磁性过滤系统 优先权
本申请要求2002年3月14日申请的、标题为“Fibrous Filter AssemblyAnd Method”、申请序列号为10/096,902的美国专利申请的优先权。
【技术领域】
本发明总体上涉及的领域是过滤机油箱或其它液体处理系统中的液体。更具体的是，本发明涉及可以用在湿态机械系统中的过滤器，该系统例如可以不必具有任何用于循环液体的加压液体系统。此外，本发明涉及的领域是在这些系统中利用磁场，以便借助磁力从正在被过滤的液体中吸引并保留磁性粒子。
背景技术
有许多应用场合需要过滤机械系统中的液体。例如，内燃机、车辆变速器、以及齿轮箱通常都含有具有电动机润滑油或另一种适合的润滑剂的机油箱。
一些系统使用泵来循环液体，当液体在循环时泵送液体通过过滤器。但是，即使在装置有泵的系统中，有时也会在液体处理系统内有液体趋向于聚集而不流动的区域，并且在这些区域内，需要提供附加的过滤作用。
此外，有一些机械系统利用润滑、冷却和/或液压液体，其中液体不会被泵有效循环。在一些这类系统中，未提供有泵，液体循环仅仅根据内部移动部件和/或温度梯度所给予的运动。在这些系统中，仍然需要一些办法来从液体中除去污染物，特别是金属微粒污染物。这些系统的实例包括多种类型的齿轮箱，例如包括汽车差动齿轮箱。
金属微粒污染物通常由于机械系统的摩擦而产生。需要从系统中除去这些污染物，从而不会引起系统的进一步的磨损。尽管这些粒子由于沉淀而不能悬浮，但纯粹的沉淀通常不足以清除粒子。而且，即使在粒子由于沉淀而确实不能悬浮时，例如由于振动对液体的干扰可再次将粒子导入液体中。
因此，通过从液体中过滤不需要的粒子(包括特殊的金属粒子)的能力，所述液体如润滑油、差动流体、变速器流体、动力流体、制动液、防冻液，或者用于机械系统中的任何其它类型液体，有许多机械系统可得以受益。
迄今为止，公知的是将一片固体磁性材料简单地安装到含有液体的壳体的内表面上。该片固体磁性材料从磁体附近地液体中吸引磁性粒子，这些粒子朝向磁体移动。随着粒子接近磁体，磁力增大，由此进一步拉动粒子朝向磁体，直到粒子附着在磁体表面为止。这时，由于磁体表面的强大磁场，使得粒子通常趋向于保持在磁体表面上。
上述配置的缺点在于粒子仅仅借助磁力附着到磁体上。在一些示例中，业已发现，粒子较容易从磁体上脱离，并且将不令人希望地再次返回至流体。例如，如汽车部件所经常经历的突然撞击或摇晃可以解除金属粒子。此外，随着使用过滤器的时间增长，磁体的表面区域往往覆盖有磁性粒子，因此可以形成粒子膜，这样不能进一步保留粒子。
利用固体磁性材料自身的另一个缺点在于，在磁体靠近较强液体流或液体移动区域的情况下，粒子可能只被初始吸引向磁体，但是由于磁体附近的液体流动可以越过磁体进行而实际上并不附着于磁体上。而且，在较强的液体流动区域，由于振动而使粒子趋向于更易于从磁体上脱离。
由上所述，可以看出在本领域中需要一种至少可以部分克服上述一些问题的磁性过滤系统。特别是，本领域中需要这样的磁性液体过滤装置，其不仅可以从液体中理想地吸引金属粒子而且可以保留金属粒子，即使在液体流经过滤器组件时也是如此。
【发明内容】
上述需求至少在较大程度上由本发明所满足，本发明的一些实施例提供了一种过滤系统，其不仅可以理想地从液体中吸引金属粒子而且可以保留该金属粒子，即使在液体流经过滤器组件时也是如此。上述和其它特征和优点通过在此公开的新型过滤系统和方法的使用而获得。根据本发明一个实施例，用于过滤容器中液体的过滤系统设置有磁性区和基本上邻近磁性区的纤维区。
根据本发明的另一个实施例，过滤系统用于过滤容器中的液体，该系统具有带有过滤器的纤维结构区，其中至少一些纤维至少部分地由磁性材料构成。
根据本发明的再一个实施例，提供了用于过滤容器中液体的方法。该方法包括步骤：经由磁力将金属粒子吸引出液体和将被吸引的粒子捕获于纤维结构内。
根据本发明的再一个实施例，本发明提供了用于过滤容器中液体的过滤系统，其具有利用磁力将金属粒子吸引出液体的装置；和捕获被吸引的粒子的装置，该装置具有纤维结构。
已经略述了(相当宽泛地)本发明的较重要的特征，以便接下来的对其详细说明可得到更好的理解，而且使本发明的对于本领域的贡献可得到更好的认识。当然，也有本发明的附加特征，它们将在下文描述并且将形成在此所附的权利要求的主题。
关于该方面，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，要理解本发明不能将其应用局限于在下述说明中阐述或者在附图中示出的各部件的构造细节和配置中。本发明能够为其它实施方式，并且能够以各种方式进行实践和贯彻。而且，还要理解再次采用的措辞和术语以及摘要是为了说明的目的，而不能被认作有限制力的。
同样地，本领域的技术人员将意识到，本发明内容所基于的概念可被容易地当作设计用于实施本发明多个目的的其它结构、方法和系统的基础。因此，重要的是，权利要求书在不脱离本发明思想和范围的前提下，可被认为包括这些等同的构造。
【附图说明】
图1是根据本发明的过滤器组件的透视图；
图2是根据图1实施例的过滤器组件的横截面剖视图，该过滤器组件安装在液体油盘(sump pan)的表面上；
图3是根据图1和2的实施例的两个过滤器组件的横截面剖视图，其分别设置在油盘的底部和侧壁上；以及
图4是说明本发明另一个实施例的示意性剖视图，其利用了根据本发明的过滤系统与差动齿轮罩的组合。
【具体实施方式】
通常，本发明的一些实施例提供了利用两部分式过滤器的过滤系统。该两部分式过滤器包括基本上邻近磁性区的纤维区，磁性区通常设置在液体处理系统的内表面附近，纤维区延伸到要被过滤的液体中。该系统可以包括一个壳体，该壳体围绕两部分式过滤器的周边形成唇缘。在其它实施例中，磁性材料可以为纤维区自身的一部分或其全部，分立的部分是可选择的。
现在参照附图，尤其是图1和2，过滤系统的实施例包括用于从机械系统的液体容器中的液体过滤金属粒子的磁性过滤系统，以及包括第一磁性层和邻近并覆盖该磁性层的第二纤维层。
更具体的是，过滤系统10包括：两部分式过滤器12，该过滤器12具有纤维区14和金属区16；以及形成周边唇缘的周缘壳体18。图2示出了安装在机油箱壁20的内表面上的过滤系统10。
两部分式过滤器12包括纤维区14和磁性区16。在一些实施例中，纤维区14可以由膨体纤维过滤材料构成，例如公知的传统塑料膨体纤维过滤材料。这类材料通常以片状提供，可根据应用场合切割成合适的形状。
尽管图1为正方形的平面视图，但其仅仅具有说明目的，过滤器10可以是任何其它形状，如长方形或椭圆形，并且可以成形有复杂的周边，以适配在特殊形状的机油箱壁上，或者按照需要安装在其它面向液体的表面。在某些汽车应用场合中，可以利用正方形形状并且平面视图为约3英寸×3英寸的单体过滤器。一些实施例中，例如在汽车变速齿轮箱和差动齿轮的应用场合中，过滤系统10可以为约3/8英寸深。这些尺寸只是作为示例给出，其它尺寸也适用。
纤维区14基本上最接近或者可以覆盖磁性区16。纤维区14可以直接固定到磁性区16上。这可以通过胶粘、热处理或机械紧固装置完成。磁性区16通常由单片式固体磁性材料元件构成，其具有较薄的横截面。根据所选择的厚度，磁性区16可以稍微有些柔性，因此整个两部分式过滤器12都可以具有柔性，并且如果需要能够粘接并贴合(follow)到弯曲的油盘表面上。代替单个磁性区16的是，一个或多个较小的磁性区可以设置在纤维区14的表面上。
在一些实施例中，纤维区14单独由传统的塑料织物或者其它无磁性纤维织物组成。但是，在一些实施例中，磁性纤维可以嵌入纤维区14中，以提高微粒物质的吸引力和保持力(如将在此更加详细描述的)。此外，在一些实施例中，所有纤维都可以是磁性的。
形成唇缘18的壳体可被选择地围绕两部分式过滤器12的至少部分周边设置。该唇缘18至少部分沿着两部分式过滤器12的横向周边的边缘向上延伸。图2说明了向上延伸的唇缘18的高度大于磁性区16的高度，但是小于两部分式过滤器12的全高。唇缘18还可以向上延伸更多或更少的距离。如果具有的话，则形成唇缘18的壳体提供了一个侧壁，该侧壁防止粒子由于振动而脱离纤维区14的侧面或者由于液体流而被冲走。在图1-3所示的实施例中，形成唇缘的壳体18可以是塑料或金属部件，或者可以由其它合适的材料制成。
图3仅经由示例说明了根据本发明的一个或多个过滤系统10可以设置在机油箱(如，油盘20)中。如果将要被过滤的液体F含有金属粒子，那么该液体将要受到金属粒子被过滤系统10的磁性区吸引向各个过滤系统10的影响。随着粒子被吸引向过滤系统10，粒子将流入纤维区12，一般被捕获进纤维区12。
这时，粒子将通过如下两个作用之一或二者而保持和保留在过滤系统10中，如图2所示。首先，粒子接受的来自磁性区16的持续磁力将粒子保留在过滤系统10中。此外，粒子被至少部分地吸引至纤维区14的纤维中，若发生振动，粒子可被进一步吸引入其中，使得粒子自身渐渐移动到纤维区14中越来越深。当其发生时，纤维区14对于由于摇晃或振动而从系统上振松的粒子提供了阻力。
如果上面安装有过滤器10的机油箱壁20或其它表面是金属的，那么通过对机油箱壁20的简单磁性吸引作用，磁性区16可以对过滤器10提供固定力(mounting force)。但是，在一些实施例中，提供唇缘18的壳体还用于将过滤系统10机械安装到机油箱壁20上。过滤器20还可以通过机械装置恒久地或者可拆卸地附着于机油箱壁20上或者其它表面上，所述机械装置例如是紧固件、咬合配合件(snap fit)、过模制(overmo1ding)，或者将壳体18与表面一体形成。
图3示意性示出一个或多个过滤系统10可以体现为一种液体系统。过滤系统10可以水平或垂直取向，并朝上或朝下。尽管在多数优选的应用场合中，系统10可以停放在下壁上并朝上，但是在本发明中这种取向并非必要。过滤器10可以用作所谓的沉淀过滤器，特别是在水平放置于液体处理容器(如，油盘或机油箱)的水平下表面上时。
此外，尽管所示的示例包括磁性层和/或磁性纤维，但是这些细节可以省略，从而只使用无磁性的纤维区。
根据本发明的过滤系统可以用在液体系统的相对静止区域中(即，那些具有很小流速或几乎无流速的经过过滤系统10的区域)。但是，由于理想的粒子保持了由两部分式过滤器12(包括纤维区14和磁性区16)提供的性质，所以可以将根据本发明的过滤系统10用在较高速率的流体移动区域中，而不会将粒子丢失在液体流中。
尽管图3示意性示出了油盘20，但是本发明可以用在各种各样有液体参与的系统的内部湿态表面上。例如，图4的实施例表示与车轴差动齿轮系统30一起使用的过滤系统。该实施例中，典型的后部差动齿轮罩由罩件和过滤器组件32的组合体替代。该组件32包括附着到磁性区36上并且凸伸进差动液体F中的纤维区34。后罩38既用作差动齿轮的后部外罩，也用作壳体18。
装置32可以构造成一种分立的部件，其具有粘接到后罩38内侧上的磁性区36和粘接到或者保持在磁性区36上的纤维区34。后罩38在磁性和纤维区的外周边上可以具有内凸的唇缘39，以保留捕获于其中的粒子，防止粒子如上所述脱离外周边。该实施例中，后罩38可以由传统材料如金属材料制成，或者可以在一些实施例中为塑料部件。
在根据图1-4的各个实施例的实施过程中，纤维区14往往减缓流经过滤系统10的液体，因此有时促进引起悬浮的粒子被磁力(和/或取决于纤维取向的重力)吸引进纤维材料中。在一些实施例中，纤维区14可以具有分层次的密度，在靠近磁体侧较为致密，而在朝向液体侧较为松散。在纤维过滤器介质包括磁性纤维材料的实施例中，磁性纤维可以增强纤维过滤器介质的磁场强度，由此增强磁力场。在一些实施例中，纤维过滤器介质中埋置有磁性纤维，或者可以使用全部磁性的纤维材料，而根本不需要存在有磁性区16。
本发明的许多特征和优点从详细的说明中显而易见，因此，所附的权利要求书趋向于覆盖落入本发明的真实思想和范围之内的本发明的所有这些特征和优点。此外，由于对于本领域的普通技术人员来说易于进行大量的改进和变化，因此不需要将本发明限制于所说明的和所描述的精确结构和方法中，并因而，落入本发明范围之内的所有合适的改进和等价变换都可被诉诸法律。