KR20120091375A - 통합형 비스코스 클러치 - Google Patents

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KR20120091375A
KR20120091375A KR1020127015658A KR20127015658A KR20120091375A KR 20120091375 A KR20120091375 A KR 20120091375A KR 1020127015658 A KR1020127015658 A KR 1020127015658A KR 20127015658 A KR20127015658 A KR 20127015658A KR 20120091375 A KR20120091375 A KR 20120091375A
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데이비드 알. 헨네스시
토마스 쉬미트
스코트 밀러
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호르톤 인코포레이티드
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Abstract

비스코스 클러치(30; 30')는, 장착 샤프트(32-1; 32-1')를 형성하는 고정 저널 브래킷(32; 32')과, 축선(A)을 중심으로 상기 장착 샤프트 상에 회전 가능하게 지지되는 출력 부재(34; 34')와, 상기 축선을 중심으로 상기 장착 샤프트 상에 회전 가능하게 지지되는 입력 부재(34; 34')와, 상기 입력 부재와 상기 출력 부재 사이에 형성되어, 전단 유체가 존재하는 경우 상기 입력 부재와 상기 출력 부재 사이에서 토크를 선택적으로 전달하는 작업실(50; 50')을 포함한다. 장착 샤프트는 비스코스 클러치를 비스코스 클러치의 전면(62; 62')으로부터 비스코스 클러치의 후면(56; 56')을 관통하여 축선 방향으로 연장되고, 후면은 장착 위치에 비스코스 클러치를 장착하기 위한 장착면을 형성한다. 전면 및 후면은 비스코스 클러치의 양측에 위치되어 반대 방향을 향한다.

Description

통합형 비스코스 클러치 {INTEGRATED VISCOUS CLUTCH}
본 발명은 비스코스 클러치(viscous clutch)에 관한 것이다.
비스코스 클러치는 여러 용도 중에서도, 각종의 자동차용 팬 구동 분야에 사용된다. 이들 클러치는 2개의 회전 구성요소 사이의 토크의 선택적 전달을 위해 상대적으로 걸쭉한 실리콘 오일[일반적으로, 전단 유체(shear fluid) 또는 점성 유체라 함]을 이용한다. 입력 부재와 출력 부재 사이(예를 들어, 입력 로터와 출력 하우징 사이)에 위치되는 클러치의 작업 영역 내?외부로 오일을 선택적으로 이동시킴으로써 클러치를 결합 또는 결합해제시키는 것이 가능하다. 밸브를 사용하여, 입력과 출력 사이의 작업 영역에서의 오일의 유동을 제어한다. 최근에는, 비작동 상태(off condition)로부터 클러치의 신속한 결합이 가능하도록, 오일이 발휘할 수 있는 운동 에너지를 보유하기 위해, 클러치가 결합해제되어 있는 동안, 오일이 클러치의 회전 입력부에 저장될 수 있는 클러치 설계가 이용되고 있다. 이는 또한, 비작동 위치에 있는 동안, 클러치가 매우 낮은 출력 속도(예를 들어, 팬 속도)를 갖도록 한다. 또한, 클러치가 전기적으로 제어되는 것이 통용되고 있다. 이는 클러치의 조작성을 증가시키고, 또한 차량 내 다양한 냉각 요구에 부응할 수 있는 클러치를 구비하기 위해 행해져 왔다. 있을 수 있는 몇몇 냉각 요구에는 냉각수 온도, 흡기 온도, 공기 조절 압력 및 오일 온도가 있다.
과거, 비스코스 클러치는 엔진 전방의 회전 풀리에 설치되는 별도의 장치로서 사용되어 왔다. 클러치에의 회전 입력부는 전통적으로 엔진 크랭크샤프트와 물 펌프였다. 지난 10년 동안, 냉각에 대한 요구는 엔진 배기가스 감축에 대한 엄격한 규제의 증가로 인해 증가되어 왔다. 이 기간 동안, 벨트식 풀리(belted pulley)의 사용은 팬 클러치에 대한 입력 제공 방법으로서 더 보편화되었으며, 벨트식 풀리(동일한 의미로 로프 풀리라고 함)는 차량의 열교환기(들)에 대한 더욱 냉각된 공기 흐름을 얻기 위해, 팬 속도를 증가시킬 수 있다. 벨트식 구동은 단순성, 저 비용 및 요구되는 속도를 용이하게 달성할 수 있어 바람직하다. 물 펌프 또는 크랭크샤프트로부터 이격되어 있는 팬 클러치에 대한 회전 입력으로 인해, 냉각 시스템 엔지니어가, 소정의 응용예에 필요하고 요구되는 냉각을 제공하는데 필수적인 정확한 팬 속도를 선택하는 것이 가능하다.
전형적인 벨트식 팬 클러치 배열체에 있어서, 구동 허브 조립체가 엔진면에 장착된다. 구동 허브는 고정 저널 브래킷에 회전 가능하게 장착된 풀리로 구성되고, 베어링이 저널 브래킷과 풀리 사이의 회전 능력을 제공한다. 도 1은 구동 허브 조립체(12)에 장착된 종래 기술 상의 비스코스 클러치(10)를 도시한다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 풀리 및 허브 조립체(12)는 별개의 시스템이며, 클러치(10)는 풀리(16)에 고정된 샤프트(14) 상에 장착되고, 다음으로 풀리는 베어링(20)에 의해 고정 저널 브래킷(18)에 회전 가능하게 장착된다. 클러치(10)는 미국 특허 출원 공개 제2009/0084650호, 제2009/0101463호 및 제2010/0140040호에 개시된 바와 같이 구성된다. 팬(도시되지 않음)은 도 1에 도시된 비스코스 클러치(10)의 후방측 또는 전방측에 장착될 수 있다. 도 1에 도시된 시스템에 대한 예시적인 공기 흐름은, 비록 추가적인 실시예에서 다른 방향을 가질 수도 있지만, 도면의 우측으로부터 좌측으로 형성된다. 공기의 경로에 있어서 하류측에서, 클러치(10)에 부착되는 팬(도시되지 않음)의 엔진측 상의 클러치(10)와 풀리(16) 사이에 전기적 인터페이스(22)가 위치되므로, 전기적 인터페이스(22)는 팬 내로 인입될 수 없다. 회전식으로 부착된 전자석 코일(24)에 의해, 클러치(10)에 전력이 전달된다. 고정 전자석 코일(24)로부터의 자속이, 임의의 마모 구성요소를 구비하지 않고서(즉, 슬립 링, 브러시 등을 구비하지 않고서), 클러치(10)의 회전 구성요소에 전달될 수 있다. 전자석 코일(24)은 고정되고, 클러치(10)용 입력 샤프트(14)는 회전되기 때문에, 코일(24)은 베어링(26)에 장착되어야 한다. 전형적으로, 베어링(26)은 폭과 비용이 최소가 되도록 선택된 단열 깊은 홈 볼 베어링이다. 단열 베어링의 사용은 또한, 전기적 인터페이스(22)를 엔진에 부착함에 있어 굉장한 주의를 필요로 한다. 전기적 인터페이스(22)의 와이어 상의 임의의 가로 하중으로 인해 베어링 수명이 단축되거나 와이어가 작동 불능이 될 수 있다. 외부 전자석 코일(24)의 사용은 클러치(10)의 외측으로부터 제어 밸브가 사용되는 내측으로 자속을 이동시켜 요구되는 선택적 결합을 제공하기 위해 클러치(10) 내의 오일의 유동을 제어할 필요가 있게 된다.
본 발명자들은 냉각 시스템 설계자를 위한 고 가치의 패키지를 제공하기 위해, 구동 허브 조립체를 비스코스 클러치와 결합시키는 방법을 발견하였다. 본 발명에 따르면, 구성요소를 삭감하고, 구동장치의 기능을 향상시키는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명은 종래 기술의 설계에 대안적인 비스코스 클러치 설계를 제공한다.
일 태양에서, 본 발명에 따른 비스코스 클러치는 장착 샤프트를 형성하는 고정 저널 브래킷과, 상기 장착 샤프트에 축선을 중심으로 회전 가능하게 지지되는 출력 부재와, 상기 장착 샤프트에 상기 축선을 중심으로 회전 가능하게 지지되는 입력 부재와, 상기 입력 부재와 상기 출력 부재 사이에 형성되어, 전단 유체(shear fluid)가 존재하는 경우, 상기 입력 부재와 상기 출력 부재 사이에서 선택적으로 토크를 전달하는 작업실을 포함한다. 장착 샤프트는 상기 비스코스 클러치를 비스코스 클러치의 전면으로부터 비스코스 클러치의 후면으로 축선 방향으로 관통하여 연장되고, 상기 비스코스 클러치의 후면은 상기 비스코스 클러치를 장착 위치에 장착하기 위한 장착면을 형성한다. 상기 전면 및 후면은 상기 비스코스 클러치의 양측에 위치되어 반대 방향을 향한다.
다른 태양에서, 본 발명의 클러치는 장착 샤프트에 대해 입력 부재를 지지하는 제1 베어링 세트와, 상기 장착 샤프트에 대해 출력 부재를 지지하는 제2 베어링 세트를 포함하며, 제1 및 제2 베어링 세트는 이격되어 있다. 작업실 및 전자기 코일 양자 모두는 제1 베어링 세트와 제2 베어링 세트 사이에 위치되는 공간 내에 축선 방향으로 위치된다.
다른 태양에서, 본 발명의 클러치는 전단 유체용 저장소에 위치되는 전자기 코일을 구비하며, 전자기 코일은, 샤프트를 둘러싸고 장착 샤프트에 의해 지지된다.
도 1은 종래 기술의 비스코스 클러치 및 구동 허브 조립체의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 클러치의 일 실시예의 단면도.
도 3은 도 2의 클러치의 코일 컵 조립체의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 클러치의 다른 실시예의 단면도.
위에서 확인한 도면들이 비록 본 발명의 몇몇 실시예를 개시하고 있지만, 논의된 바와 같이, 다른 실시예들도 고려된다. 모든 경우에서, 개시내용은 본 발명을, 대표하지만 한정하지 않는 방식으로 제시한다. 본 발명의 원리의 사상 및 범주 내에 부합하는 많은 다른 변형예 및 실시예들이 당업자에 의해 고안될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 도면은 일정한 비율로 도시되지 않을 수 있다.
본 발명은 적합한 패키징, 전력 소비 및 시스템에 대한 지지를 감안하여, 자동차 분야의 팬 클러치로서의 사용에 적합한 비스코스 클러치 조립체이다. 일반적으로, 클러치(또는 구동장치)는 클러치의 축선 방향 길이를 따라 전면과 후면 사이에서 연장될 수 있는 장착 샤프트(동일한 의미로 저널 브래킷이라 함)를 포함한다. 장착 샤프트는, 팬, 하우징, 로터, 풀리[동일한 의미로 로프 풀리(sheave)라 함] 및 전자기 코일에 대한 지지부의 제공과, 전기 제어 와이어에 대한 도관 경로의 제공과, 또한 선택적으로, 밸브 작동을 위해 사용되는 플럭스 회로의 일부의 제공을 포함하는 설계의 여러 목적을 위해 사용될 수 있다. 장착 샤프트의 이들 모든 기능의 조합은, 종래의 비스코스 클러치 및 허브 배열체와 비교하여 볼 때, 극 소형 설계 및 상당수의 구성요소의 제거를 감안한다. 또한, 본 발명의 클러치는, 코일로부터의 자속에 따라 이동하는 관련 밸브 조립체 내의 상대적으로 작은 전기자뿐만 아니라, 클러치 동작 동안 상대적으로 자기 손실이 거의 없는 비교적 작고 효율적인 코일을 감안하여, 전자기 코일이 저장소 내에서 장착 샤프트를 중심을 하여 위치될 수 있도록 한다. 또한, 이러한 코일 배열은 전체 클러치 패키지의 상대적 소형화를 촉진한다. 또한, 일 실시예에서, 본 발명의 클러치는, 한편에서 하우징과 팬을 지지하고 다른 편에서 풀리와 로터를 지지하는 베어링 세트 (축선 방향으로 측정된) 사이에 배열되도록, 작업실, 로터 및 전자기 코일을 감안한다. 이들 베어링 세트는, 축단 하중(overhung load)을 감소시켜 각각의 베어링 세트에 바람직한 하중을 제공하도록, 팬 및 풀리와 정렬될 수 있다. 본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 가특허 출원 제61/261,965호에 대한 우선권을 주장한다.
도 2는 저널 브래킷(또는 장착 샤프트)(32), 스페이서(33), 풀리(34), 로터(36), 2-부분 하우징(38), 밸브 조립체(40), 전자기 코일(42), 제1 베어링 세트(44), 제2 베어링 세트(46), 저장소(48), 작업실(50), 캡 조립체(52) 및 출력 구조체(예를 들어, 팬)(54)를 포함하는 클러치(30)의 일 실시예의 단면도이다. 클러치(30)는 회전 축선 A을 규정한다.
저널 브래킷(또는 장착 샤프트)(32)은 차량 엔진실의 엔진 블록과 같은 장착 위치에 고정되는 고정(즉, 비-회전) 구성요소이다. 비록, "고정"인 것으로 기술되어 있지만, 저널 브래킷(32)은 이동 차량 내에 설치될 수 있으며, 본 명세서에서 "고정"이란 용어는 장착 위치에 관하여 사용된다. 개시된 실시예에서, 저널 브래킷(32)은 축선 방향으로 연장되는 샤프트부(32-1)와, 대체로 반경 방향으로 연장되는 플랜지부(32-2)를 포함한다. 또한, 개시된 실시예에서, 스페이서(33)는, 슬리브형 또는 대체로 원통형인 구성을 가지며, 샤프트부(32-1) 상에서 축선 A와 동축으로 샤프트부를 둘러싸도록 위치된다. 스페이서(33)의 일단부는, 전자기 코일(42)(도 3 참조)을 포함하는 코일 조립체에 인접할 수 있고, 스페이서(33)의 타단부는 제1 베어링 세트(44)에 인접할 수 있다. 스페이서(33)는 강과 같은 자속 전도재로 이루어질 수 있다. 저널 브래킷(32)은 장착 위치[즉, 클러치(30)의 엔진 측]에 위치되는 클러치(30)의 후면(56)을 규정한다. 도관(57)은, 저널 브래킷(32)을 관통하여 형성되고, 샤프트부(32-1)의 실질적으로 전체 길이를 따라 연장될 수 있다. 개시된 바와 같이, 도관(57)은 축선 A와 동축으로 정렬된다. 저널 브래킷(32)은, 구조적으로 가동되며, 일부 실시예에서는 자기적으로 가동될 수도 있다. 저널 브래킷(32)을 제조하는 적합한 방법에는, 철 또는 강과 같은 금속재로부터 저널 브래킷을 주조하는 공정이 포함된다. 바람직한 실시예에서, 저널 브래킷(32)은 연성철로부터 주조된 후 기계가공된다.
풀리(또는 로프 풀리)(34)는, 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)에 회전 가능하게 지지되어, 벨트(도시되지 않음)로부터의 회전 입력을 수용하도록 구성된다. 개시된 실시예에서, 풀리(34)는 저널 브래킷(32)의 플랜지부(32-2) 가까이에 위치된다. 또한, 개시된 실시예에서, 풀리(34)는, 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)를 둘러싸고, 풀리(34)의 벨트 결합부(34-1)와 축선 방향으로 정렬될 수 있는 제1 베어링 세트(44)에 의해 샤프트부(32-1)에 회전 가능하게 장착된다. 벨트 결합부(34-1)의 크기(즉, 직경)는 당업자에게 이해되는 바와 같이, 요구되는 회전 입력 속도를 클러치(30)에 제공하는데 도움이 되도록 선택될 수 있다. 풀리(34)의 측부(34-2)는 벨트 결합부(34-1)로부터 대체로 축선 방향 전방으로 연장된다. 일 실시예에서, 풀리(34)는 철 또는 강과 같은 금속재로부터 주조된 후 기계가공될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 풀리(34)는 회전 성형(즉, 기계가공)되어, 주물로 제조되는 별도의 허브 섹션(도시되지 않음)에 부착될 수 있다.
로터(36)는 풀리(34)의 측부(34-2)에 부착된다. 일 실시예에서, 풀리(34)의 측부(34-2)와 로터(36) 사이에 나사 연결부가 제공된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 로터(36)는, 대체로 디스크 또는 고리 형상이고, 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)를 둘러싸도록 위치되어, 대체로 반경 방향 외측으로 연장된다. 로터(36)는 종래의 배열에 있어 외경부 가까이에서 전방측과 후방측 양자 모두에 다수의 동심형 환형 리브를 포함할 수 있다. 전단 유체가 로터(36)의 전방측과 후방측 사이에서 흐를 수 있도록, 하나 이상의 유체 개구가 로터(36)를 관통하여 형성될 수 있다. 반경 방향으로 연장되는 적합한 채널 또는 홈이 로터(36)의 전면 또는 후면에 형성되어, 밸브 조립체(40)를 위한 공간을 제공할 수 있다. 로터(36)는 주조에 의해 형성될 수 있으며, 리브, 개구 및 채널은 기계가공에 의해 형성될 수 있다.
개시된 실시예에서, 로터(36)는 로터(36)와 함께 회전하는 저장소(48)를 지지한다. 저장소(48)는 클러치(30)에 의한 사용을 위한 전단 유체(예를 들어, 실리콘 오일)의 공급을 유지할 수 있으며, 클러치(30)가 결합 해제된 상태에서, 저장소(48)에는 다량의 전단 유체가 보유된다. 로터(36)는 풀리(34)와의 입력 부조립체의 일부이기 때문에, 풀리(34)로의 회전 입력이 있는 경우에는 항상 로터(36)도 회전한다. 로터(36)의 회전에 의해, 저장소(48)에서, 클러치(30)의 신속한 결합을 용이하게 하는데 도움이 되도록 상대적으로 높은 수준의 운동 에너지로 전단 유체가 유지될 수 있게 하면서, 전단 유체를 압력하에 유지시킨다. 일 실시예에서, 저장소(48)는 형철 연결부(swaged connection)로 로터(36)에 부착될 수 있다.
하우징(38)은, 베이스(38-1) 및 커버(38-2)를 포함하고, 클러치(30)의 출력 또는 토크 전달부를 형성한다. 하우징은 하우징(38)의 베이스(38-1)와, 풀리(34)에 지지되는 마모 슬리브(60) 사이에 밀봉식으로 결합될 수 있는 밀봉부(58)를 보유지지하여, 클러치(30) 내에 전단 유체를 보유하는데 도움이 된다. 마모 슬리브(60)는 밀봉부(58)가 설치될 수 있는 내마모면을 제공하기 위해, 비교적 경질의 재료(예를 들어, 적합한 강)로 이루어진 대체로 원통형의 부재일 수 있다. 개시된 실시예에서, 마모 슬리브(60)는 로터(36)와 풀리(34)의 측부(34-2) 사이의 조인트 또는 연결부와 겹친다. 대안적인 실시예에서, 밀봉부(58)와 마모 슬리브(60)는 각각, 클러치(30)의 입력과 출력 구성요소 사이에서 다른 위치에 위치될 수 있다. 또한, 마모 슬리브(60)는 추가적인 실시예에서 전체에서 생략될 수 있다. 클러치(30)의 전면(62)은 커버(38-2)에 의해 형성된다. 전면(62)은, 클러치(30)의 후면(56) 맞은편에 위치되어, 반대 방향을 향한다. 커버(38-2)는 전단 유체를 작업실(50)로부터 저장소로 복귀시키기 위한 복귀 통로(64)를 포함할 수 있다. 개시된 실시예에서는, 커버(38-2)는 또한, 클러치(30)의 전방에 대한 출력 구조부(54)(예를 들어, 팬)의 장착부를 전면(62)에 제공하지만, 대안적인 실시예에서는, 출력 구조부(54)는 다른 곳[예를 들어, 하우징(38)의 외경 또는 베이스(38-1)의 후면]에 장착될 수도 있다. 또한, 하우징(38)의 외부에 냉각 핀이 제공되어, 열을 주위 공기로 분산시키는 것을 도울 수 있다. 개시된 실시예에서, 하우징(38)은, 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)에 회전 가능하게 지지되고, 샤프트부(32-1)를 둘러싼다. 제2 베어링 세트(46)는 커버(38-2)를 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)에 회전 가능하게 장착할 수 있으며, 이에 의해 커버(38-2)는 베이스(38-1) 및 출력 구조부(54)를 지지한다. 제2 베어링 세트(46)는 클러치(30)의 전면(62)과 축선 방향으로 정렬될 수 있다. 하우징(38)은 다이 캐스트 알루미늄과 같은 금속재로 주조된 후 기계가공될 수 있다. 베이스부(38-1) 및 커버부(38-2)는 적합한 체결구로 함께 고정될 수 있다.
로터(36)와 하우징(38) 사이에 작업실(50)(동일한 의미로 작업 영역이라고 함)이 형성된다. 작업실(50) 내에 전단 유체가 있으면, 로터(36)와 하우징(38) 사이에 유체 마찰 커플링이 생성됨으로써, 클러치(30)를 결합시켜, 입력 구성요소와 출력 구성요소 사이에 토크를 전달한다. 토크 전달의 순시 백분율은 작업실(50) 내의 전단 유체의 양의 함수로서 변동될 수 있다. 일반적으로, 전단 유체는, 저장소(48)로부터 유체 경로를 따라 작업실(50)로 전달되고, 작업실(50)로부터 복귀 경로(64)를 통해 저장소(48)로 복귀된다. 하나 이상의 적합한 펌핑 구조부가 작업실(50)에 또는 작업실을 따라 포함되어, 전단 유체를 작업실(50)로부터 복귀 경로(64)를 통해 동적으로 퍼 낼 수 있다.
밸브 조립체(40)는, 로터(36)에 의해 부착 지지될 수 있으며, 적합한 체결구로 로터(36)에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 밸브 조립체(40)는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2010년 8월 19일자로 출원된 발명의 명칭이 비스코스 클러치 밸브 조립체인 미국 가특허 출원 제61/375,173호에 개시된 것과 같이 구성된다. 밸브 조립체(40)는 저장부(48)로부터의 개구(또는 출구)(66)를 선택적으로 폐쇄 및 개방하는데 사용된다. 일부 실시예에서, 개구(66)는 저장부(48)의 벽을 형성하는 오리피스 판(68)에 형성될 수 있다. 개구(66)는, 개방 시(즉, 열린 상태에서), 전단 유체가 저장부(48)로부터 [로터(36) 내의 통로, 홈, 채널 등을 횡단할 수 있는] 유체 경로를 따라 작업실(50)로 유동할 수 있도록 하는 포트이다. 밸브 조립체(40)는 예를 들어, 스프링 편향력(spring bias force)을 사용하여 개방 위치로 편향될 수 있다. 밸브 조립체(40)는 클러치(30)의 축선 A 가까이에, 그리고 전자기 코일(42)에 근접하여 위치되는 전기자(70)를 포함한다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 전자기 코일(42)을 활성화시키면, 밸브 조립체(40)가 개구(66)를 폐쇄시키도록 전기자(70)를 이동시킬 수 있다. 전자기적으로 가동되는 임의의 공지된 유형의 밸브 조립체가 대안적인 실시예에 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
전자기 코일(42)은 전기자(70)의 영역에서 자속을 안내하는데 사용되는 컵(예를 들어, 강 컵)에 배치되는 고온 절연 구리 와이어의 권취 코일을 포함할 수 있다. 코일(42)은 샤프트부(32-1)에 대해 회전식으로 고정된다. 개시된 실시예에서, 코일(42)은, 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)를 둘러싸고 샤프트부에 의해 지지되며, 샤프트부(32-1) 상에 직접 조립될 수 있다. 코일(42)은 샤프트부(32-1)가 회전식으로 고정되기 때문에, 어떤 베어링에도 장착될 필요가 없다. 또한, 개시된 실시예에서, 코일(42)은 하우징(38) 내부에서 저장소(48) 내에 위치, 즉 저장소(48)와 축선 방향으로 정렬되고 저장소(48)의 외경의 반경 방향 내측에 위치된다. 클러치(30)의 자속 회로는 코일(42)에 의해 발생된 자속이 코일(42)로부터 밸브 조립체(40)의 전기자(70)를 거쳐 공간(33)[및/또는 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)]으로 그리고 코일(42)로 복귀 유동할 수 있도록 한다. 작동 동안, 코일(42)에 전력이 인가되면, 생성되는 자기장으로 인해, 전기자(70)는 코일(42)을 향해 이동된다.
커버(또는 캡) 조립체(52)는, 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)의 전방 단부에서 하우징(38)의 커버(38-2)에 고정될 수 있으며, 클러치(30)의 출력 속도(예를 들어, 팬 속도)를 측정하기 위한 속도 센서 조립체가 설치될 수 있다. 개시된 실시예에서, 속도 센서 조립체는 목표 휠(72)의 각각의 회전을 검출하는 홀 효과 센서(74)에 근접하여 위치되는 커버(38-2)에 의해 지지되어 커버와 함께 회전하는 목표 휠(72)을 포함한다. 개시된 실시예에서, 목표 휠(72)은 클러치(30)의 전방에서 로크 링으로 커버(38-2)의 대략 원통형부에 고정되는 커버 조립체(52)의 일부 내에 위치된다. 일 실시예에서, 목표 휠(72)은 커버 조립체(52)의 플라스틱재로 오버몰딩되는 금속 구조부일 수 있다. 홀 효과 센서(74)는 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)에 대해 고정되고 회전식으로 부착된다. 목표 휠(72) 및 홀 효과 센서(74)는 서로에 대해 협력적으로 위치[즉, 목표 휠(72)이 홀 효과 센서(74)의 범위 내에 위치]되어, 하우징(38)[및 출력 구조부(54)]의 출력 속도가 회전식으로 부착된 저널 브래킷(32)에 대해 측정될 수 있도록 한다. 추가적인 실시예에서, 다른 유형의 센서가 사용되거나, 전체적으로 센서가 생략될 수 있음을 주목해야 한다.
도 2에 도시된 실시예에서, 전자기 코일(42)과 홀 효과 센서(74)를 함께 지지하고, 추가로 전자기 코일(42)의 와이어뿐만 아니라, 속도 센서 조립체의 배선에 대한[즉, 홀 효과 센서(74)에 대한] 접속점을 제공하는 코일 컵 조립체(75)가 제공된다. 도 3은 절연 상태로 도시된 코일 컵 조립체(75)의 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 코일 컵 조립체(75)는 임의의 필요한 배선뿐만 아니라, 전자기 코일(42) 및 홀 효과 센서(74)와 같은 조립체의 다른 구성요소 위에 오버몰딩될 수 있는 중합체 또는 다른 적합한 재료로 이루어진 본체부(75-1)를 포함한다. 코일 컵 조립체(75)는 저널 브래킷(32)을 통해 도관(57) 내로 삽입될 수 있는 연장부를 포함하여, 클러치(30)용 배선을 안내하는 것을 도울 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도관(57)은 일반적으로 축선 A의 일측에 위치되는 노치 영역(57-1)을 포함하며, 노치 영역(57-1)은 코일 컵 조립체(75)의 일부를 수용하는 적합한 보이드를 형성한다. 이러한 구성은 코일 컵 조립체(75)가 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)에 장착될 수 있도록 하며, 전자기 코일(42) 및 홀 효과 센서(74) 양자 모두는 간단하고 효과적인 방식으로 동시에 위치된다. 코일 컵 조립체(75)로부터, 전기 접속 와이어(도시되지 않음)가 도관(57)을 통해 저널 브래킷(32)의 나머지 축선 방향 길이를 횡단할 수 있다. 와이어는, 클러치(30)의 후면(56)에서[즉, 저널 브래킷(32)의 엔진측에서] 클러치(30)를 빠져나가, 차량 엔진의 전기 시스템과의 전기 접속을 위한 플러그 조립체(도시되지 않음)와 단부 결합될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 나사 너트와 같은 보유지지 부재(76)가 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)의 전방 단부에 고정되어, 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1) 상에, 하우징(38), 로터(36), 풀리(34), 제1 및 제2 베어링 세트(44, 46) 및 코일 컵 조립체(75)를 축선 방향으로 유지할 수 있다. 단 하나의 보유지지 부재(76)만이 필요하다. 커버 조립체(52)가 보유지지 부재(76) 위에 설치될 수 있다.
클러치(30)를 작동시키기 위한 다양한 대안적인 제어 체재가 가능하다. 일 실시예에서, 전자기 코일(42)은, 코일(42)이 선택적으로 활성화되는 경우, 밸브 조립체(40)가 완전 개방 위치(디폴트 위치) 또는 완전 폐쇄 위치에 용이하게 유지되도록 코스(coarse) 온/오프로 활성화될 수 있다. 다른 실시예에서, 코일(42)은 전자 엔진 제어기(도시되지 않음)로부터의 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 사용하여 활성화될 수 있다. PWM 신호는 동역학적으로 가변인 평균 체적의 전단 유체가 저장소(48)의 외부로 유동될 수 있도록 한다. PWM 신호의 주파수 및 펄스 폭(즉, 지속 기간)에 따라, 밸브 조립체(40)는 시간이 흐르면서 저장소(48)로부터 개구(66)를 통해 작업실(50)로 유동할 수 있는 전단 유체의 양을 가변적으로 조정할 수 있다. 즉, PWM 신호는 코일(42)이 밸브 조립체(40)를 개폐시킬 수 있도록 하며, 밸브 조립체(40)가 개방되는[즉, 개구(66)가 폐쇄되지 않는] 평균 시간은 저장소(48)의 외부로 유동하는 전단 유체의 평균량을 가리킨다. PWM 신호의 보다 큰 펄스 폭 및/또는 보다 큰 주파수는 대체로 밸브 조립체(40)를 더욱 근접시키는 경향이 있으므로, 더 작은 평균 체적의 전단 유체가 작업실(50)로 유동할 수 있게 한다. 이러한 PWM 제어 체재는 클러치(30)가 선택적으로 가변인 속도로 작동될 수 있도록 하여, 하우징(38)[및 부착된 출력 구조부(54)]이 단지 코스 및 2진 온/오프 방식이 아닌, 풀리(34)와 로터(36)의 회전 속도의 0% 내지 대략 100% 사이의 임의의 속도로 회전할 수 있다.
도 2에 도시된 클러치(30)의 실시예는 제1 및 제2 베어링 세트(44, 46) 사이(축선 방향으로 측정됨)에 배열되는 작업실(50), 로터(36) 및 전자기 코일(42)을 구비한다. 제1 및 제2 베어링 세트(44, 46)는 각각, 제1 및 제2 베어링 세트(44, 46) 상의 축단 하중을 감소시켜 바람직한 균형 하중을 제공하도록, 클러치(30)의 전면(62)의 출력 구조부 및 풀리(34)의 결합부(34-1)와 정렬될 수 있다. 균형 베어링 하중은 손상 방지 및 베어링 수명 연장에 도움을 준다.
도 4는 어깨 기호(prime designation)를 갖는 도면부호로 표시된 것으로 전술된 클러치(30)의 구성요소와 유사한 구성요소를 포함하는 클러치(30')의 다른 실시예의 단면도이다. 도 4에 도시된 실시예에서, 개구(66')는 오리피스 판(생략됨) 대신 로터(36')에 형성되고, 밸브 조립체(40')는 개구(66')를 개폐하여 유체 유동을 제어하기 위해 전기자(70')와 함께 이동 가능한 종래의 밸브 레버(80')와 함께 로터(36')에 선회 가능하게 고정된다. 또한, 밀봉부(58')는 풀리(34')의 측부(34-2')에 직접 설치되고, 마모 슬리브는 생략된다. 또한, 도 4의 실시예에는 코일 컵 조립체가 없다. 커버 조립체(52')는, 샤프트부(32-1')에 의해 지지되고, 홀 효과 센서(74')를 포함하며, 목표 휠(72')은 커버(38-2') 상에 장착된다.
본 발명의 비스코스 클러치는 많은 이점 및 장점을 제공한다는 점을 인식해야 한다. 예를 들어, 클러치 조립체의 전체 축선 방향 길이(전면과 후면 사이)를 횡단하는 저널 브래킷의 고정 샤프트는 종래 기술의 비스코스 클러치에 비해 몇몇 중요한 이점을 갖는다. 샤프트는 독립형 코일로서 또는 코일 컵 조립체의 일부로서, 전자기 코일의 직접적인 장착을 감안한다. 또한, 코일은 상대적으로 작은 직경을 구비할 수 있으며, 이러한 작은 직경은, 상대적으로 적은 양의 와이어 재료를 사용하여 상대적으로 많은 코일 권선수가 가능하기 때문에, 상대적으로 높은 효율을 위해 제공된다. 또한, 저장소의 내부에서, 클러치의 내부에 코일을 두는 것은 코일이 밸브 조립체의 전기자에 바로 인접하여 배치될 수 있도록 하며, 이는 자기 손실 가능성은 상대적으로 낮으면서 상대적으로 높은 자속 이동을 감안하다. 코일 컵 조립체를 구비하거나 구비하지 않고서, 코일을 샤프트에 직접 장착하는 것은 또한, 엔진의 전기 시스템에의 간단한 배선 및 부착을 감안한다. 샤프트는 배선 하니스 또는 회전 배선 인터페이스(예를 들어, 슬립 링, 브러시 등)와 같은 추가 구성요소에 대한 요구 없이, 클러치를 빠져 나가기 위한 와이어용 경로를 제공하는 도관을 형성한다. 또한, 밸브 조립체의 전기자는, 클러치의 중심선 가까이에 위치되고, 매우 작게 제조될 수 있다. 이렇게 작은 크기의 전기자는 이에 상응하여 질량도 작으며, 따라서 코일에 의해 발생되는 자속에 상대적으로 신속하게 반응하고, 상태 사이(즉, 밸브 조립체가 저장소로부터의 밸브 개구를 개폐하는 위치 사이)에서 전기자를 이동시키는데 요구되는 힘이 상대적으로 작다. 클러치 조립체 내에 코일을 배치함으로써, 임의의 구성요소 내로의 자속-전도 삽입의 필요성을 없애고, 이러한 삽입에 따른 결점을 제거한다. 클러치의 다이 캐스트 구성요소 내로의 자속-전도 삽입을 제거함으로써, 주위의 알루미늄 구성요소(예를 들어, 하우징)에서의 와상 전류 손실 가능성을 최소화하고, 또한 주조 공정 및 전단 유체 누설의 가능성을 단순화한다.
고정 샤프트는 또한 팬 속도 센서를 위한 단순 장착점을 감안한다. 샤프트의 전방 단부에 있는 속도 센서의 위치는 단순하고 팬 장착부에 근접하여 있다. 코일 전원 와이어에 상대적으로 가까운 위치는 단순한 배선 조합을 감안한다. 코일 컵 조립체의 사용은, 전자기 코일 및 속도 센서 양자 모두에 대한 배선 연결이 단일 조립체로 알맞게 결합될 수 있도록 하며, 이로써 관련된 모든 배선이 샤프트에 대해 동시에 위치될 수 있게 된다.
또한, 샤프트는 팬 지지 베어링을 위한 고정 장착면을 위해 제공된다. 팬이 팬 자신의 베어링 상에서 (고정 샤프트를 통해) 엔진에 직접 지지될 수 있도록 함으로써, 클러치의 동적 안정성을 상대적으로 높게한다. 또한, 장착 배열은 (종래의 비스코스 클러치에 존재하는) 풀리 베어링 상의 대량의 축단 하중의 존재를 제거하며, 이러한 축단 하중은 바람직하지 않게 큰 굽힘 모멘트 및 진동 입력을 도입할 수 있다. 따라서, 본 발명은 각각의 베어링 상의 단순화된 하중에 기인하여, (종래 기술 상의 비스코스 클러치에 비해) 양 베어링 위치에 있어, 보다 작고 저렴한 베어링의 사용을 가능하게 한다. 도 2 및 도 4에 도시된 본 발명의 클러치의 실시예는 종래의 베어링을 사용하지만, 본 발명은 다른 옵션에 대한 가능성도 열어두고 있다. 당업자는 전술한 설명 및 첨부 도면을 고려하여, 본 발명의 추가 이점 및 장점을 인식할 것이다.
비록, 본 발명이 바람직한 실시예를 참고하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이, 형태 및 상세에 변형을 가할 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 본 발명에 따른 클러치 구성요소의 특정 크기 및 형상은 특정 응용예에 요구되는 대로 변경될 수 있다.

Claims (26)

  1. 비스코스 클러치로서,
    장착 샤프트를 형성하는 고정 저널 브래킷과,
    상기 장착 샤프트에 축선을 중심으로 회전 가능하게 지지되는 출력 부재와,
    상기 장착 샤프트에 상기 축선을 중심으로 회전 가능하게 지지되는 입력 부재와,
    상기 입력 부재와 상기 출력 부재 사이에 형성되어, 전단 유체(shear fluid)가 존재하는 경우, 상기 입력 부재와 상기 출력 부재 사이에서 선택적으로 토크를 전달하는 작업실을 포함하며,
    상기 장착 샤프트는 상기 비스코스 클러치를 통해 전면으로부터 후면으로 축선 방향으로 연장되고, 상기 비스코스 클러치의 후면은 상기 비스코스 클러치를 장착 위치에 장착하기 위한 장착면을 형성하며, 상기 전면 및 후면은 상기 비스코스 클러치의 양측에 위치되어 반대 방향을 향하는 비스코스 클러치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 부재는,
    로터와,
    상기 로터에 고정되어, 벨트로부터 회전 입력을 수용하는 로프 풀리(sheave)를 포함하는 비스코스 클러치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 장착 샤프트에 대한 상기 출력 부재의 속도를 감지하는 제1 감지 요소 및 전자기 코일 양자 모두를 지지하는 코일 컵 조립 본체와,
    상기 비스코스 클러치의 전면에서 상기 장착 샤프트의 전방 단부에 위치되고, 상기 제1 감지 요소의 범위 내에 위치되는 제2 감지 요소를 포함하는 캡 조립체를 더 포함하는 비스코스 클러치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 작업실과 저장소 사이에 형성되는 유체 경로를 따라 전단 유체 유동을 제어하도록 구성된 밸브 조립체와,
    자속을 발생시켜, 밸브의 동작을 제어하도록 구성되고, 상기 장착 샤프트 상에 지지되는 전자기 코일을 더 포함하는 비스코스 클러치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 장착 샤프트를 중심으로 동축으로 위치되고, 상기 전자기 코일과 상기 밸브 조립체를 접속시키는 플럭스 회로(flux circuit)의 일부를 형성하는 스페이서를 더 포함하는 비스코스 클러치.
  6. 제4항에 있어서,
    제1 베어링 세트와,
    제2 베어링 세트를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 베어링 세트는 이격되어 있으며, 상기 작업실 및 상기 전자 기 코일 양자 모두는 상기 제1 베어링 세트와 상기 제2 베어링 세트 사이의 공간 내에 축선 방향으로 위치되는 비스코스 클러치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 출력 부재에 부착되는 팬을 더 포함하고, 상기 제2 베어링 세트는 상기 비스코스 클러치의 전면에서, 또는 전면 근처에서 상기 팬과 축선 방향으로 정렬되는 비스코스 클러치.
  8. 제1항에 있어서,
    로터에 의해 지지되어, 상기 로터와 함께 회전하는 저장소를 더 포함하는 비스코스 클러치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전면은 상기 출력 부재에 형성되고, 상기 후면은 상기 저널 브래킷에 형성되는 비스코스 클러치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 입력 부재와 상기 출력 부재를 상기 장착 샤프트에 대해 축선 방향으로 고정하기 위해, 상기 장착 샤프트의 전방 단부에 결합되는 단일 보유지지 부재를 더 포함하는 비스코스 클러치.
  11. 비스코스 클러치 조립체로서,
    로터와,
    상기 로터에 의해 지지되어, 상기 로터와 함께 회전하는 저장소와,
    하우징과,
    상기 로터와 상기 하우징 사이에 형성되어, 전단 유체가 존재하는 경우, 상기 로터와 상기 하우징 사이에서 토크를 전달하는 작업실과,
    상기 로터 및 상기 하우징의 일부를 통하여 축선 방향으로 연장되고, 상기 하우징, 상기 로터 및 로프 풀리가 각각 회전 가능하게 지지되는 고정 샤프트와,
    상기 작업실과 상기 저장소 사이에 형성되는 유체 경로를 따라 전단 유체 유동을 제어하도록 구성된 밸브와,
    자속을 발생시켜 밸브의 동작을 제어하도록 구성되고, 상기 샤프트 상에 지지되어, 상기 샤프트를 둘러싸는 전자기 코일과,
    상기 샤프트에 대해 상기 로터를 지지하는 제1 베어링 세트와,
    상기 샤프트에 대해 상기 하우징을 지지하는 제2 베어링 세트를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 베어링 세트는 이격되어 있으며, 상기 작업실 및 상기 전자기 코일 양자 모두는 상기 제1 베어링 세트와 상기 제2 베어링 세트 사이에 위치되는 공간 내에 축선 방향으로 위치되는 비스코스 클러치 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 로터에 고정되어, 비스코스 클러치에 회전 입력을 제공하는 로프 풀리를 더 포함하는 비스코스 클러치 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 베어링 세트는 상기 로프 풀리와 축선 방향으로 정렬되는 비스코스 클러치 조립체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 베어링 세트는 상기 하우징의 전면과 축선 방향으로 정렬되는 비스코스 클러치 조립체.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 하우징의 전면에 부착되는 팬을 더 포함하고, 상기 제2 베어링 세트는 상기 하우징의 전면에서 상기 팬과 축선 방향으로 정렬되는 비스코스 클러치 조립체.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 샤프트의 전방 단부에 결합되어, 상기 샤프트에 대해 상기 하우징 및 상기 로터를 축선 방향으로 고정시키는 단일 보유지지 부재를 더 포함하는 비스코스 클러치 조립체.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 하우징 부재의 출력 속도를 감지하기 위한 제1 감지 요소 및 상기 전자기 코일 양자 모두를 지지하는 코일 컵 조립 본체를 더 포함하는 비스코스 클러치 조립체.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 전자기 코일은 상기 저장소에 위치되는 비스코스 클러치 조립체.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 샤프트는 상기 비스코스 클러치를 통해 전면으로부터 후면으로 축선 방향으로 연장되고, 상기 후면은 장착 위치에 상기 비스코스 클러치를 장착하기 위한 상기 샤프트 상의 장착면을 형성하고, 상기 전면은 팬의 부착을 위한 상기 하우징 상의 출력면을 형성하며, 상기 전면 및 후면은 상기 비스코스 클러치의 양측에 위치되어 반대 방향을 향하는 비스코스 클러치 조립체.
  20. 로터, 하우징, 상기 로터와 하우징 사이에 형성된 작업실 및 밸브를 포함하는 비스코스 클러치로서,
    상기 로터에 고정되어, 상기 비스코스 클러치에 회전 입력을 제공하는 로프 풀리와,
    상기 로터에 의해 지지되어, 상기 로터와 함께 회전하는 저장소와,
    상기 하우징, 상기 로터 및 상기 로프 풀리가 회전 가능하게 지지되는 고정 샤프트와,
    자속을 발생시켜 상기 밸브의 동작을 제어하도록 구성된 전자기 코일을 포함하며,
    상기 밸브는 상기 저장소와 상기 작업실 사이에 형성된 유체 경로를 따라 전단 유체 유동을 제어하도록 구성되고,
    상기 전자기 코일은 상기 저장소 내에 위치되며, 상기 전자기 코일은, 상기 샤프트를 둘러싸고, 상기 샤프트에 의해 지지되는 비스코스 클러치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전자기 코일에 전력을 전달하는 전원 배선을 더 포함하며,
    상기 전원 배선은 상기 샤프트를 통하여 연장되고, 상기 전원 배선은, 고정되어 있으며, 회전력 전달 인터페이스를 포함하지 않는 비스코스 클러치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 샤프트 상에 상기 로프 풀리 및 상기 로터를 지지하는 제1 베어링 세트와,
    상기 샤프트 상에 상기 하우징을 지지하는 제2 베어링 세트를 더 포함하며,
    상기 제1 및 제2 베어링 세트는 이격되어 있고, 상기 작업실 및 상기 전자기 코일은 양자 모두 상기 제1 베어링 세트와 상기 제2 베어링 세트 사이에 위치되는 공간 내에 축선 방향으로 위치되는 비스코스 클러치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 베어링 세트는 상기 로프 풀리와 축선 방향으로 정렬되고, 상기 제2 베어링 세트는 상기 하우징의 전면과 축선 방향으로 정렬되는 비스코스 클러치.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 샤프트의 전방 단부에 결합되어, 상기 샤프트에 대해 상기 하우징 및 상기 로터를 축선 방향으로 고정시키는 단일 보유지지 부재를 더 포함하는 비스코스 클러치.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 하우징의 출력 속도를 감지하기 위한 제1 감지 요소 및 상기 전자기 코일 양자 모두를 지지하는 코일 컵 조립 본체를 더 포함하는 비스코스 클러치.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 샤프트는 상기 비스코스 클러치를 전면으로부터 후면으로 축선 방향으로 관통하여 연장되고, 상기 후면은 장착 위치에 상기 비스코스 클러치를 장착하기 위한 상기 샤프트 상의 장착면을 형성하고, 상기 전면은 팬의 부착을 위한 상기 하우징 상의 출력면을 형성하며, 상기 전면 및 후면은 상기 비스코스 클러치의 양측에 위치되어 반대 방향을 향하는 비스코스 클러치.
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