KR100356228B1 - 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조 - Google Patents

자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조에 관한 것으로서, 크랭크 축으로부터의 벨트구동으로 에어컨 컴프레서의 동력을 단속하는 마그네틱 클러치 구조에 있어서, 크랭크 축의 회전을 전달받는 풀리의 형태를 가변형으로 설정하여 가변형 풀리의 외경변화에 따른 컴프레서 축의 회전수를 변동할 수 있도록 하고, 컴프레서의 최초 작동시점에는 낮은 회전수로 시작토록 하여 코일에 전원이 인가되는 즉시 컴프레서 축에 급격히 큰 회전부하가 걸리는 것을 방지토록 함으로써, 엔진 회전수의 급격한 변동을 줄이고, 마그네틱 클러치의 손상을 방지할 수 있는 자동차용 에어컨의 클러치 구조를 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조{Clutch structure of air conditioner compressor for automobile}
본 발명은 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 크랭크 축의 회전을 전달받는 풀리의 형태를 가변형으로 설정하여 가변형 풀리의 외경변화에 따른 컴프레서 축의 회전수를 변동할 수 있도록 하고, 컴프레서의 최초 작동시점에는 낮은 회전수로 시작토록 하여 코일에 전원이 인가되는 즉시 컴프레서 축에 급격히 큰 회전부하가 걸리는 것을 방지토록 함으로써, 엔진 회전수의 급격한 변동을 줄이고, 마그네틱 클러치의 손상을 방지할 수 있는 자동차용 에어컨의 클러치 구조에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 외부 기온에 따라 차내의 온도를 조절하기 위한 냉난방장치가 장착되어 있으며, 이들 중 난방장치는 엔진의 발열을 이용한 히터이고, 냉방장치는 엔진의 회전력으로 압축되어 순환하는 냉매의 잠열을 이용한 에어컨이다.
상기 에어컨에서 컴프레서는 고온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 변화시키는 구성부품으로서, 상기 컴프레서는 크게 마그네틱 클러치부와 컴프레서 본체로 이루어진다.
냉매 사이클을 순환하는 냉매를 압축시키기 위한 컴프레서의 가동을 위해서는 큰 구동력을 필요로 하기 때문에 클러치 구조를 적용하여 크랭크 축과 연동하는 풀리에 에어컨 컴프레서의 축을 접속시켜 동력을 전달하는 방식을 채택하고 있다.
첨부한 도 3은 종래의 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조를 나타내는 단면도로서, 컴프레서(50) 본체의 하우징(50a) 일측에 풀리(12)를 포함하는 마그네틱 클러치부(10)가 설치되고, 일측에 설치된 상기 풀리(12)가 벨트로 엔진의 크랭크 축과 연결되어 엔진 구동시에 회전하게 된다.
컴프레서(50)의 축(52)에는 풀리(12)와 이격된 상태로 하여 클러치판(20)이 설치된다.
상기 풀리(12)의 내부에는 베어링(16)과 코일(14)이 내장되어 에어컨 스위치의 OFF시에는 풀리(12)가 공회전을 하게 되며, 에어컨 스위치의 ON시에는 상기 코일(14)에 전원이 인가되어 풀리(12)가 전자석화되면서 이격되어 있던 클러치판(20)이 풀리(12)에 밀착되고, 이로써 컴프레서 축(52)이 구동되는 것이다.
그러나, 코일(14)에 전원이 인가되는 즉시 상기 크랭크 축과 높은 회전수로 연동하는 풀리(12)가 컴프레서 축(52)과 클러치 구조로써 접속되면서 엔진의 갑작스런 회전부하가 컴프레서 축(52)에 전달되는데, 이로써 엔진의 급격한 동력 저하를 느끼게 되고 급격한 회전수의 변동이 발생된다.
또한, 에어컨 가동시 컴프레서(50)의 최초 작동시점에는 마그네틱 클러치부(10)에 순간적이고 급격히 큰 부하가 걸림으로 해서 마그네틱 클러치부(10)가 이러한 부하를 견디지 못해 파손되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 크랭크 축의 회전을 전달받는 풀리의 형태를 가변형으로 설정하여 가변형 풀리의 외경변화에 따른 컴프레서 축의 회전수를 변동할 수 있도록 하고, 컴프레서의 최초 작동시점에는 낮은 회전수로 시작토록 하여 코일에 전원이 인가되는 즉시 컴프레서 축에 급격히 큰 회전부하가 걸리는 것을 방지토록 함으로써, 엔진 회전수의 급격한 변동을 줄이고, 마그네틱 클러치의 손상을 방지할 수 있는 자동차용 에어컨의 클러치 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조를 나타내는 단면도
도 2는 본 발명에 따른 클러치 구조에서 가변형 풀리와 고정형 풀리의 연결상태를 나타내는 상태도
도 3은 종래의 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조를 나타내는 단면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 마그네틱 클러치부 12 : 풀리
12a : 가변형 풀리 12b : 고정형 풀리
14 : 코일 16 : 베어링
17 : 연결핀 18 : 이동레일
19 : 이동홈 20 : 클러치판
30 : 풀리 이동장치 32 : 이동로드
34 : 베어링 수단 40 : 풀리 복귀장치
42 : 복원 스프링 44 : 당김용 로드
46 : 끼움단 50 : 컴프레서
50a : 컴프레서 하우징 52 : 컴프레서 축
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조는 벨트구동되는 풀리(10)와 이격된 상태로 하여 에어컨 컴프레서(50)의 축(52)에 클러치판(20)이 설치되고, 상기 풀리(10)에 내장된 코일(14)에 전원이 인가됨에 따라 이격된 상태의 클러치판(20)이 풀리(10)의 전자석화로 밀착되어 에어컨 컴프레서 축(52)을 구동시키는 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조에 있어서, 상기 풀리(10)가
내주면에 다수개의 좌우방향 이동레일(18)을 갖고 좌측으로 갈수록 그 외경이 크게 형성되며 벨트구동으로 회전되면서 동시에 우측에 설치된 이동수단에 의해 좌/우측으로 이동될 수 있는 가변형 풀리(12a)와, 상기 가변형 풀리(12a)의 내측으로 삽입되고 외주면에 상기 이동레일(18)을 따르는 다수의 연결핀(17)이 고정되어상기 연결핀(17)을 통해 회전력을 전달받는 고정형 풀리(12b)로 구성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 이동수단은 상기 컴프레서 하우징(50a)에 설치되고 상기 가변형 풀리(12a)가 좌방향으로 이동될 수 있도록 베어링 수단(34)이 구비된 좌측단부가 상기 가변형 풀리(12a)의 우측면을 밀게 되는 이동로드(32)를 갖는 풀리 이동장치(30)와;
일단이 컴프레서 하우징(50a)에 고정되고 타단에 설치된 끼움단(46)이 상기 가변형 풀리(12a)의 우측면 상에 형성된 이동홈(19)을 따르는 당김용 로드(44)와, 일단이 상기 컴프레서 하우징(50a)에 고정되고 타단이 상기 당김용 로드(44)의 타단부에 고정되는 복원 스프링(42)으로 구성되는 풀리 복귀장치(40);
로 구성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 끼움단(46)은 상기 이동홈(19)을 따르되, 상기 당김용 로드(44)의 타단에서 회전 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 당김용 로드(44)는 상기 가변형 풀리(12a)의 이동에 따라 그 길이가 조절될 수 있도록 다수개의 절로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조를 나타내는 단면도이다.
이에 도시한 바와 같이, 컴프레서 하우징(50a)의 일측에 풀리(12)를 포함하는 마그네틱 클러치부(10)가 설치되고, 에어컨 컴프레서(50)의 축(52)에 풀리(12)와 이격된 상태로 하여 클러치판(20)이 설치되는 것은 종래의 클러치 구조와 동일하다.
또한, 풀리(12)의 내부에는 베어링(16)과 코일(14)이 내장되어 에어컨 스위치의 OFF시에는 풀리(12)가 공회전을 하게 되고, 에어컨 스위치의 ON시에는 풀리(12) 내부의 코일(14)에 전원이 인가되면서 풀리(12)가 전자석화되어 이격되어 있던 클러치판(20)이 밀착된다.
이때, 본 발명의 클러치 구조에서는 상기 풀리(12)의 구조를 고정형 풀리(12b)와 가변형 풀리(12a)로 분리 구성하고, 에어컨 스위치의 ON시 상기 클러치판(20)이 고정형 풀리(12b)에 밀착되도록 되어 있다.
즉, 상기 가변형 풀리(12a)는 벨트구속되어 크랭크 축의 회전력을 전달받고, 가변형 풀리(12a)의 회전력은 고정형 풀리(12b)에 전달되며, 에어컨 스위치가 ON될 경우 고정형 풀리(12b)의 회전력이 클러치판(20)을 통해 컴프레서 축(52)으로 전달되는 것이다.
컴프레서 축(52)의 회전수는 구동벨트와 접촉되는 풀리(12)의 외경에 따른 풀리(12)의 회전수에 따라 달라지는데, 이를 위해 벨트와 접촉되는 풀리(12)를 가변형 풀리(12a)로 적용한 것이다.
본 발명의 클러치 구조에 적용되는 풀리(12)의 구조는 고정형 풀리(12b)가 상기 가변형 풀리(12a)의 내측으로 삽입되어 함께 공회전하거나 동력을 컴프레서 축(52)에 전달하면서 회전하되, 첨부한 도 1에서 상기 고정형 풀리(12b)는 고정된 채 상기 가변형 풀리(12a)만 좌/우로 이동되는 구조이다.
상기 가변형 풀리(12a)는 우측에서 좌측으로 갈수록 그 외경이 커지는 형상을 갖고, 좌/우 이동됨에 따라 그 외주상에서 벨트와 접촉하는 위치가 이동되도록 하여 풀리(12)의 회전수가 달라지도록 한다.
우측의 외경을 종래의 클러치 구조에서 일반적으로 사용되는 풀리의 외경과 동일하게 하고, 벨트가 좌측에서 구속하고 있을 때 풀리의 회전수와 우측에서 구속하고 있을 때 풀리의 회전수는 바람직하게는 1.5 : 1의 비가 되도록 한다.
이때, 상기 가변형 풀리(12a)가 좌/우 이동됨에 따라 벨트가 접촉되는 위치에서 가변형 풀리(12a)의 외경은 변화되므로 가변형 풀리(12a)를 구속하게 되는 벨트의 장력은 달라지는데, 일반적으로 설치되는 장력조절기(미도시 됨)가 이러한 달라지는 장력을 조절하여 원활한 벨트구속이 이루어지도록 한다.
또한, 본 발명에서 적용되는 벨트는 가변형 풀리(12a)와의 접촉면이 상기 가변형 풀리(12a)의 경사면에 대응하는 경사면으로 이루어진 단면형상의 벨트를 사용하여 상기 가변형 풀리(12a)가 벨트에 의해 구속된 채 좌/우 이동이 원활히 이루어질 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 클러치 구조에서 가변형 풀리와 고정형 풀리의 연결상태를 나타내는 상태도이다.
이에 도시한 바와 같이, 상기 고정형 풀리(12b)와 상기 가변형 풀리(12a)는 두 풀리 사이에서 고정형 풀리(12b)의 외주면에 일단이 고정되고 상기 가변형 풀리(12a)의 내주면에 구비된 이동레일(18)에 그 타단이 끼워지는 연결핀(17)으로 결합된다.
상기 이동레일(18)은 도면상에서 좌우방향으로 형성되어 상기 가변형 풀리(12a)의 내주를 따라 다수 설치되고, 상기 각 이동레일(18)을 따르게 되는 연결핀(17)은 가변형 풀리(12a)에서 고정형 풀리(12b)로 원활히 회전력을 전달할 수 있도록 충분한 강도를 가진다.
상기와 같이 연결핀(17)과 이동레일(18) 사이에는 충분한 회전력의 전달이 이루어지되, 가변형 풀리(12a)의 좌/우 이동시 원활한 슬라이딩 접촉이 이루어지는 구조로 되어 있다.
즉, 상기 고정형 풀리(12b)와 상기 가변형 풀리(12a)는 각각 외주면과 내주면에서 상기 연결핀(17)에 의해 결합된 상태에서 함께 회전되나, 상기 고정형 풀리(12b)는 좌/우 이동은 하지 않고 고정된 상태로 배치된 채 회전만 하게 되고, 상기 가변형 풀리(12a)는 연결핀(17)의 타단이 가변형 풀리(12a)의 이동레일(18)을 따르면서 회전과 좌/우 이동을 동시에 하게 되는 것이다.
도 1에서, 상기 가변형 풀리(12a)의 좌/우 이동을 위해 컴프레서 하우징(50a)과 마그네틱 클러치부(10) 사이에는 가변형 풀리(12a)를 이동시키는 이동수단이 구비되는데, 상기 가변형 풀리(12a)의 이동수단으로는 회전하는 가변형 풀리(12a)를 좌측으로 밀기위한 이동로드(32)를 갖는 풀리 이동장치(30)와, 좌측으로 이동된 가변형 풀리(12a)를 탄성력으로 복귀시키는 복원 스프링(42)을 갖는 풀리 복귀장치(40)로 구성된다.
상기 풀리 이동장치(30)에 의한 가변형 풀리(12a)의 좌방향 이동은 에어컨 스위치를 ON한 후 이동로드(32)가 좌방향 이동되면서 소정의 시간동안 이루어지고,상기 풀리 복귀장치(40)에 의한 가변형 풀리(12a)의 우방향 이동은 에어컨 스위치를 OFF한 후 이동로드(32)가 우방향 이동되면서 동시에 상기 복원 스프링(42)의 탄성력에 의해 이루어진다.
상기 풀리 이동장치(30)는 전원이 인가되면 상기 이동로드(32)를 좌/우로 이동시키는 액츄에이터로서, 이동로드(32)가 좌측으로 이동되어 이동로드(32)의 좌측단부가 상기 가변형 풀리(12a)의 우측면을 밀면서 이동시키게 된다.
이때, 상기 이동로드(32)의 좌측단부는 가변형 풀리(12a)의 우측면 상에서 좌방향의 힘을 가하면서 원을 그리게 되는데, 상기 이동로드(32)의 좌측단부가 회전되는 가변형 풀리(12a)의 우측면을 최소의 마찰로 접촉하면서 효과적으로 밀수 있도록 이동로드(32)의 좌측단부에는 베어링 수단(34)이 장착된다.
또한, 상기 이동로드(32)가 우측으로 이동되면 이동로드(32)가 가변형 풀리(12a)의 우측면 상에 가했던 힘이 제거되고, 이후 복원 스프링(42)의 탄성력에 의해 상기 가변형 풀리(12a)가 우측으로 이동된다.
상기 복원 스프링(42)은 당김용 로드(44)와 함께 풀리 복귀장치(40)를 구성하는데, 상기 당김용 로드(44)는 일단이 컴프레서 하우징(50a)에 고정되고 타단이 가변형 풀리(12a)의 우측면에 결합된다.
상기 당김용 로드(44)는 다수개의 절(節)로 구성되어 가변형 풀리(12a)의 좌/우 이동에 따라 길이가 조절될 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 복원 스프링(42)의 일단은 컴프레서 하우징(50a)에 고정되고 타단은 당김용 로드(44)의 타단부 즉, 가변형 풀리(12a)와 결합되는 가장 좌측의 절에 고정된다.
즉, 복원 스프링(42)의 탄성력으로 당김용 로드(44)의 가장 좌측의 절이 당겨지면 상기 당김용 로드(44)는 각 절이 이웃하는 절과 일부 중첩되어 접혀지면서 길이가 조절된다.
상기 당김용 로드(44)는 가변형 풀리(12a)의 우측면 상에 결합되어 복원 스프링(42)의 탄성력을 받아 회전되는 가변형 풀리(12a)를 당겨야 하는데, 당김용 로드(44)와 복원 스프링으로 구성되는 풀리 복귀장치(40)가 가변형 풀리(12a)와 함께 회전되지 않도록 해야 한다.
이를 위해 가변형 풀리(12a)의 우측면에는 회전되는 가변형 풀리(12a)의 우측면 상에서 당김용 로드(44)의 타단이 그리게 되는 궤적을 따라 이동홈(19)을 형성시킨다.
상기 당김용 로드(44)의 타단, 즉 좌측단부에는 상기 이동홈(19)에 끼워져 가변형 풀리(12a)가 회전됨에 따라 상기 이동홈(19)을 따르게 되는 끼움단(46)을 설치한다.
상기 끼움단(46)이 이동홈(19)을 따르도록 하여 가변형 풀리(12a)가 회전될 때 당김용 로드(44)를 포함한 풀리 복귀장치(40)가 함께 회전되지 않도록 되어 있다.
이때, 상기 끼움단(46)은 당김용 로드(44)의 좌측단부에 회전 가능하도록 설치되는데, 이는 가변형 풀리(12a)의 회전시 상기 끼움단(46)이 이동홈(19)에 끼워져 이를 원활히 따를 수 있도록 함과 동시에 복원 스프링(42)의 탄성력을 가변형풀리(12a)에 원활히 전달할 수 있도록 한다.
결국, 가변형 풀리(12a)가 계속적으로 회전되는 상태에서 상기 끼움단(46)은 자체 회전과 동시에 이동홈(19)을 따르게 되고, 복원 스프링(42)의 탄성력이 당김용 로드(44)를 통해 가변형 풀리(12a)에 전해지면 상기 가변형 풀리(12a)는 우방향으로 이동하게 된다.
본 발명의 클러치 구조에서 충분한 강도를 가진 복원 스프링(42)이 다수 설치될 수 있으며, 이동홈(19)과 끼움단(46) 사이에는 충분한 힘의 전달이 이루어지되 원활한 슬라이딩 접촉이 이루어지도록 되어있다.
이하, 본 발명의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
마그네틱 클러치부(10)의 작동원리는 종래의 클러치 구조와 동일하나, 에어컨 스위치를 ON하여 컴프레서(50)를 최초 작동시킬시에는 크랭크 축에 의해 구동되는 벨트가 보다 큰 외경을 갖는 가변형 풀리(12a)의 좌측에서 구동되고, 풀리 이동장치(30)에 의해 일정시간이 지나는 동안 가변형 풀리(12a)가 좌측으로 이동되면서 상기 벨트는 보다 작은 외경을 갖는 가변형 풀리(12a)의 우측에서 구동되게 된다.
이후, 에어컨 스위치를 OFF시키면 풀리(12)는 계속적으로 공회전되되 풀리 이동장치(30)의 이동로드(32)가 우측으로 빠지게 되면서 복원 스프링(42)의 탄성력에 의해 가변형 풀리(12a)가 우측으로 이동되고, 벨트의 구동위치는 다시 가변형 풀리(12a)의 좌측으로 이동된다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조에 의하면 가변형 풀리의 외경변화에 따른 컴프레서 축의 회전수를 변동할 수 있도록 하고, 컴프레서의 최초 작동시점에는 낮은 회전수로 시작토록 하여 코일에 전원이 인가되는 즉시 컴프레서 축에 급격히 큰 회전부하가 걸리는 것을 방지토록 함으로써, 엔진 회전수의 급격한 변동을 줄이고, 마그네틱 클러치의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 벨트구동되는 풀리(10)와 이격된 상태로 하여 에어컨 컴프레서(50)의 축(52)에 클러치판(20)이 설치되고, 상기 풀리(10)에 내장된 코일(14)에 전원이 인가됨에 따라 이격된 상태의 클러치판(20)이 풀리(10)의 전자석화로 밀착되어 에어컨 컴프레서 축(52)을 구동시키는 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조에 있어서, 상기 풀리(10)가
    내주면에 다수개의 좌우방향 이동레일(18)을 갖고 좌측으로 갈수록 그 외경이 크게 형성되며 벨트구동으로 회전되면서 동시에 우측에 설치된 이동수단에 의해 좌/우측으로 이동될 수 있는 가변형 풀리(12a)와, 상기 가변형 풀리(12a)의 내측으로 삽입되고 외주면에 상기 이동레일(18)을 따르는 다수의 연결핀(17)이 고정되어 상기 연결핀(17)을 통해 회전력을 전달받는 고정형 풀리(12b)로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 컴프레서 하우징(50a)에 설치되고 상기 가변형 풀리(12a)가 좌방향으로 이동될 수 있도록 베어링 수단(34)이 구비된 좌측단부가 상기 가변형 풀리(12a)의 우측면을 밀게 되는 이동로드(32)를 갖는 풀리 이동장치(30)와;
    일단이 컴프레서 하우징(50a)에 고정되고 타단에 설치된 끼움단(46)이 상기가변형 풀리(12a)의 우측면 상에 형성된 이동홈(19)을 따르는 당김용 로드(44)와, 일단이 상기 컴프레서 하우징(50a)에 고정되고 타단이 상기 당김용 로드(44)의 타단부에 고정되는 복원 스프링(42)으로 구성되는 풀리 복귀장치(40);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 끼움단(46)은 상기 이동홈(19)을 따르되, 상기 당김용 로드(44)의 타단에서 회전 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 당김용 로드(44)는 상기 가변형 풀리(12a)의 이동에 따라 그 길이가 조절될 수 있도록 다수개의 절로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 에어컨 컴프레서의 클러치 구조.
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