KR20150102258A - 압축기용 클러치 - Google Patents

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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량 엔진의 동력을 압축기의 구동축으로 선택적으로 전달되도록 동력 전달을 단속하는 압축기용 클러치에 있어서 기계식 구동을 통해 풀리와 디스크 어셈블리 사이를 흡착 또는 분리시키는 구성을 통해 소비 전력의 절감이 가능한 압축기용 클러치를 제공하기 위한 것이다.

Description

압축기용 클러치 {CLUTCH FOR COMPRESSOR}
본 발명은 차량 엔진의 동력을 공조시스템의 압축기에 선택적으로 전달하기 위한 압축기용 클러치에 관한 것으로서, 동작 제어에 소비되는 전력을 절감할 수 있는 새로운 구조의 압축기용 클러치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 공조시스템에서 사용되는 압축기는 증발기로부터 증발이 완료된 냉매를 흡입하여 액화하기 쉬운 고온과 고압상태로 만들어 응축기로 전달하는 기능을 수행한다.
이러한 차량용 공조시스템의 압축기는 전자 클러치를 통해 차량 엔진의 구동력을 전달받아 동작되며, 전자 클러치는 전원 인가 여부에 따라 엔진의 동력을 선택적으로 전달한다.
도 1은 일반적인 구조의 압축기용 전자 클러치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 압축기용 전자 클러치는 풀리(10), 디스크 어셈블리(20), 및 필드 코일 어셈블리(30)를 포함한다.
풀리(10)는 차량 엔진과 구동 벨트에 의해 연결되며, 구동 벨트는 풀리(10)의 외주면에 설치되어 차량 엔진의 동력을 풀리(10)에 전달한다. 풀리(10)는 압축기 하우징(50)의 전방에 회전 가능하게 설치되며, 풀리(10)와 압축기 하우징(50)의 사이에는 베어링(15)이 설치된다.
디스크 어셈블리(20)는 압축기의 구동축(40)에 결합되며, 풀리(10)에서 전달된 차량 엔진의 동력을 압축기의 구동축(40)으로 전달하는 기능을 한다.
필드 코일 어셈블리(30)는 풀리(10)에 설치되며, 차량 엔진의 동력이 압축기의 구동축(40)으로 선택적으로 전달되도록 풀리(10)와 디스크 어셈블리(20) 사이를 흡착 또는 분리시키는 기능을 한다.
필드 코일 어셈블리(30)는 풀리(10)에 내장되는 코어(31)와, 코어(31) 내에 수용되는 필드 코일(32)을 포함하며, 필드 코일(32)에 전원이 인가됨에 따라 자기 유도에 의한 흡인 자속이 발생하게 된다
상기와 같은 구성에 따라 필트 코일(32)에 전원이 인가되면 필트 코일(32)에서 발생한 흡인 자속에 의해 디스크 어셈블리(20)의 디스크(21)가 풀리(10)에 흡착되며, 디스크(21)와 풀리(10)가 결속됨에 따라 풀리(10)로 전달된 차량엔진의 동력이 디스크 어셈블리(20)를 거쳐 압축기의 구동축(40)으로 전달되게 된다.
그리고 필드 코일(32)에 전원이 차단되면 디스크(21)가 풀리(10)로부터 분리되며, 이에 따라 차량 엔진의 동력이 압축기의 구동축(40)으로 전달되는 것이 중단된다.
이상의 설명과 같이 압축기용 전자 클러치는 필드 코일(32)에 전원을 인가하거나 전원인가를 차단함으로써 차량 엔진의 동력을 압축기에 전달하거나 전달을 중지하도록 구성된다.
이와 같은 구성의 압축기용 전자 클러치에 따르면, 엔진의 동력이 압축기로 전달되는 상태를 유지하기 위해서는 그만큼 전원 인가 상태가 유지되어야 한다. 따라서 전원 인가 상태를 유지하는 만큼 전력 소비를 증가시키며, 이는 차량의 연비를 증가시키는 요인이 된다.
한편, 상술한 압축기용 전자 클러치 자체는 널리 알려진 기술로서 특히 아래의 선행기술문헌에 상세히 기재되어 있으므로 중복되는 설명과 도시는 생략하기로 한다.
공개특허공보 제10-2011-0093072호 (2011.08.18)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기계식 구동으로 풀리와 디스크 어셈블리 사이를 흡착 또는 분리시키는 구성을 통해 소비 전력의 절감이 가능한 압축기용 클러치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 차량 엔진과 구동 벨트에 의해 연결되는 풀리(110)와, 압축기의 구동축(40)에 결합되는 디스크 어셈블리(120)와, 상기 차량 엔진의 동력이 상기 구동축(40)으로 선택적으로 전달되도록 상기 풀리(110)와 디스크 어셈블리(120) 사이를 흡착 또는 분리시키는 흡착 유닛(130)을 포함하는 압축기용 클러치에 있어서, 상기 흡착 유닛(130)은, 자석(140)과, 상기 풀리(110)에 설치되어 상기 자석(140)을 수용하며 상기 자석(140)의 자속이 외부로 방출되는 것을 차단하는 차단 공간(S)이 구비된 케이스(150)와, 제어 신호가 인가됨에 따라 상기 자석(140)을 상기 케이스(150)의 차단 공간(S) 내외로 이동시키는 액추에이터(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기용 클러치를 개시한다.
본 발명의 압축기용 클러치에 따르면, 상기 케이스(150)는 내벽(151)과 외벽(152) 사이에 상기 자석(140)과 액추에이터(160)가 설치되는 공간을 갖는 이중 실린더의 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 압축기용 클러치에 따르면, 상기 케이스(150)는, 상기 액추에이터(160)를 지지하는 비자성체 재질의 바닥부(153)와, 상기 바닥부(153)로부터 일정 길이만큼 연장되어 상기 차단 공간(S)을 형성하는 비자성체 재질의 제1연장부(151a,152a), 및 상기 제1연장부(151a,152a)로부터 연장되는 자성체 재질의 제2연장부(151b,152b)를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
본 발명의 압축기용 클러치에 따르면, 상기 케이스(150)는, 상기 액추에이터(160)를 지지하는 비자성체 재질의 바닥부(153)와, 상기 바닥부(153)로부터 일정 길이만큼 연장되어 상기 차단 공간(S)을 형성하는 비자성체 재질의 연장부(154,155)를 포함하는 구성을 가질 수도 있다.
본 발명의 압축기용 클러치에 따르면, 상기 자석(140)은 상기 케이스(150)의 외주 방향을 따라 복수로 배열되고, 상기 케이스(140)의 내부에는 상기 복수의 자석(140)이 함께 이동하도록 상기 복수의 자석을 지지하는 지지링(170)이 설치될 수 있다.
본 발명의 압축기용 클러치에 따르면, 상기 자석(140)의 높이를 조절하여 상기 풀리(110)와 디스크 어셈블리(120) 사이의 흡착력의 조절이 가능하도록 상기 액추에이터(160)를 제어하는 제어부가 추가로 구비될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 차량 엔진과 압축기 사이의 동력전달상태의 유지를 위해 지속적으로 전원을 인가할 필요가 없으므로 클러치의 동작에 소요되는 소비전력의 절감이 가능하다.
또한 본 발명에 따르면, 자석의 높이 제어를 통해 풀리와 디스크 사이의 흡착력을 조절할 수 있으며, 이를 통해 압축기 구동축의 회전속도를 가변적으로 조절할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 구조의 압축기용 전자 클러치의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기용 클러치의 단면도.
도 3은 도 2에 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착 유닛의 사시도.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착 유닛의 작동 상태도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡착 유닛의 평면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡착 유닛의 단면도.
이하, 본 발명과 관련된 압축기용 클러치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기용 클러치의 단면도이고, 도 3은 도 2에 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착 유닛의 사시도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 압축기용 전자 클러치는 풀리(110), 디스크 어셈블리(120), 및 흡착 유닛(130)을 포함한다.
풀리(110)는 차량 엔진과 구동 벨트에 의해 연결되며, 구동 벨트는 풀리(110)의 외주면에 설치되어 차량 엔진의 동력을 풀리(110)에 전달한다. 풀리(110)는 압축기 하우징의 전방에 회전 가능하게 설치되며, 풀리(110)와 압축기 하우징의 사이에는 베어링(115)이 설치된다.
디스크 어셈블리(120)는 압축기의 구동축에 결합되며, 풀리(100)에서 전달된 차량 엔진의 동력을 압축기의 구동축으로 전달하는 기능을 한다.
디스크 어셈블리(120)는 압축기의 구동축에 고정되는 허브(121)와, 고정수단(125)에 의해 허브(121)와 결합되는 이너링(122)과, 러버(126)에 의해 이너링(122)과 연결되는 아우터링(123)과, 고정수단(127)에 의해 아우터링(123)에 고정되는 디스크(124)를 포함하는 구성을 갖는다.
흡착 유닛(130)은 차량 엔진의 동력이 압축기의 구동축으로 선택적으로 전달되도록 풀리(110)와 디스크 어셈블리(120) 사이를 흡착 또는 분리시키기 위한 것으로서, 흡착 유닛(130)은 자석(140), 케이스(150) 및 액추에이터(160)를 포함하는 구성을 갖는다.
자석(140)은 영구자석의 형태로서, 자석으로부터 항상 일정한 자속이 발생하고 있다. 일정 이상의 흡착력을 확보하기 위해서는 복수개의 자석(140)을 구비하는 것이 바람직하며, 본 실시예의 경우 3개의 자석이 구비된 것을 예시하고 있다.
케이스(150)는 풀리(110)에 설치되며, 자석(140)을 수용하도록 구성된다. 케이스(150)는 풀리(110)에 형성된 장착홈(112) 내에 삽입되어 고정된다. 케이스(150)는 내벽(151)과 외벽(152)을 갖는 이중 실린더의 형태를 가질 수 있으며, 자석(140)과 액추에이터(160)는 내벽과 외벽 사이의 공간에 설치될 수 있다. 자석(140)과 액추에이터(160)는 케이스(150)의 외주 방향을 따라 복수로 배열될 수 있다.
케이스(150)에는 자석(140)의 자속이 케이스(150)의 외부로 방출되는 것을 차단하는 차단 공간(S)이 구비된다. 이와 같은 차단 공간(S)은 자계에 영향을 받지않는 비자성체(예를 들어, 플라스틱)를 이용하여 자석(140)의 자속을 차폐하여 자속 방출이 이루어지지 않도록 한 공간을 말한다.
케이스(150)는 액추에이터(160)를 지지하는 비자성체 재질의 바닥부(153)와, 바닥부(153)로부터 일정 길이만큼 연장되는 비자성체 재질의 제1연장부(151a,152a)와, 제1연장부(151a,152a)로부터 연장되는 자성체(자기장 안에서 자화되는 물질로 스틸, 코발트, 니켈 등의 재질을 말함) 재질의 제2연장부(151b,152b)를 포함한다.
즉, 케이스(150)의 내벽(151)과 외벽(152)은 비자성체 재질의 제1연장부(151a,152a)와 자성체 재질의 제2연장부(151b,152b)가 높이 방향으로 순차적으로 형성된 구조를 갖는다.
케이스(150)의 바닥부(153)와 제1연장부(151a,152a)에 의해 형성된 공간은 차단 공간(S)을 형성하며, 자석(140)이 차단 공간(S) 내에 위치한 경우 케이스(150) 외부로 자속 방출이 일어나지 않게 된다.
액추에이터(160)는 제어 신호가 인가됨에 따라 자석(140)을 케이스(150)의 차단 영역(S)의 내외로 이동시키도록 구성된다. 즉, 액추에이터(160)는 차단 공간(S) 내에 위치한 자석(140)을 차단 공간(S)의 외부로 이동시키거나, 차단 공간(S) 외부의 자석(140)을 차단 공간(S) 내로 이동시키는 기능을 한다.
액추에이터는 본 실시예와 같이 자석(140)에 나사 결합된 나사축(165)을 회전시키는 모터의 형태를 가질 수 있다. 이러한 경우 도면에 도시되지는 않았으나 케이스(150)와 자석(140) 사이에 자석(140)의 직선 이동을 가이드 하는 가이드 구조가 추가로 필요하다 할 것이다.
그 밖에 액추에이터(160)로서 자석(140)에 고정된 축을 직선 이동시키는 리니어 모터를 사용하는 것도 가능하다. 나아가 액추에이터(160)의 구성으로서 자석(140)을 직선 이동시킬 수 있는 구성이라면 다양한 형태로 변형 실시 가능하다 할 것이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착 유닛의 작동 상태도이다. 도 4는 동력 전달이 온(ON)된 상태를 나타내고, 도 5는 동력 전달이 오프(OFF)된 상태를 보이고 있다. 참고로 도 4 및 5의 화살표는 자석 주변에 형성된 자기장의 흐름을 개략적으로 보이고 있다.
도 4는 액추에이터(160)가 자석(140)을 차단 공간(S) 내부에서 외부로 이동시킨 것을 보이고 있으며, 이와 같이 자석(140)이 상승하여 차단 공간(S) 외부에 위치한 경우 스틸 등의 자성체 재질을 갖는 제2연장부(151b,152b)를 통해 자속이 외부로 방출하거나 외부의 자기장이 들어올 수 있게 된다.
풀리(110)와 디스크(124) 또한 자성체 재질을 가지므로, 자석(140)의 자속이 케이스(150) 외부로 방출되면 자기장이 도 4의 화살표와 같이 형성될 수 있게 된다. 이에 따라 디스크 어셈블리(120)의 디스크(124)와 풀리(110) 사이에 흡착력이 발생하게 되어 이들 사이가 결속(흡착)되게 되며, 이로써 차량 엔진의 동력이 풀리(110) 및 디스크 어셈블리(120)를 통해 압축기의 구동축으로 전달되게 되는 것이다.
도 5는 액추에이터(160)가 자석(140)을 차단 공간(S) 외부에서 내부로 이동시킨 것을 보이고 있으며, 이와 같이 자석(140)이 하강하여 차단 공간(S) 내에 위치한 경우 케이스(150) 외부로 자속 방출이 차단된다. 따라서 케이스(150) 외부로 자기장이 흐르지 않아 디스크 어셈블리(120)와 풀리(100) 사이의 흡착이 해제되며, 이에 따라 차량 엔진의 동력이 압축기의 구동축으로 전달되지 않게 된다.
이와 같은 압축기용 클러치의 구성에 따르면, 제어 신호를 한 번만 인가함으로써 온/오프(ON/OFF) 모드의 전환이 가능하며, 동력전달 상태의 온(ON) 모드를 유지하기 위해 전류 인가 상태를 유지하지 않아도 되는 이점이 있다.
한편, 액추에이터(160)에는 제어 신호를 인가하는 제어부가 연결될 수 있다. 제어부는 클러치의 온 모드에서 자석(140)이 항상 일정한 위치에 있도록 액추에이터(160)를 제어하는 것도 가능하지만, 자석(140)의 위치(높이)가 가변되도록 액추에이터(160)를 제어하는 것도 가능하다. 이와 같이 자석(140)의 높이 조절을 통해 자기장의 흐름을 변경시킬 수 있으며, 이에 따라 디스크(124)와 풀리(100) 사이의 흡착력을 조절할 수 있다. 이와 같은 흡착력 조절이 가능함에 따라 디스크(124)의 슬립을 유발시켜 압축기 구동축의 회전 속도를 가변적으로 유도하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡착 유닛의 평면도이다.
본 실시예의 흡착 유닛(130)은 디스크(124)와 풀리(100) 사이의 흡착력을 강화시키기 위해 앞선 실시예보다 많은 개수의 자석(140)을 사용한 구성을 예시하고 있다. 도 6에 따르면 복수의 자석(140)이 케이스(150)의 외주 방향을 따라 일정 간격만큼 이격되게 배열되어 있다.
본 실시예의 경우 케이스(150)의 내부에는 복수의 자석(140)이 함께 이동하도록 복수의 자석(140)을 지지하는 지지링(170)이 설치된다. 지지링(170)은 링 형상의 플레이트 형태를 가지며, 자석(140)의 하면은 지지링(170)의 상면에 부착될 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면 각 자석(140)이 지지링(170)을 통해 서로 연결되어 있으므로, 모든 자석(140)에 액추에이터(160)를 연결할 필요 없이 일부에만 액추에이터(160)를 연결시켜도 각 자석(140)을 동시에 이동시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡착 유닛의 단면도이다.
본 실시예의 흡착 유닛(130)은 케이스(150)의 구성을 제외하고 앞선 실시예와 동일한 구성을 갖는다.
본 실시예의 케이스(150)는 액추에이터(160)를 지지하는 비자성체 재질의 바닥부(153)와, 바닥부(153)로부터 일정 길이만큼 연장되어 차단 공간을 형성하는 비자성체 재질의 연장부(154,155)를 포함하는 구성을 갖는다.
즉, 본 실시예의 케이스(150)는 앞선 실시예의 제2연장부(151b,152b)의 구성을 제거한 것과 동일한 구성을 갖는다. 케이스(150)의 연장부(154,155)는 풀리(110)의 장착홈(112) 양단 사이의 특정 위치까지 연장된 구성을 갖는다. 그리고 자석(140)은 연장부(154,155)의 높이보다 높은 위치로 상승 가능하게 구성되어 차단 공간(S) 밖으로 벗어날 수 있게 구성된다.
도 7과 같이 자석(140)의 연장부(154,155)의 높이보다 높은 위치로 상승하게 되는 경우, 자석(140)의 자속이 자성체 재질의 풀리(110)로 직접 흐를 수 있게 되므로 앞선 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.
본 실시예에 따르면 앞선 실시예와 같이 자성체(예를 들어 스틸) 재질의 제2연장부(151b,152b)를 따로 제작할 필요가 없기 때문에 제조에 유리하며 원가 절감의 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상에서 설명한 압축기용 클러치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있으며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
110: 풀리 120: 디스크 어셈블리
121: 허브 124: 디스크
130: 흡착 유닛 140: 자석
150: 케이스 S: 차단 공간
151a,152a: 제1연장부 151b,152b: 제2연장부
153: 바닥부 154,155: 연장부
160: 액추에이터

Claims (6)

  1. 차량 엔진과 구동 벨트에 의해 연결되는 풀리(110)와, 압축기의 구동축에 결합되는 디스크 어셈블리(120)와, 상기 차량 엔진의 동력이 상기 구동축으로 선택적으로 전달되도록 상기 풀리(110)와 디스크 어셈블리(120) 사이를 흡착 또는 분리시키는 흡착 유닛(130)을 포함하는 압축기용 클러치에 있어서,
    상기 흡착 유닛(130)은,
    자석(140);
    상기 풀리(110)에 설치되어 상기 자석(140)을 수용하며, 상기 자석(140)의 자속이 외부로 방출되는 것을 차단하는 차단 공간(S)이 구비된 케이스(150); 및
    제어 신호가 인가됨에 따라 상기 자석(140)을 상기 케이스(150)의 차단 공간(S) 내외로 이동시키는 액추에이터(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기용 클러치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스(150)는 내벽(151)과 외벽(152) 사이에 상기 자석(140)과 액추에이터(160)가 설치되는 공간을 갖는 이중 실린더의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기용 클러치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 케이스(150)는,
    상기 액추에이터(160)를 지지하는 비자성체 재질의 바닥부(153);
    상기 바닥부(153)로부터 일정 길이만큼 연장되어 상기 차단 공간(S)을 형성하는 비자성체 재질의 제1연장부(151a,152a); 및
    상기 제1연장부(151a,152a)로부터 연장되는 자성체 재질의 제2연장부(151b,152b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기용 클러치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 케이스(150)는,
    상기 액추에이터(160)를 지지하는 비자성체 재질의 바닥부(153); 및
    상기 바닥부(153)로부터 일정 길이만큼 연장되어 상기 차단 공간(S)을 형성하는 비자성체 재질의 연장부(154,155)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기용 클러치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자석(140)은 상기 케이스(150)의 외주 방향을 따라 복수로 배열되고,
    상기 케이스(140)의 내부에는 상기 복수의 자석(140)이 함께 이동하도록 상기 복수의 자석을 지지하는 지지링(170)이 설치되는 것을 특징으로 하는 압축기용 클러치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자석(140)의 높이를 조절하여 상기 풀리(110)와 디스크 어셈블리(120) 사이의 흡착력의 조절이 가능하도록 상기 액추에이터(160)를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기용 클러치.
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