для выключения сцепления), мы нашли, что определенные изменения в конструкции свернутой пружины делают ее восприимчивой к меньшим значениям управляющего крутящего момента (то есть для управления ее работой требуется меньшее тяговое усилие). На фиг.16 представлено воплощение такой свернутой пружины 104е. Свернутая пружина 104е аналогична пружине 104 (фиг.2) в том смысле, что она включает первый конец (ведущий «хвост») 140, второй конец 142 и множество спиральных витков 144d. Среди множества спиральных витков 144d содержится, однако, по меньшей мере одна часть 600 витка отличающейся формы, которая фактически увеличивает диаметр свернутой пружины 104d в одной или более точках, расположенных диаметрально противоположно вдоль длины части 600 витка отличающейся формы. В данном примере используется единственная часть 600 витка отличающейся формы, расположенная вблизи ведущего «хвоста» 140 и содержащая отогнутую в сторону от оси пружины часть одного из спиральных витков 144d. Так, например, спиральные витки 144d могут иметь диаметр, в целом меньший диаметра внутренней поверхности сцепления, расположенной на приводном элементе, и отличающаяся своей формой часть 600 витка может содержать изгиб, который может начинаться на определенном угловом расстоянии, например 180°, от ближнего конца ведущего «хвоста» 140 (то есть с конца ведущего «хвоста» 140, с которого начинаются спиральный витки 144d) и быть протяженным в радиальном направлении от оси. Благодаря наличию такого изгиба будет образовываться тугая посадка пружины во внутренней поверхности сцепления в одной точке или области, расположенной под углом примерно 90° от ближнего конца ведущего «хвоста» 140 относительно оси вращения. В другом воплощении отличающаяся своей формой часть 600 пружины может содержать определенное количество спиральных витков 144d (например, два витка), имеющих диаметр, больший, чем внутренний диаметр внутренней поверхности сцепления.
[0102] Отличающаяся своей формой часть 600 пружины может находиться в постоянном фрикционном зацеплении с внутренней поверхностью сцепления приводного элемента, или же может приводиться в зацепление с ней при помощи относительно малого управляющего момента (вырабатываемого за счет силы трения, то есть вращательно-тягового усилия между первой и второй тяговыми поверхностями). Остальная часть спиральных витков 144d может иметь номинальный размер, то есть диаметр, несколько меньший диаметра внутренней поверхности сцепления приводного элемента, так что спиральные витки 144d не находятся в зацеплении с внутренней поверхностью сцепления. Пружина находится в зацеплении с внутренней поверхностью сцепления только в месте отличающихся по форме частей 600 витков, а также в токах, диаметрально им противоположных. Зацепление отличающихся по форме частей 600 пружины 104е с внутренней поверхностью сцепления усиливает крутящий момент, приложенный к свернутой пружине 104е через ведущий «хвост» 140, так что к ведущему «хвосту» может быть приложен сравнительно меньший крутящий момент для приведения пружины 104е в зацепление с внутренней поверхностью сцепления (что в свою очередь позволяет использовать возвратную пружину меньшей упругости и электромагнит, для работы которого требуется меньшее количество электрической мощности). Такого типа свернутая пружина может применяться с любым из описанных в настоящем документе воплощений.
[0103] Еще одним фактором, влияющим на выбор силы упругости, прилагаемой к исполнительному механизму со стороны возвратной пружины, в случае, когда исполнительный механизм содержит электромагнит, является наличие остаточного магнитного поля между катушкой электромагнита и сердечником после снятия электрического напряжения с катушки электромагнита. Такое остаточное магнитное поле будет работать против усилия возвратной пружины, и для компенсации этого явления приходится использовать еще более сильную пружину. Для уменьшения или полного устранения остаточного магнетизма можно время от времени менять полярность электрического напряжения, приложенного к электромагниту. В одном из воплощений полярность электрического напряжения может меняться непосредственно перед следующим включением сцепления. Так, например, цепь управления может быть запрограммирована таким образом, что подача электрического тока на электромагнит в одном направлении может прекращаться, и затем на требуемое время может быть включена подача тока на электромагнит в противоположном направлении. В другом воплощении полярность электрического напряжения, приложенного к электромагниту, меняется при каждом включении электромагнита. Так, например, при первом включении электромагнита на него подается электрическое напряжение первой полярности, при втором включении электромагнита на него подается напряжение второй, то есть противоположной полярности, при третьем включении электромагнита на него снова подается электрическое напряжение первой полярности и так далее. Исходя из целесообразности, могут использоваться и другие схемы изменения полярности например после каждых пяти циклов включения-выключения электромагнита, и число циклов работы электромагнита между изменениями полярности может быть неодинаковым, например, полярность меняется с первой на вторую после одного числа циклов работы, а затем со второй на первую после второго числа циклов работы, и указанное первое число может не равняться второму числу. Для определения моментов прекращения подачи на электромагнит напряжения одной полярности и возобновления подачи напряжения с другой полярностью, так что работа электромагнита прерывается лишь на относительно короткое время, могут использоваться и прочие устройства, например таймеры или счетчики (например, числа оборотов коленчатого вала), или прочие критерии, например пробег автомобиля.
[0104] В качестве еще одного способа снижения количества электроэнергии, требующегося для работы электромагнита, могут использоваться две или даже более схем подачи электрической мощности на электромагнит. Так, например, относительно большая электрическая мощность может подаваться на электромагнит для выведения исполнительного элемента из положения покоя и его разгона, а затем для удержания исполнительного элемента вблизи электромагнита на электромагнит может подаваться меньшая электрическая мощность. В одном из воплощений на электромагнит подается электрическая мощность с использованием широтно-импульсной модуляции, то есть электрическая мощность подается на электромагнит в виде электрических импульсов с определенным напряжением. «Фактор нагрузки», то есть отношение времени, когда напряжение «включено», к длительности цикла (то есть интервалу между началами последовательных импульсов), может быть относительно высоким в начале движения исполнительного элемента, а затем он может быть уменьшен, когда требуется лишь удерживать исполнительный элемент вблизи электромагнита.
[0105] Схемы изменения тока, такие как, например, широтно-импульсная модуляция, могут также использоваться для более постепенного приведения свернутой пружины в зацепление с внутренней поверхностью сцепления. В некоторых случаях путем изменения электрической мощности, подаваемой на электромагнит, можно управлять положением исполнительного элемента на оси вращения. Еще в некоторых случаях может быть необходимо или желательно приводить пружину в зацепление с поверхностью сцепления путем ряда последовательных пульсаций, чтобы тем самым вызвать вращение приводного вала. В таких случаях пульсации могут быть сначала относительно короткими, с постепенно возрастающей длительностью, до тех пор, пока приводной вал не станет вращаться со скоростью, примерно равной скорости вращения вводного элемента (в пределах заданной допустимой разницы). Работа механизма сцепления по такой схеме может уменьшить резкие механические нагрузки на его компоненты и/или уменьшит шум при срабатывании механизма сцепления.
[0106] Кроме того, предполагается, что путем измерения тока, протекающего через электромагнит (или характеристики, связанной с током, протекающим через электромагнит) при включении сцепления, кривую изменения данной характеристики (например, тока) с течением времени можно сравнить с заданной кривой и на основании этого подтвердить наличие зацепления между электромагнитом и исполнительным элементом и/или определить или оценить зазор между исполнительным элементом и отключенным электромагнитом, который свидетельствует о степени износа механизма сцепления. Такое «сравнение» может включать выявление падения магнитного поля, вырабатываемого электромагнитом, или искажение этого поля, или падение тока, протекающего через электромагнит, на основании анализа различных участков кривой. Сравниваемые параметры кривой могут, например, включать измеренное значение характеристики в определенный момент времени, наклон кривой в определенный момент времени, изменение наклона кривой за определенный момент времени и/или их сочетания (например, наличие отрицательного наклона после точки перегиба).
[0107] В качестве альтернативы для подтверждения включения и/или выключения механизма сцепления могут использоваться и иные различного типа датчики. Так, например, в приводимую в движение принадлежность могут быть встроены один или более датчиков, например датчики, работающие по принципу эффекта Холла, или датчики близости, чувствующие положение исполнительного элемента. В другом воплощении может, например, использоваться датчик, определяющий состояние основной части принадлежности. Датчик может быть датчиком крутящего момента, например, основанный на принципе измерения вихревых токов и определяющий величину крутящего момента, передаваемого через приводной вал. Может использоваться датчик, следящий за производительностью основной части принадлежности (например, датчик расхода или давления на выходе из основной части принадлежности, если она является насосом; датчик магнитного поля, тока или напряжения, если основная часть принадлежности содержит генератор постоянного или переменного тока). Может использоваться датчик скорости вращения, определяющий скорость вращения механизма сцепления, основной части принадлежности или приводного вала. Может использоваться датчик температуры электромагнита, или измеряющий какой-либо параметр, связанный с работой электромагнита. В случаях, когда данные, получаемые одним или более датчиками (или с электромагнита), указывают на наличие отказа и/или ошибки в работе механизма сцепления и/или основной части принадлежности, системой управления, установленной на автомобиле, согласно заложенной в ней программе могут быть предприняты соответствующие действия. Так, например, система управления может включать контрольную лампу на приборной панели автомобиля, вырабатывать код ошибки, который может быть сохранен и считан с помощью сканера для диагностики двигателя, и/или передать сообщение об ошибке по беспроводным каналам на удаленную станцию мониторинга или приема сообщений (например, OnStar).
REF
[0108] Кроме того, зная сопротивление R электромагнита при заданной температуре, например при 65°С (149°Р), и определив фактическое сопротивление R катушки электромагнита в интересующий момент времени (например, как R=I/U, если известны сила тока I и напряжение U), можно достаточно точно определить температуру электромагнита в данный момент времени. На фиг.24 приведен пример графика характеристик электромагнита, на котором изображена зависимость сопротивления катушки и протекающего через нее тока от температуры (в °С) при приложенном к катушке напряжении 9 В и 16 В. На графике сопротивление катушки обозначено как R (в Ом), а протекающий через нее ток обозначен как I (в А), и соответственно приведены две кривые - отображающие значения тока при приложенном напряжении 9В и при приложенном напряжении 16В. Предполагается, что в основных воплощениях для перевода исполнительного элемента из первого положения во второе, и наоборот, требуется ток менее 2 А (при приложенном напряжении 16 В или менее), а температура исполнительного механизма, как правило, выше, чем -40°С. Данные, имеющие отношение к температуре электромагнита (в сравнении с данными при заданной температуре), могут использоваться как вводные данные для  алгоритма управления работой механизма сцепления. Так, например, если электромагнит используется для выключения механизма сцепления, и если измеренная или рассчитанная на основании полученных данных фактическая температура электромагнита больше или равна первому заданному значению температуры (например, 65°С или 149°F), работа электромагнита может быть приостановлена (так что механизм сцепления не может быть выключен). Такая схема работы позволит предотвратить работу электромагнита в условиях, когда имеется риск, что работа механизма сцепления при повышенной температуре приведет к повреждению механизма сцепления или его компонентов (например, электромагнита). Кроме того, если измеренная или рассчитанная на основании полученных данных фактическая температура электромагнита меньше или равна второму заданному значению температуры (например, -20°С или -40°F), это может означать, что желателен подогрев механизма сцепления для предотвращения или уменьшения «слипания», как будет более подробно описано ниже. Общая информация о температуре различных агрегатов автомобиля, собираемая и хранящаяся в сети его управления, а также шины для передачи такой информации, также могут использоваться для управления работой исполнительного механизма сцепления.
[0109] В некоторых случаях к механизму сцепления, в котором используется электромагнит, желательна подача дополнительной электрической мощности, например, для его подогрева и предотвращения «слипания». В одном из воплощений дополнительная электрическая мощность подается от конденсатора большой емкости, который может усиливать ток, подаваемый в обычных условиях от источника электрической мощности (например, от электрической система автомобиля). В качестве альтернативы может использоваться умножитель напряжения, увеличивающий напряжение, подаваемое в обычных условиях на электромагнит, так что для первичного отключения сцепления на электромагнит может быть подано существенно большее напряжение и соответственно большая электрическая мощность.
[0110] Подача на электромагнит повышенного напряжения при его первичном включении может использоваться для преодоления возможного первичного «слипания» тягового элемента, как было описано выше. Такое «слипание» может произойти после длительного периода простоя автомобиля или в особо холодных условиях (например, если температура воздуха длительное время держится ниже 0°С). В дополнение к этому, или в качестве альтернативы, повышение напряжения, подаваемого на электромагнит, может применяться, если будет определено, что  электромагнит не смог переместить исполнительный элемент в требуемое положение. Такая ситуация также может указывать на замерзание, «слипание», отказ или несовмещение компонентов механизма сцепления. Соответственно, повышение электрического напряжения, подаваемого на электромагнит, приведет к выработке им более сильного магнитного поля, которое заставит исполнительный элемент двигаться вопреки замерзанию, «слипанию» или неправильному положению), и/или позволит быстрее прогреть электромагнит (что также позволит устранить последствия замерзания или в некоторой степени «слипания»).
[0111] Подача более высокого напряжения на электромагнит может также использоваться для уменьшения размеров электромагнита при одних и тех же упругих характеристиках возвратной пружины, так как при повышенном напряжении электромагнит будет вырабатывать более сильное магнитное поле, поэтому проектировщиками может быть выбран электромагнит меньшего размера и веса, а использование меньшего количества витков медной или алюминиевой проволоки в его обмотке позволить снизить стоимость электромагнита, при том, что он будет вырабатывать такую же силу. Использование умножителя напряжения или конденсатора большой емкости также позволить снизить нагрузку на электрическую систему автомобиля, а также потребление блоком управления двигателем за счет того, что требуемое время подачи на электромагнит полной мощности сократится.
[0112] На фиг.17 представлена приводимая в движение принадлежность 10f в соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения. Приводимая в движение принадлежность 10f может включать вводной элемент 12f, который может содержать шкив 42f, основную часть 14 принадлежности и механизм 16f сцепления. Подшипник 48f является опорой элемента 12f, обеспечивающей его вращение вокруг оси 50 вращения приводного вала 26 основной части 14 принадлежности.
[0113] Механизм 16f сцепления может содержать первую вращающуюся часть 100d сцепления, вторую вращающуюся часть 102f сцепления, несущий элемент 490f пружины, свернутую пружину 104f, приводной элемент 106f и исполнительный механизм 108f. Первая вращающаяся часть 100d сцепления такая же, как в воплощениях, подробно описанных выше.
[0114] Вторая вращающаяся часть 102f сцепления может включать приводную поверхность (аналогичную приводной поверхности 120d), в которую может упираться торцевая поверхность 122 конца свернутой пружины 104f. Вторая вращающаяся часть 102f сцепления может быть выполнена за единое целое с выводным элементом сцепления (приводным элементом) 124f, который может содержать множество лепестков (явно не показаны, но аналогичны лепесткам 500 на фиг.12), соединительную часть 126f и кольцеобразную ножку 128f. Соединительная часть 126d может иметь структуру в виде пустотелой трубки, жестко скрепленной с приводным валом 26, так что вращение приводного элемента 124f вызывает вращение приводного вала 26. В приведенном примере соединительная часть 126f скреплена с приводным валом 26 за счет тугой посадки. Ножка 128f может быть прикреплена к соединительной части 126f, являясь протяженной от нее в радиальном направлении от оси вращения. Лепестки могут быть прикреплены к ножке 128f вблизи ее ближнего конца.
[0115] Несущий элемент 490f пружины может быть в целом аналогичен несущему элементу 490 пружины, изображенному на фиг.12. Кратко отметим, что несущий элемент 490f пружины может иметь паз 520, отверстие 526, через которое может быть протяженной соединительная часть 126f и множество вырезов под лепестки (явно не показаны, но аналогичны вырезам 528 под лепестки, изображенным на фиг.12), в которые заходят соответствующие лепестки, соединяя несущий элемент 490f пружины с приводным элементом 124f без возможности их относительного вращения. В паз 520 заходит второй конец 142 свернутой пружины 104f, так что торец 122 проволоки, образующей пружину 104f, упирается в приводную поверхность второй вращающейся части 102f сцепления.
[0116] Свернутая пружина 104f может быть в целом аналогична свернутой пружине 104, изображенной на фиг.2, или пружине 104е, изображенной на фиг.16, с тем исключением, что спиральные витки 144f растянуты друг от друга по оси пружины, так что пружина 104f работает так же как сжимающая пружина.
[0117] Приводной элемент 106f может быть выполнен за единое целое со шкивом 42f, образуя внутреннюю поверхность 150 сцепления и полость 152, в которой могут размещаться различные компоненты механизма 16f сцепления, включая исполнительный механизм 108f, свернутую пружину 104f, первую вращающуюся часть 100d сцепления и вторую вращающуюся часть 102f сцепления. Спиральные витки 144f свернутой пружины 104f, вступая в зацепление с внутренней поверхностью 150 сцепления, передают вращающую мощность от вводного элемента 12f к приводному валу 26. Как было указано выше, может быть желательным использование смазки между внутренней поверхностью 150 сцепления и спиральными витками 144f свернутой пружины 104f.
[0118] Исполнительный механизм 108f может содержать исполнительный элемент 160f, который может быть соединен с первой вращающейся частью 100d сцепления для совместного с ней вращения вокруг оси 50 вращения, устройство для перемещения исполнительного элемента 160f по оси между первым и вторым положениями и устройство для выработки управляющего крутящего момента, который может использоваться для перевода механизма 16f сцепления в требуемое состояние (например, включенное или выключенное), как будет подробно описано ниже. В данном примере исполнительный механизм 108f дополнительно содержит электромагнит 166f и возвратную пружину 168f, а исполнительный элемент 160f является сердечником электромагнита. Как было указано выше, для осевого перемещения исполнительного элемента 160f могут использоваться и другие устройства.
[0119] Электромагнит 166f может быть жестко скреплен с корпусом 22 и может включать кольцеобразный элемент-гильзу 170f, катушку 172 и пару электрических проводов или контактов (явно не показаны). Гильза 170f может включать кольцеобразный ободок 690, жестко скрепленный с корпусом 22. Между кольцеобразным ободком 690 и кольцеобразной стенкой 692 приводного элемента 106f, в целом концентричной внутренней поверхности 150 сцепления, может находиться подшипник 48е. Исполнительный элемент 160f может содержать корпус 190f, который может иметь форму кольцеобразной пластины и располагаться вокруг приводного вала 26. Исполнительный элемент 160f может быть установлен на втулке 700, позволяющей ему перемещаться вдоль оси по кольцеобразной стенке 692, а приводному элементу 106f - вращаться относительно исполнительного элемента 160f.
[0120] Как было указано выше, спиральные витки 144f свернутой пружины 104f находятся на некотором расстоянии друг от друга, в результате чего образуется сжимающая пружина. Такая свернутая пружина 104f может также служить возвратной пружиной 168f, обеспечивая осевое смещение исполнительного элемента 160f в сторону от электромагнита 166f.
[0121] Устройство для выработки управляющего крутящего момента может включать тяговый элемент 220f, который может быть соединен с исполнительным элементом 160f для совместного с ним вращения и осевого перемещения. В данном примере тяговый элемент 220f выполнен за единое целое с втулкой 700, но в альтернативных воплощениях он может быть отдельным компонентом, присоединенным к исполнительному элементу 160f или втулке 700. Возвратная пружина 168f смещает исполнительный элемент 160f и втулку 700/тяговый элемент 220f вдоль оси от электромагнита 166f, в результате чего первая тяговая поверхность 224f, расположенная на тяговом элементе 220f, входит во фрикционное зацепление со второй тяговой поверхностью 226f, расположенной на приводном элементе 106f.
[0122] К приводному элементу 106f может быть прикреплена крышка 290f, которая может использоваться для закрытия переднего конца приводимой в движение принадлежности 10 f и предотвращения попадания пыли, грязи и влаги в полость 152.
[0123] В результате зацепления первой и второй тяговых поверхностей 224f и 226f может вырабатываться управляющий момент, который, будучи передан через первую вращающуюся часть 100d сцепления к ведущему «хвосту» свернутой пружины 104f, переводит механизм 16f сцепления во включенное состояние. Исполнительный механизм 108f может работать таким образом, что он будет перемещать тяговый элемент вдоль оси от приводного элемента 106f, в результате чего первая и вторая тяговые поверхности 224f и 226f выйдут из зацепления друг с другом, а в некоторых воплощениях он может дополнительно приводить корпус 190f исполнительного элемента 160f во фрикционное зацепление с электромагнитом 166f, в результате чего будет вырабатываться вращательно-тяговое усилие, передаваемое к ведущему «хвосту» 140 и заставляющее спиральные витки 144f пружины 104f сворачиваться плотнее, все более и более выходя из зацепления с внутренней поверхностью 150 сцепления, расположенной на приводном элементе 106f.
[0124] На фиг.18-20 показана приводимая в движение принадлежность 10g в соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения. На фиг.17 представлена приводимая в движение принадлежность 10f в соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения. Приводимая в движение принадлежность 10g может включать вводной элемент 12g, который может содержать шкив 42g, основную часть 14 принадлежности и механизм 16g сцепления. Подшипники 48g-1 и 48g-2 являются опорами элемента 12g, обеспечивающими его вращение вокруг оси 50 вращения приводного вала 26 основной части 14 принадлежности. И хотя на данном чертеже показано, что для облегчения установки механизма 16g сцепления (насаженного на вводной элемент 12g) на основную часть 14 принадлежности используются разделитель 48g-3 и фланец 48g-4, расположение между подшипником 48g-1 и шейкой 32 корпуса 22, в альтернативных воплощениях, при желании устранить из конструкции разделитель 48g-3 и фланец 48g-4 могут использоваться шейка 32 и корпус 22, имеющие несколько различающийся профиль.
[0125] Механизм 16g сцепления может содержать первую вращающуюся часть 100g, вторую вращающуюся часть 102g, носитель 490g пружины, свернутую пружину 104, приводной элемент 106g и исполнительный механизм 108g.
[0126] Первая вращающаяся часть 100g сцепления расположена с возможностью вращения вокруг оси 50 вращения приводимой в движение принадлежности 10g и может содержать корпус 800 и вилку 110g, которая может быть жестко скреплена (например, выполнена за единое целое) с корпусом 800. Вилка 110g может иметь разветвленные элементы 112g, которые могут вступать в зацепление с ведущим «хвостом» свернутой пружины 104.
[0127] Вторая вращающаяся часть 102g сцепления может содержать приводную поверхность 120g, в которую упирается торцевая поверхность 122 проволоки, из которой сформирована пружина 104. В данном примере вторая вращающаяся часть 102g сцепления выполнена за единое целое с выводным элементом сцепления (приводным элементом) 124g. А именно, приводной элемент 124g содержит первую часть 124g-1 приводного элемента и вторую часть 124g-2 приводного элемента. Первая часть 124g-1 приводного элемента может содержать лепесток 500g, который может образовывать вторую вращающуюся часть 102g сцепления, кольцеобразную ножку 128g и промежуточную соединительную часть 810. Промежуточная соединительная часть 810 может представлять собой элемент в виде трубки, к которой может быть жестко прикреплена кольцеобразная ножка 128g. Кольцеобразная ножка 128g может быть протяженной в радиальном направлении наружу от промежуточного соединительного элемента 810, а лепесток 500g может быть прикреплен к внешнему краю кольцеобразной ножки 128g. В данном примере лепесток 500g является частью отдельного компонента, жестко скрепленного с ножкой 128g, но в альтернативных воплощениях лепесток 500g может быть выполнен за единое целое с ножкой 128g. Вторая часть 124g-2 приводного элемента может содержать соединительную часть 126g, фланцевую часть 814, которая может быть жестко скреплена с соединительной частью 126g, являясь протяженной от нее радиально наружу, один или более останавливающих элементов 816 и протяженный по окружности сальниковый элемент 818, который может быть протяженным вдоль оси в сторону от фланцевой части 814. Останавливающий элемент (элементы) 816 могут быть прикреплены к торцу сальника 818 на стороне, противоположной фланцевой части 814. Соединительная часть 126g может взаимодействовать с приводным валом 26, приводя его в движение, например, быть туго посажена на вал. Промежуточная соединительная часть 810 может взаимодействовать с соединительной частью 126g, приводя ее в движение, например, за счет тугой посадки, и таким образом передается вращение от первой части 124g-1 приводного элемента ко второй части 124g-2 приводного элемента.
[0128] Несущий элемент 490g пружины может быть структурой в форме кольца, или картриджем, на котором может быть собрана свернутая пружина 104. Несущий элемент 490g пружины может быть изготовлен из нейлона для автомобильной промышленности, но сведущим в данной области техники будет очевидно, что для его изготовления могут быть использованы и другие материалы. Несущий элемент 490g пружины может иметь паз 520g, отверстие 526g и вырез 528 под лепесток. Отверстие 526g имеет такой размер, что несущий элемент 490g может быть надет на ножку 128g, так что лепесток 500g заходит в вырез 528g, приводя в движение несущий элемент 490g, так как исключается относительное вращение между приводным элементом 124g и несущим элементом 490g. В паз 520g заходит второй конец 142 свернутой пружины 104, в результате чего при установке несущего элемента 490g пружины в приводной элемент 124g торцевая поверхность 122 второго конца 142 пружины упирается в край лепестка 500g, который образует приводную поверхность 120g. Несущий элемент 490g пружины может быть с соединен с приводным элементом 124g так, что исключается их относительное осевое перемещение любым подходящим способом. На противоположных (в осевом направлении) сторонах несущего элемента 490g пружины могут быть установлены элементы 530g-1 и 530g-2 в виде стенок, которые могут использоваться для фиксации (в осевом направлении) свернутой пружины 104 на корпусе 490g-1 несущего элемента 490g пружины.
[0129] Приводной элемент 106g может быть отдельным компонентом, соединенным с вводным элементом 12g, так что исключается возможность их относительного вращения. В данном примере вводной элемент 12g выполнен в виде единого элемента из аггломерированного порошкового металлического материала, а приводной элемент 106g выполнен из закаленной стали. В альтернативных воплощениях приводной элемент 106g может быть выполнен за единое целое с вводным элементом 12g. Приводной элемент 106g содержит внутреннюю поверхность 150 сцепления, в зацепление с которой входят спиральные витки 144 свернутой пружины 104, в результате чего происходит передача крутящего момента от вводного элемента 12g к приводному валу 26. Как было указано выше, может быть целесообразным использование смазки между внутренней поверхностью 150 сцепления и спиральными витками 144 свернутой пружины 104.
[0130] Исполнительный механизм 108g может содержать исполнительный механизм 160g, устройство для перемещения исполнительного элемента 160g по оси 50 вращения между первым и вторым положениями и устройство для выработки управляющего крутящего момента, который может использоваться для перевода механизма 16g сцепления в требуемое состояние (например, включенное или выключенное), как будет подробно описано ниже. Исполнительный элемент 160g может быть соединен с первой вращающейся частью 100g сцепления для совместного с ней вращения вокруг оси 50 вращения. В данном примере исполнительный механизм 108g дополнительно содержит электромагнит 166g и возвратную пружину 168g, a исполнительный элемент 160g является сердечником электромагнита. Как было указано выше, для осевого перемещения исполнительного элемента 160g могут использоваться и другие устройства. Электромагнит 166g может быть жестко скреплен с корпусом 22 (например, за счет тугой посадки) и может включать кольцеобразный элемент-гильзу 170g, катушку 172 и пару электрических проводов или контактов (явно не показаны). Исполнительный элемент 160g может включать корпус 190g, который может иметь форму кольцеобразной пластины и располагаться вокруг приводного вала 26. Возвратная пружина 168g может включать корпус 820 пружины и множество консольных пружинных лепестков (рычажков) 202g, протяженных наружу от корпуса 820 пружины. Корпус 820 пружины может быть установлен на втулку 400g с возможностью осевого перемещения по ней, но без возможности вращения вокруг нее, а втулка 400g может располагаться на промежуточной соединительной части 810 первой части 124g-1 элемента. Дальние концы пружинных рычагов 202g могут быть жестко прикреплены к корпусу 800 первой вращающейся части 100g сцепления и к корпусу 190g исполнительного элемента 160g с помощью крепежных средств, например, заклепок 824, в результате чего первая вращающаяся часть 100g сцепления и исполнительный элемент 160g будут отжиматься в сторону от электромагнита 166. В данном примере втулка 400g включает множество протяженных в радиальном направлении вовнутрь отгибающихся пальцев 830, расположенных рядом с кольцеобразной канавкой 832. Корпус 820 возвратной пружины 168g может располагаться вокруг пальцев 830 и внутри кольцеобразной канавки 832, и пальцы 830 могут исключать или ограничивать движение корпуса 820 возвратной пружины 168g в направлении от первой части 124g-1 приводного элемента. На корпусе 820 пружины 168g могут иметься выступы Т, которые могут входить в зацепление с углублениями TR на втулке 400g, соединяя возвратную пружину 168g с втулкой 400g без возможности их относительного вращения.
[0131] В данном примере в исполнительном элементе 160g выполнены пазы 840 (например, в корпусе 190g по его внутреннему краю), в которые заходят упоры 816, соединенные со второй частью 124g-2 приводного элемента. Упоры 816, упираясь в края соответствующих пазов 840, ограничивают относительное вращение приводного элемента 160g и второй части 124g-2 приводного элемента, в результате чего ограничивается степень отгиба ведущего «хвоста» 140 первой вращающейся частью 100g сцепления, что позволит избежать приложения чрезмерного напряжения к ведущему «хвосту» 140.
[0132] Устройство для выработки управляющего крутящего момента может включать тяговый элемент 220g, который может быть соединен с исполнительным элементом 160g для совместного с ним вращения и осевого перемещения. В данном примере тяговый элемент 220g выполнен за единое целое с исполнительным элементом 160g, но в альтернативных воплощениях тяговый элемент 220g может быть отдельным компонентом, соединенным с исполнительным элементом 160g. Рычаги 202g возвратной пружины 168g смещают исполнительный элемент 160g и тяговый элемент 220g по оси от электромагнита 166, так что первая тяговая поверхность 224g, расположенная на тяговом элементе 220g, вступает во фрикционное зацепление со второй тяговой поверхностью 226g, расположенной на приводном элементе 106g. В данном примере вторая тяговая поверхность 226g является сальниковым элементом, протяженным радиально вовнутрь от той части приводного элемента 106g, которая входит в зацепление с вводным элементом 12g и образует внутреннюю поверхность сцепления 150.
[0133] К вводному элементу 12g может быть прикреплена крышка 290g, закрывающая передний конец приводимой в движение принадлежности 10g для предотвращения попадания пыли, грязи и влаги в полость, в которой расположен механизм 16g сцепления.
[0134] В результате зацепления первой и второй тяговых поверхностей 224g и 226g может вырабатываться управляющий крутящий момент, который может быть передан посредством первой вращающейся части 100g сцепления к ведущему «хвосту» 140 свернутой пружины, в результате чего механизм 16g будет переведен во включенное состояние. Исполнительный механизм 108g может также использоваться для перемещения тягового элемента 220g по оси от приводного элемента 106g, в результате чего первая и вторая тяговая поверхности 224g и 226g выйдут из зацепления друг с другом и, возможно, корпус 190g исполнительного элемента 160g войдет во фрикционное зацепление с электромагнитом 166, и будет вырабатываться тяговое усилие, передаваемое к ведущему «хвосту» 140, заставляющее спиральные витки 144 пружины 104 сворачиваться плотнее, все более и более выводя их из зацепления с внутренней поверхностью 150 сцепления, расположенной на приводном элементе 106g.
[0135] На фиг.32 показан фрагмент приводимой в движение принадлежности в соответствии с еще одним воплощением настоящего изобретения. Приводимая в движение принадлежность может включать вводной элемент (явно не показан), механизм 16h сцепления, а также основную часть принадлежности (явно не показана). Механизм 16h сцепления может содержать первую вращающуюся часть 100h сцепления, вторую вращающуюся часть 102h сцепления, несущий элемент 490h пружины, свернутую пружину 104, приводной элемент 106h и исполнительный механизм 108h.
[0136] Первая вращающаяся часть 100h сцепления может быть расположена на оси 50 вращения приводимой в движение принадлежности и служить как элемент, подающий управляющий момент на свернутую пружину 104, тем самым управляя работой механизма 16h сцепления. Первая вращающаяся часть 100h сцепления может содержать любые устройства подачи сигнала в виде управляющего момента на свернутую пружину 104 и в данном примере включает вилку (явно не показана) с разветвленными элементами (явно не показаны), которые входят в зацепление с ведущим «хвостом» (явно не показан) свернутой пружины 104.
[0137] Вторая вращающаяся часть 102h сцепления может включать приводную поверхность 120h, в которую упирается торцевая поверхность (не показана) свернутой пружины 104. Вторая вращающаяся часть 102h сцепления может быть выполнена за единое целое с выводным элементом сцепления (приводным элементом), который может содержать множество лепестков 500h (подобных лепесткам 500 на фиг.12), соединительную часть 126h и кольцеобразную ножку 128h. Соединительная часть 126h представляет собой структуру в виде пустотелой трубки, жестко скрепленной с приводным валом основной части принадлежности, так что вращение приводного элемента 124h будет соответственно вызывать вращение приводного вала. В данном примере соединительная часть 126h скреплена с приводным валом за счет тугой посадки, но в альтернативных воплощениях для их скрепления могут использоваться и другие подходящие способы. К соединительной части 126h может быть прикреплена ножка 128h, протяженная от нее радиально наружу, образуя кольцеобразную опорную поверхность 130h и протяженное по окружности ребро или упор 136h, ограничивающий осевое перемещение свернутой пружины 104 в направлении исполнительного механизма 108h. Лепестки 500h могут быть соединены с ножкой 128h вблизи дальнего ее конца.
[0138] Несущий элемент 490h может быть в целом аналогичен несущему элементу 490 пружины, изображенному на фиг.12, и необходимости вновь описывать его подробно нет. Вкратце повторим, что несущий элемент 490 пружины может быть соединен с приводным элементом 124h без возможности их относительного вращения и может быть предназначен для удержания пружины 104 в таком положении, что торцевая поверхность (не показана) проволоки пружины 104 может упираться в лепесток 500h, связанный со второй вращающейся частью 102h сцепления.
[0139] Вращающаяся пружина 104 может иметь такой размер, что ее витки 144 будут иметь диаметр, меньший диаметра внутренней поверхности 150 сцепления, расположенной на приводном элементе 106h, когда крутящий момент не подается на пружину 104 и не передается через нее.
[0140] Приводной элемент 106h может быть выполнен за единое целое с частью вводного элемента или же может быть отдельным компонентом, соединенным с вводным элементом для совместного с ним вращения. Приводной элемент 106h может иметь внутреннюю поверхность 150 сцепления и полость 152, в которой могут быть расположены различные компоненты механизма 16h, включая свернутую пружину 104, первую вращающуюся часть 100h сцепления и вторую вращающуюся часть 102h сцепления. Витки 144 свернутой пружины 104 могут входить в зацепление с внутренней поверхностью 150 сцепления, обеспечивая передачу вращающей мощности от вводного элемента к приводному валу. Как было указано выше, может быть целесообразным использование смазки между внутренней поверхностью 150 и витками 144 пружины 104. В данном примере приводной элемент 106h включает протяженную в радиальном направлении кольцеобразную стенку 1000 и протяженную в осевом направлении кольцеобразную стенку 1002. Протяженная в осевом направлении кольцеобразная стенка 1002 может быть в целом концентричной соединительной части 126h, а между протяженной в осевом направлении стенкой 1002 и ножкой 128h приводного элемента 124h может быть установлен подшипник 48h, который является опорой приводного элемента 106h, обеспечивая его вращение вокруг оси 50 вращения приводного вала.
[0141] Исполнительный механизм 108h может содержать исполнительный элемент 160h, который может быть соединен с первой вращающейся частью 100h сцепления для совместного с ней вращения вокруг оси 50, устройство для перемещения исполнительного элемента 160h вдоль оси 50 вращения между первым положением и вторым положением, а также устройство для выработки управляющего момента, который может использоваться для перевода механизма 16h сцепления в требуемое состояние (то есть включенное или выключенное), как будет подробно описано ниже. В данном примере исполнительный механизм 108h дополнительно содержит электромагнит 166 и возвратную пружину 168h, а исполнительный элемент 160h является сердечником электромагнита. Как было указано выше, для перемещения исполнительного элемента 160h в осевом направлении могут также использоваться и другие типы устройств.
[0142] Электромагнит 166 может быть жестко скреплен с корпусом основной части принадлежности и может включать кольцеобразный элемент-гильзу 170h, катушку 172 и пару электрических проводов или контактов (не показаны). Исполнительный элемент 160h может содержать корпус 190h, имеющий форму кольцеобразной пластины и расположенный вокруг протяженной в осевом направлении кольцеобразной стенки 1002.
[0143] На втулке 400h может быть установлена возвратная пружина 168h, которая может быть расположена на протяженной в осевом направлении стенке 1002 с возможностью вращения вокруг нее, так что возвратная пружина 168h будет располагаться между ножкой 128h и исполнительным элементом 160h. Для ограничения осевого перемещения втулки 400h по протяженной в осевом направлении кольцеобразной стенке 1002 может использоваться стопорное кольцо 1010. Возвратная пружина может включать один или более элементов для ее крепления (явно не показаны), которые могут использоваться для жесткого крепления возвратной пружины 168h к исполнительному элементу 160h и первой вращающейся части 100h сцепления. Возвратная пружина 168h может воздействовать на исполнительный элемент 160h, смещая его по оси в требуемом направлении. В данном примере основным положением механизма 16h является выключенное, и возвратная пружина 168h смещает исполнительный элемент 160h в направлении в сторону от радиально протяженной кольцеобразной стенки 1000 приводного элемента 106h.
[0144] Устройство для выработки управляющего момента может включать тяговый элемент 220h, который может быть соединен с исполнительным элементом 160h для совместного с ним вращения и осевого перемещения. В данном примере тяговый элемент 220h выполнен за единое целое с исполнительным элементом 160h, но в альтернативных воплощениях тяговый элемент 220h может быть отдельным компонентом, соединенным с исполнительным элементом 160h или втулкой 400h. Возвратная пружина 168h смещает исполнительный элемент 160h и тяговый элемент 220h вдоль оси от электромагнита 166, и под ее действием первая тяговая поверхность 224h на тяговом элементе 220h выходит из фрикционного зацепления с второй тяговой поверхностью 226h, расположенной над протяженной в радиальном направлении кольцеобразной стенкой 1000 приводного элемента 106h.
[0145] Выход из взаимного направления первой и второй тяговых поверхностей 224h и 226h делает возможным свободное вращение приводного элемента 106h относительно первой вращающейся части 100h сцепления, в результате чего управляющий момент не может быть выработан и приложен к ведущему «хвосту» свернутой пружины 104. Соответственно спиральные витки 144 свернутой пружины 104 не будут разворачиваться, заходя в зацепление с внутренней поверхностью 150 сцепления, так что вращающая мощность не будет передаваться через механизм 16h сцепления.
[0146] При включении и работе исполнительного механизма 108h (например, электромагнита 166) может вырабатываться магнитное поле, притягивающее исполнительный элемент 160h, в результате чего первая и вторая тяговые поверхности 224h и 226h будут находиться в зацеплении друг с другом, и управляющий момент посредством первой вращающейся части 100h сцепления будет передаваться к ведущему «хвосту» свернутой пружины 104, спиральные витки 144 будут разматываться, заходя в зацепление с внутренней поверхностью 150 сцепления, и механизм 16h сцепления будет работать во включенном режиме.
[0147] В любом из описанных выше воплощений выключение механизма сцепления может нарушаться из-за присутствия в механизме сцепления влаги и/или возросшей вязкости смазки, которая может находиться в данном механизме сцепления. Кроме того, в холодных условиях возрастающая вязкость смазки в подшипнике механизма сцепления может затруднять свободное его вращение. Так, например, при температурах ниже 0°С смазка, влага или их сочетание вокруг пружины могут приводить к «слипанию» различных поверхностей внутри механизма сцепления, которые должны вращаться друг относительно друга (например, внешняя поверхность спиральных витков свернутой пружины и внутренняя поверхность сцепления приводного элемента; свернутая пружина и первая вращающаяся часть сцепления; первая и вторая тяговые поверхности), и такое «слипание» может препятствовать выключению механизма сцепления.
[0148] Поэтому изобретатели определили, что если в исполнительном механизме используется электромагнит, на данный электромагнит может быть подано электрическое напряжение, и он в некоторой степени может работать как нагреватель для повышения температуры внутри механизма сцепления для устранения возможного «слипания» компонентов и/или уменьшения вязкости смазки в подшипнике. В идеале электромагнит может быть включен до запуска двигателя внутреннего сгорания или прочего устройства, в котором установлен механизм сцепления, чтобы дать время механизму сцепления прогреться.
[0149] На фиг.21 схематически представлено транспортное средство V, включающее двигатель Е, в котором установлена приводимая в движение принадлежность DA в соответствии с настоящим изобретением. Транспортное средство V может включать различные блоки управления, например блок ECU управления двигателем и блок BCU управления корпусом, и может быть оборудовано системой бескнопочного ввода. Система бескнопочного ввода может быть любой системой такого типа и может использовать любого типа электромагнитное излучение для выполнения различных функций (например, открывать двери автомобиля, запускать двигатель Е). В данном примере система бескнопочного ввода является пассивной системой бескнопочного ввода, содержащей брелок F, находящийся в сообщении с одним или более блоками управления автомобиля, так что транспортное средство V «чувствует» присутствие брелка F в зоне определенного радиуса и/или приближение брелка F к транспортному средству V. «Почувствовав» присутствие брелка в зоне определенного радиуса и/или приближение брелка F к транспортному средству V, блок управления транспортного средства (например, блок ECU управления двигателем), может запитывать электромагнит механизма сцепления до запуска двигателя Е, чтобы дать запитанному электромагниту больше времени прогреть механизм сцепления. В некоторых воплощениях такая функция нагревания может включаться после проверки блоком управления (например, блоком ECU управления двигателем) ряда дополнительных условий, что нагревание необходимо. Так, например, блок управления может включать подогрев электромагнита на основании только одного дополнительного параметра, а именно, если температура воздуха ниже определенного порогового значения температуры. В других воплощениях могут использоваться и другие критерии, включая, но не ограничиваясь ими: высоту над уровнем моря, атмосферное давление и относительную влажность. В таком случае подогрев электромагнита может производиться, если имеет место набор условий, при котором «слипание» становится вероятным.
[0150] Дополнительно, или в качестве альтернативы, приводимая в движение принадлежность DA может включать электронагревательный элемент Н, который может быть выполнен в виде резистивного покрытия, керамического нагревательного элемента или любого другого подходящего устройства или сочетания устройств, известных сведущим в данной области техники. Электронагревательный элемент может запитываться вместо электромагнита или вместе с электромагнитом, в зависимости от целесообразности для конкретного приложения, для достаточного прогрева механизма сцепления.
[0151] В различных приложениях, в зависимости от типа используемой приводимой в движение принадлежности, для управления ее работой могут использоваться различные стратегии управления. Так, например, если основная часть приводимой в движение принадлежности является водяной помпой двигателя внутреннего сгорания автомобиля, может использоваться только одна стратегия управления, в соответствии с которой механизм сцепления выключается, предотвращая работу помпы при пуске холодного двигателя. В этом случае двигатель и каталитический конвертер быстрее достигнут рабочей температуры, что позволяет сократить выбросы в окружающую среду. Как только рабочая температура достигнута, механизм сцепления может быть включен, обеспечивая работу помпы в обычном режиме.
[0152] При более совершенной стратегии управления механизм сцепления может быть выключен, как только работа водяной помпы не требуется. В таком случае работа водяной помпы может быть отменена при холодном пуске двигателя, как было описано выше, и в дополнение к этому - в других обстоятельствах, когда не требуется циркуляции охлаждающей жидкости через двигатель. Одна из таких ситуаций - это движение транспортного средства по автомагистрали при достаточно низкой температуре воздуха и при небольшой нагрузке на двигатель. При этом естественная циркуляция жидкости в системе и прочие эффекты пассивного охлаждения могут обеспечивать достаточное охлаждение без необходимости задействовать водяную помпу.
[0153] При использовании более совершенной стратегии управления, то есть когда механизм сцепления включается и выключается в связи с необходимостью, можно получить ряд дополнительных преимуществ. Так, например, работа водяной помпы может требовать от пяти до двадцати лошадиных сил мощности, что является большой паразитной потерей мощности, если работа водяной помпы в данный момент не требуется. За счет отключения механизма сцепления водяной помпы в моменты, когда ее работа не требуется, можно понизить удельный расход топлива автомобиля.
[0154] Подобным образом при движении автомобилях в режиме частого разгона и торможения водяная помпа может быть остановлена во время коротких остановок автомобиля, чтобы двигатель можно было поддерживать при оптимальной рабочей температуре. Водяная помпа может включаться и выключаться и в другие моменты в соответствии с необходимостью, чтобы поддерживать оптимальную или близкую к оптимальной рабочую температуру двигателя, то есть диапазон рабочей температуры двигателя может быть сужен.
[0155] При других стратегиях управления работа водяной помпы может быть признана необходимой даже в тех случаях, когда температура двигателя не находится в оптимальном рабочем диапазоне. Так, например, в некоторых ситуациях работа водяной помпы может быть целесообразной, чтобы тепло охлаждающей жидкости могло быть использовано для обогрева салона или для обдува горячим воздухом ветрового стекла для размораживания льда. Еще одним примером, когда целесообразной является постоянная работа водяной помпы, являются условия крайне низких температур, так чтобы охлаждающая жидкость в каких-либо частях системы охлаждения не замерзла.
[0156] Такие альтернативные стратегии управления могут запускаться различными способами. Так, например, транспортное средство может быть оборудовано переключателем, позволяющим системе охлаждения работать в первом режиме, при котором приоритет отдается стратегии управления, которая обеспечивает минимальный удельный расход топлива и/или сокращение выбросов в атмосферу, и во втором режиме, при котором приоритет отдается стратегии управления работой водяной помпы, обеспечивающей максимальный комфорт пассажиров (в отличие от первого режима). В альтернативном воплощении транспортное средство может быть оборудовано блоком управления, принимающим различные входные сигналы и выбирающим наиболее подходящую стратегию работы водяной помпы. Такие входные сигналы могут содержать температуру воздуха, состояние работы компрессора системы кондиционирования воздуха и/или данные системы климат-контроля. В одном из воплощений может использоваться первая стратегия управления, которая обеспечивает минимальный удельный расход топлива и/или сокращение выбросов в атмосферу, независимо от установок системы климат-контроля автомобиля, если температура воздуха выше первого установленного порога, например 25°С (77°F); вторая стратегия управления, обеспечивающая оптимальный компромисс между расходом топлива, и/или выбросами в атмосферу, и эффективностью работы системы размораживания ветрового стекла, если система климат-контроля включена в режиме размораживания ветрового стекла и температура воздуха ниже первого порогового значения, но выше второго порогового значения; третья стратегия управления, обеспечивающая оптимальный компромисс между расходом топлива, и/или выбросами в атмосферу, и эффективностью работы системы обогрева салона, если система климат-контроля включена в режим обогрева, а температура воздуха ниже первого порогового значения, но выше третьего порогового значения; четвертая стратегия управления, обеспечивающая оптимальный компромисс между расходом топлива, и/или выбросами в атмосферу, и эффективностью работы систем размораживания ветрового стекла и обогрева салона, если система климат-контроля включена в режим одновременного обогрева салона и размораживания ветрового стекла, и температура воздуха меньше четвертого порогового значения, но больше пятого порогового значения; пятая стратегия управления, обеспечивающая максимальную мощность размораживателя ветрового стекла и системы обогрева салона, если обе они включены, а температура воздуха ниже шестого порогового значения; шестая стратегия, при которой водяная помпа работает в «пульсирующем» режиме, то есть в течение коротких промежутков времени, при наступлении определенного набора условий. Такой набор условий, при которых включается шестая стратегия управления, включает, например, такие ситуации, когда температура воздуха меньше некоторого определенного порогового значения, например -40°С, и двигатель «холодный» (то есть температура охлаждающей жидкости меньше требуемой). При работе в данном режиме включение в работу водяной помпы может производиться, если будет обнаружено, что температура охлаждающей жидкости (в блоке цилиндров) превышает определенное значение, например 70°С. Длительность времени работы помпы может быть фиксированной, или же переменной, определяемой на основании прочих критериев (например, если измеренная температура охлаждающей жидкости в блоке цилиндров меньше еще одного порогового значения, например 15°С). «Пульсирующая» работа водяной помпы может смягчать тепловой удар на двигатель. Работа в шестом режиме может быть прекращена (и включен другой режим), если температура охлаждающей жидкости не падает ниже определенного значения (например, 15°С или 20°С) в течение установленного промежутка времени, пока работает водяная помпа. «Пульсирующая» работа водяной помпы (или иной принадлежности с механизмом сцепления) может использоваться и для других целей (например, для удаления воздуха из системы охлаждения после слива и замены охлаждающей жидкости). Кроме того, могут использоваться и другие режимы работы, например, для целей диагностики и/или обслуживания, и в данных режимах механизм сцепления может быть постоянно включенным, постоянно выключенным или переключаемым из включенного состояния в выключенное при выполнении определенного условия, например, истечение определенного промежутка времени, который может быть фиксирован или введен оператором, выполняющим обслуживание, или же механизм сцепления может быть вручную включаемым и выключаемым оператором.
[0157] Кроме того, выключение механизма сцепления водяной помпы или другой принадлежности при пуске двигателя уменьшает инерционность двигателя, что в свою очередь уменьшает величину крутящего момента, требующегося для пуска двигателя. Благодаря этому может быть уменьшена мощность электродвигателя или стартера и/или повышен срок службы стартера.
[0158] Предвидится, что дополнительные преимущества от отключения сцепления принадлежности могут быть получены, если оно производится на короткие промежутки времени во время резкого разгона автомобиля, для снижения нагрузки на двигатель при ускорении. Как только разгон закончен, или если работа основной части принадлежности становится необходимой (например, если принадлежность является водяной помпой, а температура двигателя превышает установленное значение), механизм сцепления приводимой в движение принадлежности может быть снова включен.
[0159] Кроме того, предвидится, что использование таких усовершенствованных стратегий управления может избавить от необходимости в термостате в конструкции системы охлаждения, в результате чего устраняется компонент, который может стать причиной отказа системы охлаждения, и устраняются затраты на термостат. При использовании таких усовершенствованных стратегий управления двигатель может быть оборудован многочисленными датчиками температуры, определяющими температуру определенных частей двигателя (например, головки цилиндров и прочих), и данные датчики могут передавать свои сигналы на блок управления двигателем (ECU), который обрабатывает эти сигналы и определяет, включать или выключать сцепление водяной помпы. Однако сведущим в данной области техники будет очевидно, что использование многочисленных датчиков температуры (вместо одного датчика, который обычно используется) и блока управления двигателем, принимающего большее количество сигналов, может привести к увеличению стоимости установки на автомобиль системы управления, в которой реализована такая сложная стратегия управления.
[0160] Однако изобретателями было определено, что сложная стратегия управления водяной помпой, то есть с использованием специальных режимов работы не только в случае пуска холодного двигателя, может быть реализована без использования многочисленных датчиков температуры и подачи их сигналов на блок управления двигателем. В частности, изобретатели определили, что может быть определена комплексная тепловая характеристика двигателя и сохранена в блоке управления двигателем, и на основании этой характеристики блок управления двигателем может правильно управлять работой водяной помпы. В рамках проектирования двигателя и/или автомобиля опытный образец двигателя может быть хотя бы грубо обследован с помощью приборов для определения температуры критических его компонентов при различных условиях эксплуатации, таких как различные температуры воздуха, работа под различными нагрузками, различные режимы работы принадлежности (например, кондиционирование воздуха включено или выключено), температура охлаждающей жидкости и прочие. Полученный набор результатов измерения температуры и соответствующие им условия работы, а также прочие параметры могут затем использоваться для составления комплексной тепловой характеристики двигателя и автомобиля, и она может быть использована для всех изготавливаемых образцов данного двигателя и автомобиля.
[0161] Приборная оснастка для составления комплексной тепловой характеристики может включать термисторы, термопары, прочие датчики контактного типа и/или тепловизоры. Однако для составления более менее полной комплексной тепловой характеристики двигателя может потребоваться достаточно большое число датчиков, и, кроме того, для их установки в опытном образце двигателя может потребоваться сверление большого числа отверстий. Кроме того, на некоторые части двигателя, например на движущиеся или пластмассовые части, установить датчик может быть невозможно. Для решения данной проблемы, как считают изобретатели, комплексная тепловая характеристика двигателя может быть составлена с использованием, частично или полностью, бесконтактных датчиков, например, путем сканирования внешней поверхности двигателя с помощью инфракрасного термографа, и полученное с его помощью изображение может быть использовано для определения температуры внешних поверхностей двигателя. Можно ожидать, что использование инфракрасной термографии позволит быстрее, достовернее и дешевле получить тепловые характеристики, чем в случае использования контактных датчиков.
[0162] Независимо от того, каким способом получена тепловая характеристика, в идеале условия и параметры работы двигателя, при которых снята характеристика, должны соответствовать информации (нагрузка на двигатель, расход топлива, температура воздуха, температура охлаждающей жидкости, обороты двигателя, положение дроссельной заслонки, включенная передача), которая уже собирается блоком управления двигателя. В таком случае блок управления двигателем, присутствующий в каждом двигателе транспортного средства, может использовать комплексную тепловую характеристику как таблицу для сверки, и на основании собираемой им информации определять, нужно ли отключать водяную помпу и когда нужно ее отключать, и в этом случае на автомобиле не требуется установка множества дополнительных датчиков.
[0163] Кроме того, предвидится, что в качестве дополнительной меры безопасности питание цепи электромагнита может быть защищено от отказа путем использования конфигурации с дублированием источника питания. В частности, иногда выходы блока управления двигателем могут отказать, оставшись в состоянии «включено» (то есть могут остаться включенными постоянно). Если электромагнит механизма сцепления в соответствии с настоящим изобретением подключен к земле с одной стороны и к источнику положительного напряжения блока управления двигателем с другой стороны, и в блоке управления происходит отказ с постоянно включенным состоянием данного вывода, механизм сцепления останется в выключенном состоянии, в результате чего двигатель перегреется и будет поврежден из-за того, что соответствующая принадлежность не работает.
[0164] Для снижения вероятности такого отказа электромагнит 166 механизма СА может быть подключен источнику положительного напряжения - выводу 900 блока 902 управления двигателем и источнику 904 земли блока 902 управления двигателем, как показано на фиг.22. Так как для управления работой электромагнита может использоваться относительно малый ток, выводы 900 и 904 могут быть от полевых транзисторов, а не от реле. В таком случае электромагнит может быть включен только если оба выхода 900 и 904 функционируют и соответственно могут быть подключены к  источнику положительного напряжения и к земле. Сведущим в данной области техники будет очевидно, что если любой из выходов 900 и 904 откажет, оставаясь во включенном состоянии, второй выход все же сможет отключить питание электромагнита 166 и предотвратить нежелательное постоянное отключение сцепления. В альтернативных воплощениях для управления подачей электрической мощности на электромагнит 166 может использоваться и единственный выход, как показано на фиг.23.
[0165] Из сказанного выше будет очевидно, что в настоящем изобретении предлагается надежный и относительно дешевый механизм сцепления, который позволяет энергетически эффективным способом включать и выключать шкив, звездочку или шестерню от приводного вала приводимой в движение принадлежности. Механизм сцепления может быть включен в ответ на приложение тягового момента к ведущему хвосту свернутой пружины, в результате чего пружина разворачивается и входит в зацепление с внутренней поверхностью сцепления приводного элемента. Относительное вращение первой вращающейся части сцепления, необходимое для вхождения свернутой пружины с приводным элементом, и выхода ее из такого зацепления, может быть достигнуто за счет включения (или выключения) питания электромагнита, или с помощью электрического соленоида, гидравлического или пневматического исполнительного механизма и прочего. И хотя в данном изобретении в основном предполагается использование исполнительного элемента, перемещающегося в осевом направлении, который в процессе срабатывания исполнительного механизма может притягиваться к электромагниту или отталкиваться от него для включения и/или выключения свернутой пружины, предусматривается также, что в альтернативных воплощениях втягивающая функция может включаться и иными способами, включая использование муфты (например, вязкостной муфты), через которую передается только относительно малый крутящий момент, так что такая муфта будет предназначена только для выполнения функции втягивающего устройства и не будет предназначена для передачи всей вращательной мощности, передаваемой от вводного элемента к основной части принадлежности. Кроме того, явно предполагается, что в альтернативных воплощениях исполнительный механизм может перемещаться, вызывая расширение или сжатие тягового элемента в радиальном направлении, в результате чего последний входит в зацепление с иной структурой (или выходит из зацепления с ней), вырабатывая управляющий крутящий момент или прекращая его вырабатывать в соответствии с целесообразностью.
[0166] В некоторых воплощениях работа механизма сцепления может быть согласована с работой прочих механизмов и систем для достижения их максимальной эффективности. Так, например, если механизм сцепления используется для селективного управления работой нагнетающего устройства (например, насоса), то управление работой данного механизма сцепления может быть согласовано с работой клапана, обеспечивающего гидравлическую связь между выходом насоса и гидравлической системой, использующей подаваемую насосом жидкость под давлением; закрытие клапана при неработающем насосе будет способствовать предотвращению вытекания жидкости под давлением обратно в насос за счет того, что между ними будет прекращена гидравлическая связь. Кроме того, могут быть достигнуты и другие преимущества в виде повышения экономичности работы двигателя за счет отключения прочих устройств, когда они не нужны (например, если механизм сцепления используется для селективной передачи вращающей мощности к генератору постоянного или переменного тока, то данный механизм сцепления может быть выключен, если батарея, подключенная к генератору постоянного или переменного тока, полностью заряжена).
[0167] Если для управления работой сцепления используется электромагнит, такой механизм сцепления может быть выполнен устойчивым к отказу, то есть так, что он будет включаться несмотря на возможный отказ катушки и/или цепи ее питания. Кроме того, передача крутящего момента от конца свернутой пружины к приводной поверхности происходит за счет приложения сжимающего усилия к пружине, что избавляет от необходимости выполнять на втором конце пружины (противоположном ведущему «хвосту») специальный «хвост» или иной элемент, что в свою очередь позволяет избежать сгибающих или растягивающих усилий, приложенных ко второму концу свернутой пружины (противоположном ведущему «хвосту»), что в целом повышает срок службы механизма сцепления. С другой стороны, в альтернативных воплощениях на втором конце свернутой пружины может быть выполнен «хвост» или иной элемент.
[0168] В механизме сцепления может использоваться свернутая пружина, номинальный внешний диаметр которой, то есть диаметр в состоянии «покоя», немного меньше диаметра взаимодействующей с ней внутренней поверхности сцепления приводного элемента, что способствует уменьшению износа поверхности пружины и внутренней поверхности сцепления, когда сцепление выключено. В случаях, когда используется тяговый элемент, он может находиться в прямом или непрямом (фрикционном) контакте с приводным элементом, так что момент, вырабатываемый за счет фрикционного зацепления, через тяговый элемент передается к первой вращающейся поверхности сцепления и далее к ведущему «хвосту» свернутой пружины.
[0169] Предусматривается также, что в механизме сцепления может использоваться пружина, номинальный внешний диаметр которой, то есть диаметр в состоянии «покоя» немного больше диаметра взаимодействующей с ней внутренней поверхности сцепления приводного элемента. В этом случае тягового элемента для увеличения диаметра пружины не требуется, потому что как только первая вращающая поверхность сцепления повернется относительно второй вращающей поверхности сцепления в свое исходное положение, пружина, вернувшись в состоянии покоя, войдет в зацепление с внутренней поверхностью сцепления приводного элемента, и это позволит ведущему «хвосту» двигаться еще более разматывая пружину.
[0170] Несмотря на то, что в каждом из приведенных выше примеров используется зацепление первой и второй тяговых поверхностей для по меньшей мере частичной выработки управляющего момента, подаваемого на свернутую пружину для приведения ее в зацепление с приводным элементом, следует заметить, что в некоторых ситуациях может быть желательно совсем не использовать тяговый элемент, работающий за счет передачи тягового усилия от первой тяговой поверхности ко второй тяговой поверхности, а положиться исключительно на постоянный фрикционный контакт между одним или более спиральных витков свернутой пружины и приводным элементом и прикладывать управляющий крутящий момент к свернутой пружине, необходимый для приведения ее в зацепление с приводным элементом.
[0171] Хотя все описанные выше воплощения включают шкив, приводимый в движение от ремня, сведущим в данной области техники будет очевидно, что вместо шкива может использоваться и другое устройство приема и передачи крутящего момента. Такие устройства включают (не ограничиваясь ими) звездочки, зубчатые колеса и валики.
[0172] Упоминание в настоящем описании конкретных величин и конкретных диапазонов величин различных параметров не исключает других величин и диапазонов величин, которые могут быть использованы в одном или более из описанных выше воплощений. Более того, предвидится, что любые два упомянутых конкретных значения конкретного параметра могут рассматриваться как крайние точки подходящего диапазона значений данного параметра (то есть упоминание первого и второго значений данного параметра следует рассматривать как то, что любая величина данного параметра, находящаяся между первой и второй величинами, является подходящей). Подобным образом предусматривается, что упоминание двух диапазонов величин какого-либо параметра (независимо от того, являются ли данные диапазоны вложенными друг в друга, перекрывающимися или не перекрывающимися) подразумевает все возможные сочетания диапазонов значений величины, определяемых конечными точками любых из указанных диапазонов.
[0173] Описанные воплощения следует рассматривать просто как примерные по своей природе и ни в кое мере как ограничивающие настоящее изобретение и возможные области его применения. Хотя выше были описаны и на чертежах изображены конкретные примеры, сведущим в данной области техники будет очевидно, в приведенные примеры могут быть внесены различные изменения, а те или иные их элементы могут быть заменены эквивалентными, без отхода от масштабов настоящего изобретения, определенных в его формуле. Более того, в рамках настоящего изобретения явно предусматривается использование различных сочетаний черт, элементов и/или функций различных воплощений, описанных выше, так что сведущим в данной области техники будет очевидно, что черты, элементы и функции одного воплощения могут, если это целесообразно, быть использованы в другом воплощении, если иное не оговорено особо. Более того, в описанные воплощения могут быть внесены многочисленные изменения, связанные с нуждами конкретного приложения или в связи с использованием конкретного материала, без существенного отхода от масштабов настоящего изобретения. Поэтому имелось в виду не ограничить настоящее изобретение конкретными примерами, описанными выше и изображенными на чертежах, как оптимальными для реализации идей настоящего изобретения, а наоборот, подразумевается, что в масштаб настоящего изобретения входят все воплощения, соответствующие приведенному выше описанию и прилагаемой формуле.