KR100639695B1 - 점성 클러치용 분할 리저버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력 커플링 부재(11)가 제 1 입구부(first inlet port)(63)와, 상기 제 1 입구부의 방사상 바깥측으로 배치되는 제 2 입구부(67)를 한정하는 플레이트와 같은 부재(29)를 포함하는 유체 커플링 장치(fluid coupling device)에 관한 것이다. 상기 장치는 양측 입구부를 통한 흐름을 차단하는 맞물림 해제 위치(도 4)를 갖는 밸브 부재(43)를 포함한다. 밸브 부재(43)가 맞물림 해제 위치로부터 제 1 작동 위치(도 5) 쪽으로 이동함에 따라서, 제 1 입구부(63)는 개방되는 반면에, 제 2 입구부(67)는 폐쇄된다. 밸브 부재의 연속 이동은 제 2 입구부(67)의 점진적인 개방을 발생시킨다. 끝으로, 제 2 입구부(67)로부터 방사상 바깥측으로 제 3 입구부(73)가 있으며, 밸브 부재(43)가 더 이동하면 결국 제 3 입구부를 개방한다. 밸브 부재가 이동함에 따라서, 제 1 입구부를 개방한 후, 상기 밸브 부재는 데드 밴드 영역(dead band region)(D1)을 통해 지나고, 그리고 나서 제 2 입구부를 개방한 후, 상기 밸브 부재는 데드 밴드 영역(D2)을 통해 지나며, 상기 두 가지의 경우에서 원하는 양의 유체가 작동 챔버(35) 내로 유체 교류되는 것을 보장하도록 돕는다.

Description

점성 클러치용 분할 리저버{SEGMENTED RESERVOIR FOR VISCOUS CLUTCHES}

도 1은 본 발명의 가르침에 따라 만들어진 유체 커플링 장치의 축 방향 부분 횡단면도.

도 2는 본 발명의 밸브 플레이트를 상세히 도시하는, 도 1과 유사한 축 방향 부분 확대 횡단면도.

도 3은 본 발명의 밸브 부재를 상세히 도시하는, 도 1과 유사하고 도 2와 같은 비율의 축 방향 부분 확대 횡단면도.

도 3a는 주로 본 발명의 밸브 암을 도시하도록 포함되는, 도 1 보다 다소 큰 비율의, 부분 평면도.

도 4는 본 발명의 밸브를 상기 밸브의 맞물림 해제 위치에 도시하는, 도 1과 유사한, 축 방향 부분 확대 횡단면도.

도 5는 도 4와 유사하지만, 밸브가 조정 작동 위치에 있는, 축 방향 부분 확대 횡단면도.

도 6은 도 4 및 도 5와 유사하지만, 밸브 부재가 맞물림 작동 위치에 있는, 축 방향 부분 확대 횡단면도.

도 7은 본 발명의 작동과, 상기 관련되는 다양한 유체 부분을 도시하는, 밸브 플레이트의 다소 개략적인 표시와 함께 정렬되는, 팬 속도 대 밸브 위치를 도시 하는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11: 입력 커플링 부재 13: 출력 커플링 조립체

15: 하우징 부재, 하우징, 또는 커플링 부재 17: 커버 부재

19: 나사 보어 21: 입력 샤프트

25: 플랜지 29: 플레이트와 같은 부재

31: 인클로저 부재 33: 유체 리저버 챔버

45: 삽입 부재, 또는 볼트 47: 전기자

49: 보어 50: 편심 스프링

53: 베어링 세트 55: 코일, 또는 전자기 코일

57: 전기선 59: 점성 전단 공간

63: 제 1 입구부 67: 제 2 입구부

본 발명은 점성 유체 커플링(viscous fluid couplings)에 관한 것으로, 더 자세하게는 오픈 루프 방식으로 점성 유체 커플링의 맞물림 또는 맞물림 해제를 제어하는 것이 요구되는, 차량의 라디에이터 냉각 팬을 구동하는데 사용되는 이와 같은 커플링에 관한 것이다.

점성 유체 커플링은 특히 승용차 및 경량 트럭과 같은 차량에서, 차량의 라 디에이터 냉각 팬을 구동하는데 수년간 상업적으로 사용되어 왔다. 이런 커플링은 각각, 라디에이터의 냉각을 위해, 필요 또는 필요 없음을 표시하는 감지된 온도 상태에 따라서, 맞물림 상태 또는 맞물림 해제 상태 중 어느 하나로 작동할 수 있기 때문에, 이런 점성 커플링은 널리 사용되어 왔다. 상업적으로 사용되고 있는 대부분의 커플링(점성 팬 구동장치)은 적절하게, 맞물림 상태 또는 맞물림 해제 상태를 얻기 위해, 팬 구동장치에 인접하는 주변 공기 온도를 감지하고, 감지된 온도에 응답하여 팬 구동장치 내의 밸브를 제어하는 몇 가지 형태의 온도-감지 바이메탈 요소를 포함한다.

차량에 대한 특정의 적용 기술에 있어서, 라디에이터로 들어가는 액상 냉각제의 온도를 직접 감지하고, 냉각제 온도에 응답하여 점성 팬 구동장치 내의 밸브를 제어하는 것이 바람직해졌으며, 이로써 주변 공기 온도만을 감지하는 종래의 팬 구동장치와 비교할 때, 팬 구동장치의 응답성은 개선된다.

전형적으로, 감지된 온도(예를 들면, 라디에이터에서 "상부 탱크" 온도)는 전기 신호로 전환되어지며, 몇몇 종류의 전기 또는 전자 기계적 수단에 의해 밸브의 운동을 제어하는데 사용되어졌다. 이런 점성 유체 커플링의 예는 본 발명의 양수인에게 양도되고 여기에 참조로 병합된 미국 특허 번호 제US 5,152,383호에 설명되고 기술되었다.

전자기적으로 제어되는 점성 유체 커플링에 있어서, 실제 팬 속도를 감지하고, 그에 따라서 차량의 마이크로프로세서로 전송되는 상응하는 피드백 신호를 발생시키는 것이 필요한 것으로 고려되어졌다. 이런 피드백 신호는 커플링의 밸브를 제어하는 전자기 수단으로 보내지는 주 명령 신호를 변경시키는데 사용된다. 다시 말해서, 이러한 점성 유체 커플링 장치는 일반적으로 제어 기술 분야의 당업자에 의해 이해되는 용어 "클로우즈드 루프(closed loop)" 타입의 제어 시스템에 의해 제어되어 왔다. 이러한 클로우즈드 루프 제어는 적절하게, 커플링의 맞물림 또는 맞물림 해제를 달성하는 것에 관해서, 우수한 성능을 제공할 수 있다. 그렇지만, 실제 팬 속도를 감지하고 피드백 신호 등을 제공하는 것이 요구될 때 실제적으로 커플링과 상기 커플링의 제어 시스템의 비용 및 복잡성이 추가된다.

따라서, 본 발명의 목적은 클로우즈드 루프 제어 시스템의 비용과 복잡성 없이, 출력 커플링 속도(팬 속도)가 정확히, 전기 입력 신호에 대해 제어될 수 있으며, 즉 출력 커플링 속도가 "오픈 루프(open loop)" 방식으로 커플링을 제어함에 의해 제어될 수 있는 개선된 점성 커플링 장치를 제공하는 것이다.

점성 커플링의 정확한 오픈 루프 제어를 달성하는 어려움에 대한 이유 중의 하나는 커플링의 밸브에 대해 주어진 입력 레벨에 대한 작동 챔버 내의 유체 충진 레벨의 예측성이 부족하다는 것이다. 종래의 커플링 장치에서 이런 예측성 부족에 대한 하나의 이유는 유체 충진 레벨이 입구부(inlet port)에서의 충진 속도와 펌프 출구부(out port)에서의 배출 속도의 사이에서 시도되는 균형치를 나타내기 때문이다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 종래의 커플링 장치에서, 유체 리저버가 출력 부재 내에 배치되고, 출력 속도로 회전하기 때문에, 충진 속도는 전형적으로 커플링 장치의 출력 속도의 함수이다.

그러므로, 본 발명의 다른 목적은 종래 기술의 커플링 및 제어 시스템에서 가능한 것 보다 작동 챔버 내의 충진 레벨(출력 속도)과 밸브에 대한 입력 신호의 사이에서 더 예측 가능한 관계에 있는 개선된 밸브를 구비하는 개선된 유체 커플링 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 관련된 목적은 유체 리저버 내의 압력을 출력 속도와 독립적이게 함으로써, 즉 리저버-인-클러치(reservoir-in-clutch) 타입의 커플링 장치를 제공함으로써 출력 속도 대 입력 신호 관계의 예측 가능성을 개선하는 것이다.

본 발명의 다른 관련된 목적은 임의의 팬 속도, 특히 임의의 팬의 중간 속도를 정확히, 다양한 부품의 공차와 다소 독립적인, 유체 리저버의 설계 (기하학)에 의해, 입력 신호의 함수로서 유지시킬 수 있도록 하는 것이다.

수년 동안, "조정(modulation)" 능력을 갖는 밸브를 제공하는 것이 점성 커플링 기술 분야에 공지되어 있다. 이러한 능력은 본 발명의 양수인에게 양도되고 여기에 참조로 병합된 미국 특허 번호 제US 3,227,254호에 설명되고 기술되어 있다. 조정 유체 커플링 장치에 있어서, 충진 포트를 갑자기 개방하여, 밸브 위치에 대해 상대적으로 높은 이득 율의 출력 속도가 발생하기 보다는, 밸브의 개방은 밸브 입력 속도에 대해 낮은 이득 율의 출력 속도가 되도록, 더 넓은 입력 범위에 걸쳐서 발생한다. 불행하게도, 몇몇의 조정 타입의 유체 커플링 장치에서 조정 능력을 제공하고자 하는 바램은 요구되는 피크 속도와 같은, 어떤 다른 중요한 성능 특성의 달성을 간섭하거나 방해하는 것이 관측되어 왔다.

따라서, 본 발명의 추가적인 목적은 다른 요구되는 성능 특성을 여전히 달성 할 수 있는 동시에 양호한 조정 성능을 달성할 수 있는 조정 타입의 개선된 유체 커플링 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적 및 다른 목적은 회전 축을 한정하는 제 1 회전 가능 커플링 부재, 및 인클로저 수단과 제 1 커플링 부재의 사이에 유체 챔버를 한정하도록 제 1 커플링 부재와 결합되는 인클로저 수단을 포함하는 타입의 개선된 유체 커플링 장치를 제공함에 의해 달성된다. 밸브 수단은 유체 챔버를 유체 작동 챔버와 유체 리저버 챔버로 분리시키도록 배치된다. 제 2 회전 가능 커플링 부재는 유체 작동 챔버 내에 배치되고 제 1 커플링 부재에 대해 회전할 수 있다. 하나 이상의 제 1 커플링 부재와 인클로저 수단은 이들 사이에 점성 전단 공간(viscous shear space)을 한정하도록 제 2 커플링 부재와 상호 작용한다. 밸브 수단은 리저버 챔버와 작동 챔버 사이의 유체 흐름을 제어하도록 작동할 수 있으며 미리 설정된 조건의 변화에 응답하여 밸브 수단의 작동에 영향을 주도록 밸브 수단과 결합되는 제어 수단을 포함한다. 밸브 수단은 리저버 챔버로부터 작동 챔버로 유체 흐름을 허용하도록 배치되는 유체 입구부를 한정하는 플레이트와 같은 부재를 포함한다. 밸브 수단은 제어 수단과 작동 가능하게 결합되는 이동 가능 밸브 부재를 포함한다.

개선된 유체 커플링 장치는 제 1 입구부와 상기 제 1 입구부의 방사상 바깥측으로 배치되는 제 2 입구부를 한정하는 플레이트와 같은 부재를 특징으로 한다. 이동 가능 밸브 부재는 상기 제 1 입구부와 제 2 입구부를 통한 흐름을 차단하는 맞물림 해제된 위치인 상기 이동 가능 밸브 부재(43)가 상기 플레이트와 같은 부재(29)의 바로 옆에 위치하여, 이들 사이의 표면과 접하게 되는 위치를 갖는다. 밸브 부재가 상기 맞물림 해제된 위치로부터 제 1 작동 위치인 상기 이동 가능 밸브 부재(43)가 상기 맞물림 해제된 위치로부터 상기 회전 축(A)을 따라 왼쪽으로 이동하여 상기 제 2 입구부(67)를 계속 덮으면서 상기 제 1 입구부(63)를 개방하게 되는 위치 쪽으로 이동함에 따라서, 제 2 입구부가 닫혀진 상태로 있는 동안에 제 1 입구부가 개방되도록 밸브 부재는 구성된다. 밸브 부재가 상기 제 1 작동 위치로부터 제 2 작동 위치인 상기 이동 가능 밸브 부재(43)가 상기 제 1 작동 위치로부터 상기 회전 축(A)을 따라 왼쪽으로 이동하여 상기 제 2 입구부(67)를 점차적으로 개방하게 되는 위치로 이동함에 따라서, 제 2 입구부는 점진적으로 개방된다.

본 발명을 한정하도록 의도되지 않은, 도면을 이제 참조로 하면, 도 1은 본 발명을 이용하는 타입의 유체 커플링 장치(점성 팬 구동장치)의 한 가지 바람직한 형태를 도시한다. 도 1에 도시된 유체 커플링 장치는 일반적으로 도면 번호 11로 표시되는, 입력 커플링 부재와, 일반적으로 도면 번호 13으로 표시되는 출력 커플링 조립체를 포함한다. 출력 커플링 조립체(13)는 하우징 부재, 하우징, 또는 커플링 부재(바디)(15)와 커버 부재(17)를 포함하며, 상기 부재(15,17)는 당업자에게 잘 공지된 방식으로, 부재(15,17)의 바깥 주변 쪽으로 배치되는 다수의 볼트(B)에 의해 함께 고정된다. 유체 커플링 장치는 액냉식 엔진(미도시됨)에 의해 구동되도록 적합하게 되어 있으며, 이는 다시, 볼트(미도시됨)를 수용하도록 적합하게 되어 있는, 다수의 나사 보어(19)에 의해 하우징 부재(15)에 부착될 수 있는 라디에이터 냉각 팬(또한 미도시됨)을 구동한다. 그렇지만, 본 발명의 사용은 이후에 특히 언급되는 것을 제외하고는, 유체 커플링 장치의 어떤 특정한 구조, 또는 유체 커플링 장치의 어떤 특정한 적용 기술에 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다.

유체 커플링 장치는 바람직하게는, 삽입 부재(23)에 의해 입력 커플링 부재(11)가 장착되는 입력 샤프트(21)를 포함한다. 입력 샤프트(21)는 전형적으로 엔진 워터 펌프(미도시됨)의 맞물림 플랜지에 볼트 결합될 수 있는 플랜지(25)에 의해 회전 가능하게 구동된다. 입력 샤프트(21)는 하우징 부재(15)의 내측 직경부 에 안착되는, 베어링 세트(27)의 인너 레이스(inner race)를 위한 지지대의 기능을 한다. 입력 샤프트(21)와 삽입 부재(23)의 전방 단부는 예시만을 위해, 입력 커플링 부재(11)의 일부분을 포함하는, 플레이트와 같은 부재(29) 내에 수용된다. 본 발명의 상세한 측면에 따라서, 플레이트와 같은 부재(29)는 뒤이어 기술되는, 커플링 밸브 수단의 일부분을 또한 포함한다. 그러므로, 입력 샤프트(21)의 회전은 입력 커플링 부재(11)의 회전을 발생시킨다.

본 발명의 필수적인 특성은 아닐지라도, 주 실시예는 "리저버-인-클러치" 타입의 유체 커플링 장치이다. 상기 단부에, 인클로저 부재(enclosure member)(31)는 예를 들면, 입력 커플링 부재(11)(도 3a 참조) 내의 개구부(32)를 통해 지나는 볼트 또는 리벳에 의해, 입력 커플링 부재(11)의 전방 표면에 부착된다. 상기 인클로저 부재(31)는 유체 리저버 챔버(33)를 한정하도록 플레이트와 같은 부재(29)와 상호 작용한다. 도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 커플링 장치가 회전할 때, 그리고 도 4의 맞물림 해제 위치에서, 실제적으로 장치 내의 모든 유체는 환형의 리저버 챔버(33) 내에 담겨질 것이다. 플레이트와 같은 부재(29)와 하우징(15) 사이의 공간은 작동 챔버(35)의 일부분을 포함하며, 작동 챔버의 나머지 부분은 하우징(15)과 커버(17)의 사이에 한정되는 유체 챔버를 포함한다. 펌핑 요소(와이퍼)(37)는 작동 챔버(35)의 바깥 주변 쪽으로 배치되며, 상기 펌핑 요소(37)의 기능은 당업자에게 잘 공지된 바와 같이, 입력 커플링 부재(11)와 출력 커플링 조립체(13) 사이의 속도 차{"슬립 속도(slip speed)"}에 응답하여, 작동 챔버로부터 유체를 펌핑하는 것이다. 펌핑된 유체는 축 방향 통로(39)를 통해, 그리고 나서 방사상의 통로(41)를 통해 흐르며, 그 결과 펌핑된 유체는 방사상 내측으로 흐르며, 그리고 나서 원심력에 의해, 유체 리저버 챔버(33) 내로 방사상 바깥측으로 흐른다.

일반적으로 도면 번호 43(또한 도 3a 참조)으로 지정되는, 축 방향으로 이동 가능 밸브 부재는 유체 리저버 챔버(33) 내에 배치되며, 상기 밸브 부재는 볼트(45)에 의해 전기자(armature)(47)의 전방 단부에 부착된다. 상기 전기자(47)는 입력 샤프트(21)에 의해 한정되는 보어(49) 내에서 축 방향으로 이동 가능하며, 밸브 암(43)과 전기자(47)의 조합체는 편심 스프링(50)에 의해 전방으로(도 1의 좌측으로) 치우친다. 베어링 세트(53)에 의해 입력 샤프트(21)에 대해 지지되는, 액추에이터 하우징(51)은 입력 샤프트(21)의 후방 단부(도 1의 우측 단)에 대해 배치된다. 다소 개략적으로 도면 번호 57로 지정되는, 한 쌍의 전기 선(electrical leads)에 의해서, 입력 신호를 수신하며 코일(55)에 전류를 인가하는, 전자기 코일(55)이 입력 샤프트(21)와 액추에이터 하우징(51)의 사이에 배치된다. 이런 일반적인 타입의 장치는 본 발명의 양수인에게 양도되고 여기에 참조로 병합된 미국 특허 번호 제US 4,305,491호로부터 알 수 있다. 더 상세히 설명하면, 상기 제어 수단은 전기자(47)와 전자기 코일(55)을 포함한다. 한 쌍의 전기 선(57)을 통한 전기 신호의 강도에 따라, 전자기 코일(55)은 솔레노이드처럼 작동하여 대응하는 자계를 대부분 전자기 코일(55) 내에 형성하고, 이후에 전기자(47)를 회전 축(A)을 따라 오른쪽으로 당기고, 상기 전기자(47)는 자성 물질 중 하나로 만들어진다. 여기에 도시된 전기자(47)와 코일(55)의 장치는 예시만을 위해 존재하며, 그리고 본 발명의 범위 내에서, 다양한 다른 수단이 밸브 부재(43)를 작동시키도록 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 이러한 작동은 다양한 기계, 유압, 및 공압 장치 뿐만 아니라 다양한 다른 전자기 장치에 의해 달성될 수 있다. 게다가, 본 발명의 범위 내에서, 밸브 부재(43)의 작동은 커플링의 후방(도 1의 우측 단) 또는 커플링의 전방(도 1의 좌측 단)으로부터 행해질 수 있다.

주 실시예에서, 그리고 예시만을 위해, 입력 커플링 부재(11)는 다수의 환형 랜드(lands)를 한정하는 전방 표면, 및 다수의 환형 랜드를 또한 한정하는 후방 표면을 포함한다. 커버 부재(17)와 하우징 부재(15)의 인접 표면은 일반적으로 도면 번호 59로 표시되는 꾸불꾸불한-형상의 점성 전단 공간을 한정하도록, 입력 커플링 부재(11)에 의해 한정되는 랜드들과 서로 맞물리는 다수의 환형 랜드를 각각 형성한다. 단순화를 위해, 커플링 장치의 "바닥(bottom)" 절반부를 모두 도시하지 않았다는 것을 도 1에서 주의해야 한다.

밸브(valving)

이제 주로 도 2를 참조로 하면, 본 발명의 한 가지 중요한 측면이 기술될 것이다. 플레이트와 같은 부재(29)는 전방 횡단 표면(61)을 한정한다. 여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "횡단"은 일반적으로 회전 축(A)(도 1 참조)에 대해 수직하다는 것을 의미한다. 상기 부재(29)는 부재(29)를 통한 표면(61)으로부터 작동 챔버(35) 쪽으로 이어진, 유체 입구부(63)를 한정한다. 도 3a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 밸브 부재(43)는 3개의 개별 밸브 암을 구비한다. 그러므로, 밸브의 설명에서, 3개의 밸브 암의 각각과 결합되어 기술되는 다양한 포트들 중의 하나가 있다. 포트가 입구부(63)로부터 방사상 바깥측으로 배치되기 때문에, 상기 부재(29)는 부재(29)를 통해서 표면(65)으로부터 그리고 또한 작동 챔버(35) 내로 이어진 유체 입구부(67)를 구비하는, 일반적으로 원통 표면(65)을 한정한다. 바람직하게는, 입구부(67)는 그런대로 어느 정도의 상당한 축 방향 확장부를 가지며, 상기의 이유 는 하기의 설명으로부터 자명해질 것이다. 상기 부재(29)는 표면(65)으로부터 일반적으로 다른 원통 표면(71)으로, 방사상 바깥 쪽으로 이어진, 다른 횡단 환형 표면(69)을 한정한다. 최종적으로, 부재(29)는 표면(71)으로부터 방사상 바깥측 점성 전단 공간(59)의 시작부 쪽으로 이어지는 유체 입구부(73)를 한정한다. 특정 위치, 배향, 및 다양한 표면의 배치와 방금 기술된 포트가 본 발명의 필수적인 특징이 아니라는 것을 주의해야 한다.

이제 주로 도 3 및 도 4를 참조로 하면, 밸브 부재(43)는 횡단 표면(75)을 한정하는 방사상의 바깥 밸브 부분(74)을 포함한다. 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 밸브 부재(43)가 맞물림 해제 위치에 있을 때, 횡단 표면(75)은 횡단 표면(61)과 면-대-면의 맞물림으로 배치된다. 밸브 부분(74)은 원통 표면(65)과 슬라이딩 맞물림을 위해 배치되는, 일반적으로 원통 표면(77)을 또한 한정한다. 도 3a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 밸브 부분(74)은 개별 밸브 암의 각각과 일체로 형성되는, 환형 부재의 형태인 것이 바람직하다. 밸브 부분(74)은 밸브 암(43)이 도 4의 맞물림 해제 위치에 있을 때 환형 표면(69)과 맞물림을 위해 배치되는, 환형 횡단 표면(79)을 한정한다. 최종적으로, 밸브 부분(74)은 원통 표면(71)과 슬라이딩 맞물림을 위해 배치되는, 일반적으로 원통 바깥 표면(81)을 한정한다.

그러므로, 도 4의 맞물림 해제 위치의 밸브 암(43)에 의해, 횡단 표면(75)은 입구부(63)를 통한 유체 흐름을 차단하며, 원통 표면(77)은 입구부(67)를 통한 유체 흐름을 차단하며, 원통 표면(81)은 유체 입구부(73)를 통한 유체 흐름을 차단한다. 당업자에 의해 이해되어지는 바와 같이, 도 4의 맞물림 해제 위치의 밸브 부재(43)에 의해, 리저버 챔버(33) 내의 유체 레벨{"메니스커스(meniscus)"}은 도 4 및 도 7에서 "M1"으로 표기된 선으로 나타내질 수 있으며, 즉 리저버는 상기 M1 선의 방사상 내측으로 이어지는 유체의 환형부(annulus)를 포함한다. 예시만을 위해, 적합한 전기 선(57) 상의 신호에 의한 코일(55)의 전류 인가는 스프링의 편심 력에 반해서, 전기자에 편심 력을 가한다. 따라서, "최대" 전기 선(57) 상의 신호는 밸브 암(43)이 도 4에 도시된 맞물림 해제 위치로 치우치게 하는데 필요하다.

이제 주로 도 5를 참조로 하면, 온도(또는 다른 작동 상태)가 증가함에 따라서, 전기 선(57) 상의 감소 신호는 코일(55)로 송신되며, 그 결과 스프링(50)은 밸브 암(43)을 더 좌측으로, 도 4의 맞물림 해제 위치로부터 도 5에 도시된 작동 위치 쪽으로 치우치게 하기 시작한다. 제 1 작동 위치에서, 유체 입구부(63)는 신속히 개방되는데, 이는 횡단 표면(75)이 입구부(63)의 횡단 방향으로 배향되는 입구부로부터 멀리 축 방향으로 이동하기 때문이다. 입구부(63)가 개방되자 마자, 유체의 상당한 양이 입구부(63)를 통해 흐르며, 그에 따라서 작동 챔버(35)(도 5의 화살표 참조)를 통해, 그리고 잘 공지된 방식으로 후방 랜드와 그루브 영역 안으로 방사상 바깥측으로 흐른다. 전형적으로, 후방 랜드와 그루브 영역으로 들어가는 유체는 입력 커플링 부재(11) 내의 적합한 개구부를 통해 전방 랜드와 그루브 영역으로 흐를 수 있을 것이다. 도 5 및 도 7에 도시된 유체 레벨 선 M2는 일단 입구부(63)가 완전히 개방되지만, 입구부(67)가 개방을 시작하기 전, 리저버(33) 내의 유체 레벨을 나타낸다. 본 발명의 한 가지 중요한 측면에 따라서, 그리고 도 4 및 도 5를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 랜드와 그루브를 통해 방사상 바깥측으로 흐르는 유체 흐름을 얻기 시작하기 위해, 팬 속도가 맞물림 해제된 레벨 로부터 상당히 신속히 증가하도록 하기 위해, 밸브 암(43)이 맞물림 해제된 위치로부터 멀리 이동함에 따라서, 많은 양의 유체가 점성 전단 공간(59)으로 다소 신속히 들어간다.

따라서, 주 실시예에서, 입구부(63)가 완전히 개방된 후 팬 속도는 약 400 RPM까지 상승하지만, 이후에 밸브 부재(43)는 원통 표면(77)이 입구부(67)를 개방하기 시작할 때까지 데드 밴드 영역(dead band region)(D1)(도 7 참조)을 지나간다. 밸브 부재(43)가 이런 데드 밴드 영역을 통해 이동함에 따라서, 유체 메니스커스가 M2에 도달하며, 밸브와 커플링의 다양한 부품의 제작에 있어서 부정확성이 있는 경우조차도, 팬 속도는 예측할 수 있다. 데드 밴드 영역(D1)은 작동 챔버 내에 예측 가능한, 원하는 충진 레벨에 도달하도록 기회를 밸브에 제공한다.

온도가 더 증가함에 따라서, 전기 선(57) 상의 신호는 더 감소하며, 밸브 암(43)은 좌측, 도 5에 도시된 위치 쪽으로 계속해서 이동한다. 밸브 부분(74)의 원통 표면(77)이 원통 표면(65)에 대해 슬라이딩함에 따라서, 상기 이동은 밸브 작동의 "조정" 범위를 구성한다. 갑자기(고 이득 율) 발생하는, 입구부(63)의 개방과 달리, 입구부(67)의 개방은 더 천천히(밸브 암 이동에 대한 낮은 이득 율의 충진) 발생한다. 따라서, 도 5에 도시된 M2 선으로부터 원통 표면(65)(도 7에 M3로서 도시됨)과 같은 높이로 있는 레벨까지 리저버 챔버(33) 내의 유체 레벨을 줄이기 위해, 밸브 암(43)은 입구부(67)를 완전히 차단하는 위치로부터 입구부(67)를 완전히 노출시키는 위치까지 이동시켜야 한다. 전형적으로, 입구부(67)를 통해 들어가는 유체의 양은 입구부(63)를 통해 흐르는 유체의 양 보다 더 적을 것이며, 실제로 입 구부(67)를 통해 흐르는 유체가 더 넓은 범위의 밸브 암의 이동에 의해 발생하는 경우에 조차도 더 적을 수 있다.

온도가 증가함에 따라서, 입구부(67)가 완전히 개방되기 까지, 밸브 암(43)은 도 5에 도시된 위치로부터 좌측으로 더 이동하며, 리저버 챔버(33) 내의 유체 레벨은 원통 표면(65)과 같은 높이로 되거나, 또는 앞서 언급된 바와 같이, 레벨 M3에 도달할 때까지 "감소"(즉, 방사상 바깥측으로 이동)한다. 밸브 부재(43)가 입구부(67)를 완전히 개방시키면, 그에 따라서 밸브 부재는 다시 도 7을 참조로 하면, 다른 데드 밴드 영역(D2)을 통해 지난다. 데드 밴드 영역(D1)에 관해서 기술된 바와 같이, 상기 밸브 부재가 데드 밴드 영역(D2)을 통해 지나는 것은 작동 챔버(35)내에 원하는 충진 레벨로 있도록 보장한다. 밸브 암 이동의 상기 지점에서, 부재(29)의 표면(69,71)과, 밸브 부분(74)의 표면(77,79)은 유체로 충진된 환형 챔버를 한정하도록 상호 작용한다. 밸브 암(43)이 더 좌측으로 이동함에 의해, 원통 표면(81)은 입구부(73)를 개방하기 시작하며, 상기 표면(69,71,77, 및 79)에 의해 한정되는 환형 챔버 내의 유체는 입구부(73)를 통해서 전방 랜드와 그루브 내로 흐르기 시작한다. 대부분의 팬 구동장치의 작동은 틀림없이 조정 범위에 걸쳐 이동하는 밸브 암(43)과 함께 발생할 것이라는 것을 인식할 때, 입구부(73)를 통한 충진은 입구부(67)의 이득 율과 거의 동일한 이득 율로 발생하는 것이 바람직하며, 상기 입구부(73)는 팬 구동장치가 "피크 속도(peak speed)", 즉 어떤 주어진 입력 속도에 대해 기대되는 최대 팬 속도를 달성할 수 있도록 주로 보장하기 위해 포함된다.

본 발명은 앞서의 상세한 설명에 상세히 기술되어졌으며, 본 발명의 다양한 변경과 수정이 상세한 설명의 해석 및 이해로부터 당업자에게 자명할 것이라는 것이 믿어진다. 모든 이러한 변경과 수정은 첨부된 청구항의 범위 내에 있는 한, 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (8)

1. 회전 축(A)을 한정하는 제 1 회전 가능 커플링 부재(15), 상기 제 1 커플링 부재(15)와 인클로저 수단(enclosure means)(17)의 사이에서 유체 챔버를 한정하기 위해 상기 제 1 커플링 부재(15)와 결합되는 인클로저 수단(17), 즉 상기 유체 챔버를 유체 작동 챔버(35)와 유체 리저버 챔버(33)로 분리시키기 위해 배치되는 밸브 수단(43), 및 상기 유체 작동 챔버(35) 내에 배치되고 상기 제 1 커플링 부재(15)에 대해 회전할 수 있는 제 2 회전 가능 커플링 부재(11)를 포함하는 타입의 유체 커플링 장치(fluid coupling device)로서, 상기 하나 이상의 상기 제 1 커플링 부재(15)와 상기 인클로저 수단(17)은 상기 제 1 커플링 부재(15)와 상기 인클로저 수단(17)의 사이에 점성 전단 공간(viscous shear space)(59)을 한정하도록 상기 제 2 커플링 부재(11)와 상호 작용하며, 상기 밸브 수단(43)은 상기 리저버 챔버(33)와 상기 작동 챔버(35) 사이의 유체 흐름을 제어하도록 작동할 수 있고, 미리 설정된 조건의 변화에 응답하여 작동에 영향을 주기 위해 상기 밸브 수단(43)과 결합되는 제어 수단을 포함하고, 상기 제어 수단은 전기자(47)와 전자기 코일(55)을 포함하고, 전기 선(77)으로부터 전해지는 전기 신호의 강도에 따라 전기자(47)를 회전 축(A)을 따라 오른쪽으로 당기고, 상기 밸브 수단(43)은 상기 리저버 챔버(33)로부터 상기 작동 챔버(35)로 유체 흐름을 허용하기 위해 배치되는 유체 입구부(fluid inlet port)를 한정하는 플레이트와 같은 부재(29)를 포함하며, 상기 밸브 수단은 상기 제어 수단(47,55)과 작동되게 결합되는 이동 가능 밸브 부재(43)를 더 포함하는, 상기 유체 커플링 장치에 있어서,

   상기 플레이트와 같은 부재(29)는 제 1 입구부(63)와, 상기 제 1 입구부(63)의 방사상 바깥측으로 배치되는 제 2 입구부(67)를 한정하며,

   상기 이동 가능 밸브 부재(43)는 상기 제 1 입구부(63)와 제 2 입구부(67)를 통한 흐름을 차단하는 맞물림 해제된 위치인 상기 이동 가능 밸브 부재(43)가 상기 플레이트와 같은 부재(29)의 바로 옆에 위치하여, 이들 사이의 표면과 접하게 되는 위치를 가지며,

   상기 밸브 부재가 상기 맞물림 해제된 위치로부터 제 1 작동 위치인 상기 이동 가능 밸브 부재(43)가 상기 맞물림 해제된 위치로부터 상기 회전 축(A)을 따라 왼쪽으로 이동하여 상기 제 2 입구부(67)를 계속 덮으면서 상기 제 1 입구부(63)를 개방하게 되는 위치 쪽으로 이동함에 따라서, 상기 제 2 입구부(67)가 닫혀진 동안에 상기 제 1 입구부(63)가 개방되도록 상기 밸브 부재(43)는 구성되며, 그리고

   상기 밸브 부재(43)가 상기 제 1 작동 위치로부터 제 2 작동 위치인 상기 이동 가능 밸브 부재(43)가 상기 제 1 작동 위치로부터 상기 회전 축(A)을 따라 왼쪽으로 이동하여 상기 제 2 입구부(67)를 점차적으로 개방하게 되는 위치 쪽으로 이동함에 따라서, 상기 제 2 입구부(67)가 점진적으로 개방되는 것을 특징으로 하는, 유체 커플링 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트와 같은 부재(29)는 상기 제 2 입구부(67)의 방사상 바깥측으로 배치되는 제 3 입구부(73)를 한정하며, 상기 이동 가능 밸브 부재(43)는 상기 밸브 부재(43)가 상기 맞물림 해제된 위치, 즉 상기 제 1 작동 위치와 상기 제 2 작동 위치 중의 어느 하나에 있을 때 상기 제 3 입구부(73)를 통한 흐름을 차단하며, 상기 밸브 부재가 상기 제 2 작동 위치로부터 제 3 작동 위치인 상기 이동 가능 밸브 부재(43)가 상기 제 2 작동 위치로부터 상기 회전 축(A)을 따라 왼쪽으로 이동하여 상기 제 3 입구부(73)를 개방하게 되는 위치로 이동함에 따라서, 상기 제 3 입구부(73)가 개방되도록 상기 밸브 부재(43)가 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 커플링 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 이동 가능 밸브 부재(43)는 상기 제 1 입구부(63)를 개방한 후, 그러나 상기 제 2 입구부(67)를 개방하기 시작하기 전 제 1 데드 밴드 영역(first dead band region)(D1)을 통해 지나며, 그리고 나서 상기 제 2 입구부(67)를 개방한 후, 그러나 상기 제 3 입구부(73)를 개방하기 시작하기 전 제 2 데드 밴드 영역(D2)을 통해 지나는 것을 특징으로 하는 유체 커플링 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 회전 가능 커플링 부재(11)는 상기 플레이트와 같은 부재(29)와, 상기 유체 리저버 챔버(33)를 한정하도록 상기 플레이트와 같은 부재(29)와 상호 작용하는 추가의 인클로저 수단(31)을 포함하되, 상기 유체 리저버 챔버(33)는 상기 제 2 회전 가능 커플링 부재(11)의 회전 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 유체 커플링 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 플레이트와 같은 부재(29)는 상기 제 1 입구부(63)를 한정하는 제 1 횡단 표면(61)과, 상기 제 2 입구부(67)를 한정하는 제 2 원통 표면(65)을 한정하며, 상기 밸브 부재(43)는 상기 밸브 부재(43)가 상기 맞물림 해제된 위치에 있을 때 상기 제 1 입구부(63)를 통한 유체 흐름을 차단하도록 배치되는 제 1 횡단 표면(75)을 한정하며, 상기 밸브 부재(43)가 상기 맞물림 해제된 위치로부터 상기 제 1 작동 위치 쪽으로 이동함에 따라서, 상기 밸브 부재(43)가 상기 플레이트와 같은 부재(29)의 제 2 원통 표면(65)과 슬라이딩 맞물림하는 제 2 원통 표면(77)을 더 한정하는 것을 특징으로 하는 유체 커플링 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제어 수단은 전자기 코일(55)과 축 방향으로 이동 가능 전기자(armature)(47)를 포함하되, 상기 밸브 부재(43)는 상기 맞물림 해제된 위치와 상기 제 3 작동 위치의 사이에서 축 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 유체 커플링 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 밸브 부재(43)를 상기 제 3 작동 위치 쪽으로 치우치게 하는 스프링(50)을 포함하며, 상기 미리 설정된 조건은 상기 전자기 코일(55)에 대한 전기 선(57) 상의 전기 입력 신호를 포함하며, 상기 밸브 부재(43)는 상기 전기 선(57) 상의 전기 입력 신호가 증가함에 따라 상기 제 3 작동 위치로부터 상기 맞물림 해제 위치 쪽으로 축 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 유체 커플링 장치.
8. 제 1항에 있어서, 펌핑 요소(와이퍼)(37)는 작동 챔버(35)의 바깥 주변 쪽으로 배치되고, 상기 펌핑 요소(37)는 입력 커플링 부재(11)와 출력 커플링 조립체(13) 사이의 속도 차{"슬립 속도(slip speed)"}에 응답하여, 작동 챔버(35)로부터 유체를 펌핑하고, 펌핑된 유체는 축 방향 통로(39)를 통해, 그리고 나서 방사상의 통로(41)를 통해 흐르며, 그 결과 펌핑된 유체는 방사상 내측으로 흐르며, 그리고 나서 원심력에 의해, 유체 리저버 챔버(33) 내로 방사상 바깥측으로 흐르는 것을 특징으로 하는 유체 커플링 장치.

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