KR101105601B1

KR101105601B1 - 와전류 구동부를 갖는 2단 속도 회전 제어 장치

Info

Publication number: KR101105601B1
Application number: KR1020067002350A
Authority: KR
Inventors: 크리스 에이. 넬선
Original assignee: 호르톤 인코포레이티드
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2012-01-19
Also published as: AU2004300987B2; CN1839532B; CN1839532A; KR20060061815A; MXPA06001471A; WO2005018075A1; BRPI0413291A; CA2535135A1; AU2004300987A1; US6838796B1; EP1654795A1; JP2007501365A

Abstract

회전 제어 장치(10)는 제1 회전 가능 조립체(20) 및 제2 회전 가능 조립체(96)를 포함한다. 제1 조립체(20)는 제1 지지 장착부(12)에 회전 가능하게 장착된다. 제2 조립체(96)는 제1 조립체(20)에 회전 가능하게 장착되고 제1 조립체(20)에 대해 축방향으로 이동 가능하다. 제1 및 제2 조립체(20, 96)는 서로 인접하여 서로로부터 이격된 각각의 동축 표면(28, 106A)을 갖고 제2 조립체(96)가 제1 축방향 위치에 있을 때 서로 마찰식으로 결합하고 제2 조립체(96)가 제2 축방향 위치에 있을 때 분리되는 각각의 축방향 표면(46, 102)을 추가로 갖는다. 제2 조립체(96)는 제2 조립체(96)가 제2 축방향 위치에 있을 때 제1 조립체(20)에 무관하게 회전하는 것이 가능하다. 회전 제어 장치(10)는 제1 조립체(20)의 동축 표면(28)과 결합된 제1 와전류 커플링 조립체(134)와 제2 조립체(96)의 동축 표면(106A)과 결합된 제2 와전류 커플링 조립체(136)로 구성된 와전류 구동부(132)를 포함하고, 제2 와전류 커플링 조립체(136)는 그 사이에 공기 간극(134)을 갖고 제1 와전류 커플링 조립체(134)에 인접한다.

와전류, 커플링조립체, 회전 제어 장치, 냉각시스템, 와전류 구동부, 자성링.

Description

와전류 구동부를 갖는 2단 속도 회전 제어 장치{TWO-SPEED ROTATIONAL CONTROL APPARATUS WITH EDDY CURRENT DRIVE}

본 발명은 회전 제어 장치에 관한 것이고, 더 구체적으로는 다중 속도 제어를 하면서 냉각 팬을 구동하도록 작동 가능한 와전류 팬 구동 시스템에 관한 것이다.

일반적인 와전류 구동부에서, 영구 자석의 형태와 같은 제1 자기장 생성 구동 부품은 클러치와 같은 회전 제어 장치의 입력 또는 출력에 따라 회전 가능하게 장착되어 있으며 입력 또는 출력에 따라 회전가능하게 장착된 제2 커플링 구동 부품과 자기적으로 결합하게 된다. 제2 커플링 구동 부품은 구리와 같은 전기 전도성 재료로 형성된 제1 링과, 일반적으로 알루미늄과 같은 열전도성 재료로 형성된 장착 본체부와, 상기 제1 링과 장착 본체부 사이에 강철과 같은 자속 전도성 재료의 제2 링을 개재시킨 형태로 되어 있으므로, 본체부가 히트 싱크(heat sink)로서 작용한다. 나사들이 제1 및 제2 링을 통해 연장되고 본체부에 나사 결합된다.

이들 커플링 구동 부품들은 다양한 문제점 및 결점을 갖는다. 본체부로의 강철 및 구리 링의 기계적 부착은 요구되는 부품들의 개수 및 조립 회수를 증가시키고 풀리거나(loosening) 및/또는 분리됨으로써 신뢰성에 악영향을 미친다. 또한, 제1 및 제2 구동 부품은 팬에 베어링을 통해 장착되고 밀접하게 고정된다. 제1 및 제2 구동 부품은 고정 간극을 갖고 면대면으로 축방향으로 배열되어, 구동 부품들 사이에 상대 축방향 운동이 존재하지 않는다. 이러한 배열은 2단 속도(two-speed) 팬 구동부를 제공한다. 현재의 2단 속도 냉각 팬 소비자들은 더 큰 팬을 회전시키고 더 빠른 속도로 회전하도록 더 큰 구동 토크를 필요로 한다. 냉각 팬을 작동하는데 사용되는 현재의 와전류 구동 시스템은 이들 적용을 취급하기 위한 토크 용량을 갖지 않는다.

더 큰 팬 적용에 요구되는 토크를 취급할 수 있는 팬 구동부가 존재하지만, 이들 팬 구동부는 소정의 제2 중간 속도를 포함하지 않는다. 더 큰 토크 용량을 갖는 하나의 팬 클러치가 호르톤, 인코포레이티드(Horton, Inc.)(본 출원인)에 양도된 발명의 명칭이 "스플라인리스 회전 제어 장치(Splineless Rotational Control Apparatus)"인 미국 특허 제6,092,638호에 개시되어 있다.

팬 클러치(fan clutch)는 커플링 요소 상에 축방향 하중을 인가하기 위한 작동 시스템을 포함한다. 이 작동 시스템은 일반적으로 두 개의 회전 가능 부품을 구동식으로 상호 연결하도록 팬 장착 마찰 디스크(FMFD)(회전 가능 부품들 중 하나)와 커플링 요소 사이에 소정의 상대 축방향 운동을 생성하도록 회전 가능 부품들 중 하나 또는 개별 부분 중 하나로 구성된다. 일반적으로, 커플링 요소는 활성화 또는 불활성화 위치를 향해 피스톤을 편향시키고 FMFD를 이동시키기 위해 적어도 하나의 스프링에 의해 작용하는 환형 피스톤이다.

일반적인 축방향 배열 와전류 팬 구동부에서, 와전류 커플링을 생성하는 두 개의 조립체가 저널 샤프트(journal shaft)에 베어링을 통해 장착되고 고정되기 때문에 고정 간극이 존재한다. 와전류 구동부는 두 개의 조립체 사이의 상대 축방향 운동을 허용하도록 큰 토크 용량 팬 클러치에 적용될 수 있다. 축방향 작동 팬 클러치에서, 와전류 조립체의 자극(magnet pole)들은 중심축에 평행한 라인을 따라 위치되고 축으로부터 일정한 반경방향 거리에 배치된다. 와전류 조립체는 공기 간극에 의해 자석들로부터 축방향으로 이격된 축방향 인접 자석 재료를 갖는 비자성 재료를 포함한다. 두 개의 조립체 사이의 공기 간극은 FMFD가 축방향으로 이동하고 두 개의 와전류 커플링 조립체가 서로에 대해 축방향으로 이동하기 때문에 고정되지 않는다. 따라서, 두 개의 조립체 사이의 축방향 상대 운동을 허용하면서 일정한 간극을 유지하는 와전류 커플링을 필요로 한다.

축방향 작동 팬 클러치는 제1 및 제2 상대 회전 가능 부재 사이, 특히 팬을 구동하기 위한 마찰 클러칭 장치로의 회전력의 전달을 선택적으로 제어하는데 사용된다. 축방향 작동 팬 클러치는 더 큰 팬을 회전시키고 더 빠른 속도로 팬을 회전시키는데 필요한 구동 토크를 취급할 수 있다. 그러나, 축방향 작동 팬 클러치는 일반적으로 단일 속도(one speed)이고 온(on) 위치와 오프(off) 위치 사이에서 팬을 구동한다.

와전류 구동부는 일반적으로 토크 생성 와전류 및 토크 비생성 와전류를 만든다. 토크 비생성 와전류가 발생될 때(토크를 전달하지 않는 와전류), 이는 구동부 내의 손실, 비효율 및 열을 증가시키는 근원이다. 와전류 구동부는 자성 재료로서 솔리드-아이언 백 아이언(solid-iron back iron)을 이용하여 토크 비생성 와전류를 만들어낸다. 토크 비생성 와전류를 제거하면 와전류 구동부의 효율이 증가된다.

따라서, 토크 비생성 와전류를 배제하고, 토크 생성 와전류(팬 구동부의 토크 용량을 향상시키고 더 빠른 속도로 팬을 작동시키는데 요구되는 토크 생성 와전류)의 생성을 향상시키고, 더 큰 팬을 회전시키고, 더 빠른 속도로 팬을 회전시키고 다중이지만 일정한 속도 조작을 허용하는데 필요한 토크를 취급할 수 있는 와전류 구동부를 필요로 한다.

본 발명은 제1 회전 가능 조립체 및 제2 회전 가능 조립체를 포함하는 회전 제어 장치에 관한 것이다. 제1 조립체는 제1 지지 장착부의 제1 샤프트에 회전 가능하게 장착된다. 제2 조립체는 제1 조립체에 회전 가능하게 장착되고, 제2 조립체는 제1 조립체에 대해 축방향으로 이동 가능하다. 제1 및 제2 조립체는 서로 인접하여 서로로부터 이격된 각각의 동축 표면을 갖는다. 제1 및 제2 조립체는 제2 조립체가 제1 축방향 위치에 있을 때 서로 마찰식으로 결합하고 제2 조립체가 제2 축방향 위치에 있을 때 분리되는 각각의 축방향 표면을 추가로 갖는다. 제2 조립체는 제2 조립체가 제2 축방향 위치에 있을 때 제1 조립체에 무관하게 회전하는 것이 가능하다. 회전 제어 장치는 제1 와전류 커플링 조립체와 제2 와전류 커플링 조립체로 구성된 와전류 구동부를 포함한다. 제1 와전류 커플링 조립체는 제1 조립체의 동축 표면과 결합되고 제2 와전류 커플링 조립체는 제2 조립체의 동축 표면과 결합되고, 제2 와전류 커플링 조립체는 그 사이에 공기 간극을 갖고 제1 와전류 커플링 조립체에 인접한다.

본 발명의 부가의 실시예에서, 제2 와전류 커플링 조립체는 제2 조립체의 내부 캐비티 내에 배열된 복수의 동축 전기 절연 링 및 전기 절연 링에 인접하여 동축으로 위치된 비자성 링을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예는 회전에 대해 고정된 위치에 유지되도록 적용된 지지 장착부를 포함하는 회전 제어 장치에 관한 것이다. 제1 회전 가능 조립체는 구동원에 상호 연결되도록 적용된 제1 부분 및 제1 부분으로부터 축방향으로 이격된 제2 부분을 포함하고, 제2 부분은 외부 원주방향 표면을 추가로 포함한다. 제1 베어링 유닛(bearing unit)이, 제1 회전 가능 조립체가 제1 베어링 유닛을 통해 지지 장착부에 의해 회전 가능하게 지지된 상태로, 지지 장착부와 제1 회전 가능 조립체 사이에 개재된다. 제1 결합 표면이 제1 회전 가능 조립체와의 동시 회전을 위해 제1 회전 가능 조립체의 제2 부분에 제공된다. 회전 제어 장치는 제1 및 제2 섹션을 갖는 제2 회전 가능 조립체를 포함한다. 제2 회전 가능 조립체의 제1 섹션은 제1 조립체의 외부 원주방향 표면과 정렬된 내부 반경방향 표면부를 형성하는 반경방향 연장부와 제2 회전 가능 조립체의 내부 캐비티(cavity)를 형성하는 내부 반경방향 표면부를 포함한다. 제2 회전 가능 조립체의 제2 섹션은 제1 섹션으로부터 반경방향 내향으로 연장되고 제1 회전 가능 조립체의 제1 부분으로부터 축방향으로 이격된다. 제2 결합 표면이 제2 회전 가능 조립체의 제1 섹션(section)에 제공된다. 피스톤은 제1 회전 가능 조립체의 제1 부분과 제2 회전 가능 조립체의 제2 섹션 사이에, 피스톤이 제1 회전 가능 조립체 대해 축방향으로 이동 가능한 상태로 축방향으로 위치된다. 회전 제어 장치는 제1 및 제2 회전 가능 조립체를 상호 연결하기 위해 제1 및 제2 결합 표면 사이의 선택적인 결합을 유도하도록 제1 회전 가능 조립체에 대해 피스톤을 축방향으로 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 제2 베어링 유닛은 제1 회전 가능 조립체에 대한 동시 축방향 운동을 위해 피스톤과 제2 회전 가능 조립체를 상호 연결하여, 피스톤과 제2 회전 가능 조립체 사이의 상대 회전을 허용한다. 제1 와전류 조립체가 제1 회전 가능 조립체의 제2 부분의 외부 반경방향 표면부에 반경방향으로 장착되고, 제2 와전류 조립체가 제2 회전 가능 조립체의 내부 캐비티 내에 반경방향으로 장착된다. 제2 와전류 조립체는 제1 와전류 조립체로부터 그에 동축으로 반경방향으로 이격된다. 제2 와전류 조립체는 제2 회전 가능 조립체의 내부 캐비티 내에 반경방향으로 배열된 복수의 전기 절연 재료의 링 및 전기 절연 링들 중 하나에 연결된 비자성 재료의 중간 링을 포함하고, 중간 링은 복수의 전기 절연 링과 제1 와전류 조립체 사이에 위치된다.

본 발명은 유사한 구조체를 다수의 도면에 걸쳐 유사한 도면 부호로 나타내는 첨부 도면을 참조하여 더 설명될 것이다.

도 1A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전 제어 장치의 단면도.

도 1B는 명료화를 위해 제어 장치의 몇몇 부분이 도시되어 있지 않은 도 1A에 도시된 회전 제어 장치의 개략 단면도.

도 2는 제1 결합 위치에서의 회전 제어 장치의 부분 단면도.

도 3은 제2 분리 위치에서의 회전 제어 장치의 부분 단면도.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전 제어 장치의 부분 단면도.

상술한 도면은 본 발명의 다수의 실시예를 설명하고 있지만, 실시예의 설명에 언급되는 바와 같이 다른 실시예가 또한 고려된다. 모든 경우에, 본 개시 내용은 본 발명을 한정이 아니라 예시적으로 제시한다. 다수의 다른 변형예 및 실시예는 본 발명의 원리의 범주 및 사상 내에 있는 당 기술 분야의 숙련자에 의해 고안될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 1A는 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성된 회전 제어 장치(10)의 단면도이다. 회전 제어 장치(10)는 자동차 환경에서 사용되는 냉각 팬과 같은 다중의 고정 속도에서 팬을 구동하는데 사용하기 위해 특히 적용된 마찰 클러치를 포함한다.

회전 제어 장치(10)는 전체 장치에 일체로 형성된 지지 장착부(12)를 포함한다. 지지 장착부(12)는 회전에 대항하여 고정된 위치에 유지되기에 적합하고, 플랜지부(14)를 포함하며, 엔진 블록(engine block)과 같은 지지 구조체(도시 생략)에 지지 장착부(12)를 고정하기 위해 상기 플랜지부에 의해 복수의 체결구(fastener)(도시 생략)가 개구(16)들 내에 수용된다.

지지 장착부(12)는 제1 회전 가능 조립체(20)를 지지하도록 적용된 저널 샤프트(18)를 포함한다. 제1 회전 가능 조립체(20)는 축선(21)을 포함한다. 제1 회전 가능 조립체(20)는 제1 부분(22) 및 제1 부분(22)으로부터 축방향으로 이격된 제2 부분(24)으로 구성된다. 제1 회전 가능 조립체(20)의 제1 부분은 외부 반경방향 표면을 포함하고, 이 외부 반경방향 표면은 구동 벨트(27)에 의해 구동원(도시 생략)에 결합되기에 적합한 시브(sheave)(26)를 형성하고 그리고 회전 제어 장치(10)의 제1 또는 입력 부재를 구성한다. 제2 부분(24)은 외부 원주방향 표면(28)을 포함한다. 제1 회전 가능 조립체(20)는 제1 베어링 유닛(30)에 의해 저널 샤프트(18) 상에 회전 가능하게 지지된다. 제1 베어링 유닛(30)은 제1 회전 가능 조립체(20)의 시브(26)와 저널 샤프트(18) 사이에 개재된다. 제1 베어링 유닛(30)은 내부 레이스(race) 및 외부 레이스를 포함하고, 이 내부 레이스 및 외부레이스는 각각 저널 샤프트(18) 상에 슬립 끼워맞춤되고 제1 부분(22) 내에 압력 끼워맞춤된다. 제1 베어링 유닛(30)의 내부 레이스(들)는, 저널 샤프트(18)의 감소된 직경의 내부 축방향 단부(36)에 부착된 리테이너 요소(retainer element: 34)와의 결합을 통해, 일 축방향 위치에서 그리고 이격된 축방향 위치에서 저널 샤프트(18)의 숄더(shoulder: 32)에 접촉됨으로써 저널 샤프트(18) 상에 축방향으로 끼워진다.

제1 부분(22)의 시브(26)는 제1 베어링 유닛(30)에 대해 시브(26)를 축방향으로 위치시키는 근위(proximal) 숄더(38)를 구비한다. 도시된 실시예에서, 숄더(38)는 제1 회전 가능 조립체(20)의 제1 부분(22)의 근위 연장부(엔진 블록을 향한)를 나타낸다. 시브(26)는 그 둘레로 벨트(27)가 시브(26)에 회전 구동력을 입력하기 위해 연장되도록 적용된 외부 반경방향 홈 형성 섹션(40)을 형성한다. 제1 회전 가능 조립체(20)는 제1 내부 원주방향 표면(42) 및 더 큰 제2 원주방향 표면(44)과 결합되고, 상기 표면들은 모두 제1 회전 가능 조립체(20)의 범위 내에서 위치된다. 더욱이, 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분은 제1 회전 가능 조립체(20)와 동시 회전을 위해 제1 결합 표면(46)을 추가로 포함한다.

본 발명의 하나의 실시예에서, 회전 제어 장치(10)는 유압 제어식 장치를 포함한다. 도 1A에 도시된 실시예에서, 회전 제어 장치(10)는 제1 내부 원주방향 표면(42)을 가로질러 연장되는 캡 부재(48)를 구비한다. 캡 부재(48)는 또한 제1 베어링 유닛(30)의 외부 레이스에 접촉하고 보유 링(50)에 의해 축방향으로 유지된다. 밀봉부(52)가 제1 회전 가능 조립체(20)의 제1 내부 원주방향 표면(42)과 캡 부재(48) 사이에 개재된다. 캡 부재(48)의 중심에 커플링(54)이 고정되고, 이 커플링을 통해 유체 통로(55)가 지나간다. 커플링(54)의 통로(55)는 로터리 조인트(58)의 도관(56)과 유체 소통한다. 로터리 조인트(58)는 지지 장착부(12)의 저널 샤프트(18)에 형성된 보어(bore: 60) 내에 장착되고, 커플링(54)의 축방향 면(59B)에 결합하는 축방향 면(59A)을 가지며, 그들 사이에 로터리 유니언(rotary union)을 형성한다. 일반적으로, 로터리 조인트(58)는 당 기술 분야에 공지된 카트리지의 형태를 취한다. 도관(56)은 저널 샤프트(18)에 형성된 통로(62)와 추가로 유체 소통한다. 따라서, 이 배열에 의해 가압 유체가 통로(62), 도관(56), 및 통로(55)를 거쳐 저널 샤프트(18) 내로 및 캡 부재(48)를 통해 선택적으로 유동하도록 강제로 공급될 수 있다.

회전 제어 장치(10)의 초기 조립 동안에, 제1 베어링 유닛(30)은 초기에 제1 회전 가능 조립체(20)의 제1 부분(22) 내에서 숄더(38)에 위치된다. 그 후에, 제1 회전 가능 조립체(20) 및 제1 베어링 유닛(30)은 제1 베어링 유닛(30)이 숄더(32)에 접촉할 때까지 지지 장착부(12)의 저널 샤프트(18) 상에서 축방향으로 미끄러진다. 로터리 조인트(58)는 지지 장착부(12) 상의 제1 회전 가능 조립체(20) 및 제1 베어링 유닛(30)의 조립 이전 또는 이후에 설치된다. 리테이너 요소(34)는 저널 샤프트(18)의 내부 축방향 단부(36) 상에 나사 결합된다. 밀봉부(52) 및 커플링(54)이 캡 부재(48)에 부착된 상태로, 캡 부재(48)가 제1 내부 원주방향 표면(42)을 따라 미끄러지고 제1 베어링 유닛(30)의 외부 레이스에 대해 가압된다. 그 후에, 보유 링(50)이 캡 부재(48)를 축방향으로 보유하도록 제1 내부 원주방향 표면(42)에 형성된 환형 홈에 장착된다. 이 배열에 의해, 지지 장착부(12)는 여전히 저널 샤프트(18)가 제1 회전 가능 조립체(20) 내로 양호하게 연장하면서 그의 구조적 특징을 향상시키기 위해 단일 부품으로 유리하게 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 커플링(54)의 유체 통로(55)는 분해를 위해 캡 부재(48)의 제거[보유 링(50)의 제거 후에]를 허용하도록 볼트 등의 수용을 위해 나사 결합된다.

도 1A에 도시된 실시예에서, 리테이너 요소(34)는 배수 구멍(weep hole: 64)과 함께 형성되고, 저널 샤프트(18)는 배수 구멍(64)으로부터 지지 장착부(12)를 통해 축방향으로 연장되는 배수 통로(66)를 구비한다. 이 구조에 의해, 커플링(54)과 로터리 조인트(58) 사이의 로터리 유니언에서 가압 유체의 임의의 누출이 발생하면, 유체는 배수 회로[배수 구멍(64) 및 배수 통로(66)]를 통해 배출될 수 있고 제1 베어링 유닛(30)을 통과하지 않으며, 이에 의해 베어링 유닛(30)의 사용 수명을 연장한다.

회전 제어 장치(10)는 커플링(54)을 통해 유동하는 가압 유체에 노출되는 제1 축방향 측면(70)에 의해 적어도 부분적으로 형성된 디스크형 부분을 갖는 피스톤(68)을 추가로 포함한다. 피스톤(68)은 또한 제2 축방향 측면(72)을 포함하고, 이 제2 축방향 측면으로부터 외부 및 내부 축방향 연장부(74, 76)가 돌출된다. 밀봉부(78)는 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분(24)의 제2 내부 원주방향 표면(44)과 외부 축방향 연장부(74) 사이에 개재된다. 유체 챔버(80)가 제1 회전 가능 조립체(20), 캡 부재(48) 및 피스톤(68)의 제1 축방향 측면(70) 사이에 형성된다. 제1 회전 가능 조립체(20)는 강철 또는 철과 같은 저다공성 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 피스톤(68)은 회전 제어 장치(10)를 결합하고 분리하기 위해 제1 회전 가능 조립체(20)에 대해 축방향으로 선택적으로 이동하도록 적용된다.

도 1A에 도시된 실시예에서, 밀봉부(78)는 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분(24)에 고정된다. 더 구체적으로는, 반응판(84)의 축방향 연장 환형 돌출부(82)는 제1 회전 가능 조립체(20)와 반응판(84) 사이에 밀봉부(78)를 포획한다. 피스톤(68)은 돌출부(82), 밀봉부(78) 및 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분(24)의 축방향 표면을 따라 미끄러질 수 있다.

반응판(84)은 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분(24)에 고정되도록 적용된 최외측 원주방향 플랜지부(86)를 포함한다. 반응판(84)은 개별 재료로 구성된 마찰 라이닝(lining)에 의해 형성될 수 있는 제1 회전 가능 조립체(20)의 제1 결합 표면(46)을 형성한다. 반응판(84)은 또한 반응판(84) 내에 복수의 환형 및 축방향 연장 캐비티(92)를 형성하는 것을 보조하는 내부 축방향 연장 환형부(88)를 포함한다. 도 1A에 도시된 실시예에서, 이러한 캐비티(92)들 12개가 반응판(84)에서 균일하게 축방향으로 이격되고, 캐비티(92)들의 벽들이 반응판(84)을 구조적으로 보강하는 리브(rib:도시 생략)를 형성한다. 캐비티(92)들 각각은 압축 스프링(94)을 수용하도록 구성되고, 이 압축 스프링은 반응판(84), 캐비티 각각의 캐비티 바닥부(93) 및 피스톤(68)의 제2 축방향 측면(72) 사이에서 연장한다.

스프링(94)들의 존재에 의해, 피스톤(68)은 저널 샤프트(18)를 향해 근위방향으로 편향되지만, 유체 챔버(80) 내로 전달된 유압은 피스톤(68)이 스프링(94)들의 편향력에 대항하여 저널 샤프트(18) 및 제1 회전 가능 조립체(20)로부터 원위방향으로(distally) 멀리 이동될 수 있게 한다. 이러한 축방향 운동 중에, 피스톤(68)은 또한 피스톤(68)의 내부 축방향 연장부(76)가 반응판(84)의 내부 축방향 연장부(88)를 따라 안내된 상태로 반응판(84)에 대해 축방향으로 이동한다. 피스톤(68)의 내부 축방향 연장부(76)는 밀봉부(90)들을 구비하고, 이 밀봉부들은 상기 피스톤(68)의 내부 축방향 연장부(76)와 반응판(84)의 환형부(88) 사이의 계면을 윤활하고 이 계면에 먼지가 진입하는 것을 방지하는 윤활제를 포함한다. 본 발명의 하나의 형태에서, 피스톤(68)과 반응판(84) 사이의 계면(95)은 TEFLON 함침된 마찰 감소용 열적 스프레이 도포된 세라믹/금속 코팅을 구비한다.

회전 제어 장치(10)는 또한 팬 장착 마찰 디스크(FMFD)로서 또한 공지된 제2 회전 가능 조립체(96)를 포함한다. 제2 회전 가능 조립체(96)는 피스톤(68)에 회전 가능하게 장착된다. FMFD(96)는 제2 내부 반경방향 섹션(100)에 연결된 제1 외부 반경방향 섹션(98)을 갖는다. 제1 외부 반경방향 섹션(98)은 개별 재료로 구성된 마모 코팅에 의해 형성될 수 있는 제2 결합 표면(102)과 결합된다. 제2 결합 표면(102)은 제1 회전 가능 조립체(20)의 제1 결합 표면(46)에 병렬 배치된다. 외부 반경방향 섹션(98)은 제1 반경방향 부분(98A) 및 제2 반경방향 부분(98B)으로 구성된다. 제2 결합 표면(102)은 FMFD(96)에 일체화된다.

FMFD(96)는 경량이고 제조 및 가공이 용이할 뿐만 아니라 낮은 관성, 낮은 전체 중량 및 비자성이 되도록 알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하다. 피스톤(68) 및 반응판(84)은 알루미늄과 같은 경량의 비자성 재료로 형성되는 것이 또한 바람직하다.

FMFD(96)의 제2 반경방향 부분(98B)은 외부 반경방향 부분(104) 및 내부 반경방향 부분(106)을 갖는다. 제2 반경방향 부분(98B)의 외부 반경부(104)는 작동 중에 회전 제어 장치(10)에 의해 발생되는 열을 분산하는 복수의 냉각 핀(108)을 포함한다. 제2 반경방향 부분(98B)의 외부 및 내부 반경방향 부분(104, 106)은 그 사이에 내부 환형 캐비티(110)를 형성한다. FMFD(96)의 내부 반경방향 부분(106)의 내부면(106A)은 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분(24)의 외부 원주방향 표면(28)에 인접한 위치에 병렬 배치되어, 외부 원주방향 표면(28) 및 내부면(106A)이 그 사이에 간극(114)을 갖고 반경방향으로 정렬된다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 마찰 결합 표면(46, 102)은 회전 제어 장치(10)가 결합 위치에 있을 때[즉, 챔버(80)가 가압되지 않고 피스톤(68)이 이동하지 않음] 서로 접하도록 구성되며, 이에 의해 커플링된 회전을 위해 제1 회전 가능 조립체(20) 및 제2 회전 가능 조립체(96)를 마찰식으로 결합시킨다.

FMFD(96)는 헤드부(118)를 갖는 샤프트(116)를 사용함으로써 피스톤(68)에 장착되도록 구성된다. 더 구체적으로는, 샤프트(116)는 토크 피팅(fitting)을 갖는 잭 볼트(jack bolt)에 의해 구성되고 FMFD(96)의 내부 반경방향 섹션(100)의 중심부에 형성된 장착 허브(120) 내에 수용되도록 적용된다. 장착 허브(120)는 또한 숄더(122)를 구비하고, 이 솔더에 제2 베어링 유닛(124)의 내부 레이스가 위치된 한다. 제2 베어링 유닛(124)은 피스톤(68)과 일체로 주조된 열팽창 제어 삽입부(126)[즉, 삽입부(126)가 내부 축방향 연장부(76)를 형성함]에 대해 압력 끼워맞춤되는 외부 레이스를 갖고, 외부 레이스가 스냅 링(128)에 의해 그의 원하는 위치에 보유되는 상태로 한쪽의 축방향으로(one axial direction) 피스톤(68)에 접촉한다.

회전 제어 장치(10)의 후속 조립 스테이지 동안에, 피스톤(68)은 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분(24) 내로 삽입되고, 반응판(84)는 스프링(94)들이 캐비티(92)들 내에 위치된 상태로 제1 회전 가능 조립체(20)에 고정된다. 샤프트(116)가 제2 베어링 유닛(124)을 통해 연장하는 상태로, 제2 베어링 유닛(124)이 삽입부(126) 내에 압력 끼워맞춤되고 피스톤(68)에 접촉한다. 그 후에, 스냅 링(128)은 제2 베어링 유닛(124)의 외부 레이스를 축방향으로 유지하도록 삽입된다. 주로 반응판(84)의 구조에 기인하여, 제2 베어링 유닛(124)은 마찬가지로 제1 회전 가능 조립체(20) 내의 피스톤(68)의 삽입에 앞서 피스톤(68)에 부착될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 다음, 장착 허브(120)가 제2 회전 가능 조립체(96)에 연결되고, 제2 베어링 유닛(124) 내에 삽입된다. 그 후에, 토크가 샤프트(116)에 인가되어 이 샤프트를 회전시키고 숄더(122)가 제2 베어링 유닛(124)의 내부 레이스에 접촉할 때까지 제2 베어링 유닛(124) 내로 제2 회전 가능 조립체(96)를 견인한다. 장착 허브(120) 내의 샤프트(116)의 조임시에, 내부 레이스가 헤드부(118)와 숄더(122) 사이에 보유되도록 헤드부(118)가 제2 베어링 유닛(124)의 내부 레이스에 결합한다.

이 장착 배열 및 제2 베어링 유닛(124)의 존재에 기인하여, 피스톤(68) 및 제2 회전 가능 조립체(96)는 서로에 대해 회전되는 것이 허용된다. 게다가, 제2 베어링 유닛(124)이 내부 반경방향 위치에서 회전되기 때문에, 오염물 및 먼지가 회전 제어 장치(10)의 작동 중에 생성된 원심력에 기인하여 제2 베어링 유닛(124)으로부터 이격되어 반경방향 외향으로 유동하는 경향이 있을 수 있다. 내부 반경방향 섹션(100)에서 제2 회전 가능 조립체(96)에 또한 제공된 복수의 환형 이격 샤프트 또는 스터드(130)는 제2 회전 가능 조립체(96)에 고정된다. 회전 제어 장치(10)는 본 발명의 가장 바람직한 형태에서, 마찰 팬 클러치를 포함하기 때문에, 샤프트(130)들은 그 상부에 팬 블레이드(131A)들을 갖는 팬 블레이드 링(131)을 수용하도록 구성된다(도 1A에 가상선으로 도시됨).

제1 회전 가능 조립체(10) 및 제2 회전 가능 조립체(96) 모두가 회전이 허용되는 클러치로서 사용될 때, 스프링(94)들은 제1 및 제2 마찰 결합 표면(46, 102)(도 2에 도시됨) 사이의 결합을 유도하는 위치로 피스톤(68)을 편향시킨다. 그러나, 압축 유체가 유체 챔버(80) 내로 도입되어 피스톤(68)의 축방향 운동을 유도할 수 있다. 제2 베어링 유닛(124)을 통한 피스톤(68)과 제2 회전 가능 조립체(96) 사이의 상호 결합에 기인하여, 제1 회전 가능 조립체(20)에 대한 피스톤(68)의 축방향 운동은 제2 회전 가능 조립체(96)의 동시 축방향 운동을 유도할 수 있다. 제2 회전 가능 조립체(96)의 이 축방향 운동은 제1 및 제2 마찰 결합 표면(46, 102)을 분리시키며, 이에 의해 회전 제어 장치(10)(도 3에 도시됨)의 마찰 클러치 작동을 분리한다.

피스톤(68)의 제1 축방향 측면(70)이 디스크 형상, 즉 비평면형(non-planar)이라는 것을 주목해야 한다. 이 구조는 유체 챔버(80) 내로 도입되는 압축 유체에 의해 작용하는 큰 피스톤 영역을 확립한다. 따라서, 큰 피스톤 영역은 큰 분리력이 소정의 유체 압력에 대해 회전 제어 장치(10) 내에 발생될 수 있게 하면서, 또한 큰 스프링력이 감소한 슬립핑 및 마모로 급속한 결합을 초래하는 것을 가능하게 한다.

제1 회전 가능 조립체(20) 및 제2 회전 가능 조립체(96)가 결합될 때, 하나로부터 다른 하나로의 회전력의 전달은 회전 제어 장치(10)의 외부 반경방향 부분에서 발생한다. 더 구체적으로는, 이들 힘은 제1 및 제2 마찰 결합 표면(46, 102)을 통해 제1 회전 가능 조립체(20) 및 제2 회전 가능 조립체(96) 사이에 직접 전달된다.

본 발명은 피스톤(68)이 제2 분리 위치에 있을 때, 즉 제1 및 제2 결합 표면(46, 102)이 분리될 때 중간 속도로 제2 회전 가능 조립체(96)를 구동하기 위한 와전류 구동 시스템(132)을 구비한다. 도 1B는 회전 제어 장치(10), 특히 와전류 구동 시스템(132)의 단면의 개략도이다. 명료한 도시를 위해, 제어 장치(10)의 중심부는 도 1B에는 도시되지 않는다. 도 2는 제1 결합 위치에서의 회전 제어 장치(10)의 부분 단면도이고, 도 3은 제2 분리 위치에서의 회전 제어 장치(10)의 부분 단면도이다.

와전류 구동 시스템(132)은 제1 와전류 커플링 조립체(134) 및 제2 와전류 커플링 조립체(136)로 구성된다. 제1 와전류 조립체(134)는 제1 회전 가능 조립체(20)와 제2 회전 가능 조립체(96) 사이의 간극(114)에 인접한 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분(24)의 외부 원주방향 표면(28)에 장착된다. 제1 와전류 조립체(134)는 복수의 백 아이언 태브(tab: 138) 및 복수의 원주방향 이격 자석(140)[즉, 도 1B의 자석(140A, 140B)]을 포함한다. 한 쌍의 자석(140)은 각각의 백 아이언 태브(138)에 고정되고 쌍의 자석은 약 14.7도만큼 이격되지만, 거리는 그 이상 또는 이하일 수 있다. 자석(140)들 각각의 쌍 및 이들의 관련 백 아이언 태브(138)는 대응하는 쌍의 자석(140)들을 갖고, 이 자석(140)들은 그로부터 180도로 원주방향으로 이격된 백 아이언 태브(138)에 고정된다. 도 1B에 도시된 제1 와전류 조립체(134)의 실시예에서, 4개의 백 아이언 태브(138)에 부착된 4개의 쌍의 자석(140)(총 8개의 자석)이 존재한다.

백 아이언 태브(138)들은 복수의 체결구(142)에 의해 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분(24)의 외부 원주방향 표면(28)에 대해 고정되고, 상기 복수의 체결구는 백 아이언 태브(138)을 통해 연장되고 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분에 수용된다. 각각의 자석(140)은, 이 자석(140)을 통해 연장하고 백 아이언 태브(138)에 의해 수용되는 체결구(144)에 의해 백 아이언 태브(138)에 고정된다. 제1 와전류 조립체(134)의 외부면(134A)은 제1 및 제2 회전 가능 조립체(20, 96) 사이의 간극(114) 내에 위치되고 간극(146)이 그 사이에 형성되도록 제2 회전 가능 조립체(96)의 제2 반경방향 부분(98B)의 내부 반경방향 부분(106)의 내부면(106A)으로부터 반경방향으로 이격되어 그와 정렬된다.

제2 와전류 조립체(136)는 자기 전도성 전기 절연성 강철 링(148)의 적층체로 구성된 적층된 백 아이언(147), 및 제2 회전 가능 조립체(96)의 제2 반경방향 부분(98B)의 내부 반경방향 부분(106)을 포함한다. 적층된 백 아이언(147)은 제2 반경방향 부분(98B)의 외부 및 내부 반경방향 부분(104, 106) 사이에 형성된 환형 캐비티(110) 내에 적층된 절연 링(148)들을 포함한다. 절연 링(148)들은 제2 회전 가능 조립체(96)의 회전 축선(21)에 수직인 환형 캐비티(110) 내에 적층된다. 일 실시예에서, 절연 링(148)들은 자속 루프를 완성하고, 토크 비생성 와전류의 생성을 제거하고, 와전류 구동부(132)의 효율을 증가시키도록 강철로 구성된다.

도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 각각의 절연 링(148)은 표면(148A) 및 표면(148B)을 갖는다. 절연 코팅이 인접 링(148)으로부터 링(148)을 전기적으로 절연하도록 각각의 링(148)의 축방향 이격 반경방향 표면(148A, 148B)에 적층된다. 그러나, 절연 코팅은 링의 반경방향 연장 원주방향 에지를 따라 적층되지는 않는다. 각각의 절연 링(148)은 약 0.009in(0.229 mm) 내지 약 0.019in(0.483 mm)의 두께를 갖고, 하나의 실시예에서는 약 0.018in(0.457 mm)의 두께를 갖는다. 보유 링(152)은 환형 캐비티(110) 내에 절연 링(148)을 유지한다. 보유 링(152)은 제2 반경방향 부분(98B)의 외부 반경방향 부분(104)에 형성된 환형 홈에 장착된다.

제2 반경방향 부분(98B)의 내부 반경방향 부분(106)은 제2 와전류 조립체(136)의 중간 링을 형성한다. 내부 반경방향 부분(106)은 알루미늄과 같은 비자성 재료로 구성되고, 제1 와전류 조립체(134) 및 적층된 백 아이언(147)에 인접하여 위치된다. 그러나, 본 발명의 대안 실시예에서, 중간 링은 알루미늄 또는 구리와 같은 임의의 비자성 재료로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 공기 간극(146) 및 내부 반경방향 부분(106)에 의해 규정되는 바와 같은 제1 와전류 조립체(134)와 제2 와전류 조립체 사이의 거리는 약 0.060in(1.524 mm)이다.

피스톤(68)이 결합 위치에 있을 때, 제1 및 제2 회전 가능 조립체(20, 96)의 제1 및 제2 결합 표면(46, 102)이 결합되어 서로 접촉한다. 제1 및 제2 와전류 조립체(134, 136)는 공기 간극(146)에 의해 서로로부터 반경방향으로 이격되고 실질적으로 서로 축방향으로 정렬된다(즉, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 약간 축방향으로 오프셋됨). 결합 위치에서, 제2 회전 가능 조립체(96)[및 팬 블레이드(131A)들]는 제1 회전 가능 조립체(20) 및 특히 시브(26)와의 마찰결합에 의해 구동된다.

피스톤(68)이 제2 분리 위치에 있고 제1 및 제2 결합 표면(46, 102)이 분리될 때, 제1 및 제2 회전 가능 조립체(20, 96)는 마찰식으로 결합되지 않는다. 그러나, 와전류 구동부(132)는 여전히 제2 회전 가능 조립체(96)가 회전할 수 있게 한다. 제2 회전 가능 조립체(96)는 제1 회전 가능 조립체(20) 및 제1 와전류 조립체(134)에 대해 축방향으로 이동한다. 와전류 구동부(132)는 반경방향으로 장착되기 때문에, 제1 및 제2 와전류 조립체(134, 136) 사이의 공기 간극(146)은 두 개의 와전류 조립체 사이의 축방향 운동을 허용하면서 일정하게 유지된다. 따라서, 제1 와전류 조립체(134)와 제2 와전류 조립체(136) 사이의 간극(146)은 제1 및 제2 결합 표면(46, 102)이 분리되어 있을 때 일정하게 유지된다.

피스톤 분리 위치(도 3에 도시됨)에서, 제1 및 제2 회전 가능 조립체(20, 96)의 제1 및 제2 결합 표면(46, 102)이 분리되어 서로 접촉하지 않는다[즉, 표면(46, 102)들 사이에 간극(154)이 존재함]. 분리 위치에서, 제2 회전 가능 조립체(96)는 마찰 결합 표면(46, 102)들이 분리되도록 저널 샤프트(18)로부터 이격되어 축방향으로 이동된다. 제2 와전류 커플링 조립체(136)는 이에 의해 저널 샤프트(18)로부터 이격되어 축방향으로 이동된다. 그러나, 제1 및 제2 와전류 조립체(134, 136)의 축방향 치수는, 일단 이동되면 제2 와전류 조립체(136)가 제1 와전류 커플링 조립체(134)와 축방향으로 정렬되도록[즉, 이들의 단부가 도 3에 도시된 바와 같이 반경방향 연장 평면(156, 158)들에서 정렬됨] 구성된다. 분리 위치에서, 제2 회전 가능 조립체(96)[및 그에 연결된 팬 블레이드(131A)들]는 와전류 조립체들이 축방향으로 정렬되어 유지되기 때문에 제2 와전류 조립체(136)가 제1 와전류 조립체(134)에 대해 축방향으로 이동될 때 작동하는 와전류 구동 시스템(132)에 의해 구동된다.

제1 및 제2 결합 표면(46, 102)이 결합될 때(도 2에 도시됨), 와전류가 생성되지 않고 제2 회전 가능 조립체(96)[따라서 샤프트(130)들 및 팬 블레이드(131A)들]가 제1 회전 가능 조립체(20), 특히 시브(26)에 의해 구동된다. 제1 및 제2 결합 표면(46, 102)이 분리 위치에 있을 때, 내부 반경방향 부분(106) 및 전기 절연 링(148)으로 구성된 제2 와전류 조립체(136)는 피스톤(68)에 대해 제2 회전 가능 조립체(96)와 함께 회전한다. 이 상대 회전에 기인하여, 와전류가 제2 와전류 조립체(136)의 중간 링(106)에 생성된다. 전기 절연 링(148)들의 적층체는 토크 비생성 와전류의 생성을 중단한다. 그러나, 토크 생성 와전류가 와전류 구동부(132)에 의해 여전히 생성된다.

링(148)들은 와전류 직경보다 작은 두께를 갖고 따라서 더 큰 직경의 와전류가 각각의 링(148)의 절연 코팅을 통과할 수 없고, 소형 전류 회로(와전류)가 파괴되어 형성되지 않는다. 각각의 강철 링(148)은 모든 자속을 포함하고 절연 코팅은 와전류가 각각의 링 사이의 공기 간극을 점핑하는 것을 방지한다. 따라서, 와전류 구동부(132)에 의해 생성된 열은 감소되고 자속은 단지 전기 절연 링(148)의 적층체 둘레로만 이동한다. 게다가, 냉각 핀(108)들은 구동부에 의해 생성된 열을 분산시키고, 이에 의해 팬 구동부 내의 열의 양을 더욱 감소시킨다. 분리된 위치에서, 와전류 구동부(132)는 제1 회전 가능 조립체(20)에 대해 제2 중간 속도로 팬, 즉 제2 회전 가능 조립체(96)를 구동한다.

본 발명은 토크 생성 와전류를 생성하도록 중실 비자성 중간 링(106)을 사용하면서 토크 비생성 와전류를 제거하도록 전기 절연 링(148)들의 적층체를 사용한다. 자기장은 제2 와전류 조립체(136)에 대해 반경방향으로 배열된 와전류 구동부(132) 내의 제1 와전류 조립체(134)와 함께 회전한다. 토크 생성 와전류를 생성하는 자속 라인은 축선(21)에 대해 반경방향으로 연장하고 중간 링(106)에 수직이다. 자속 라인이 중간 링(106)에 인접한 전기 절연 링(148)의 적층체 내에서 회전할 때, 자속 라인은 더 이상 중간 링(106)에 수직하지 않고 전기 절연 링(148)들의 적층체가 토크 비생성 와전류의 생성을 중단하기 때문에 토크 생성 와전류를 생성하지 않는다.

본 발명의 와전류 구동 시스템(132)에서, 자속 라인(133)은 중심축에 수직인 반경방향으로 제1 자석(140A)(세트의 일 자석)을 남겨두고, 공기 간극(146)을 교차하고, 중간 링(106)을 통해 및 전기 절연 링(148)들의 적층체(제2 백 아이언을 형성함) 내로 반경방향으로 계속된다. 자속(133)은 전기 절연 링(148)들 각각 내로 원주방향으로 구속되어 회전하고, 이어서 중간 링(106)을 통해 반경방향 내향으로 계속 복귀되도록 재차 회전하고 제1 자석(140A)으로부터 원주방향으로 이격된 자석(140B) 내로 공기 간극(146)을 가로질러 복귀된다. 제1 와전류 조립체(134)의 백 아이언 태브(138)는 자속(133)을 포함하고 자속을 내부에서 원주방향으로 회전함으로써 자속 루프(flux loop)를 완성한다.

와전류 구동부(132)의 반경방향 배열에서, 제1 와전류 조립체(134)[백 아이언 태브(138) 및 자석(140)]와 제2 와전류 조립체(136)[중간 링(106) 및 전기 절연 링(148)의 적층체] 사이의 상대 회전 운동이 존재한다. 따라서, 제1 와전류 조립체(134)와 함께 회전하고 제2 와전류 조립체(136)에 대해 회전하는 회전 자기장이 존재한다.

자성 또는 비자성 재료에 대한 또는 그로부터 상이한 속도에서 회전하는 자기장이 존재할 때마다, 자성 및 비자성 재료에서 와전류가 자기장 라인에 수직으로 생성된다. 본 발명의 와전류 구동부(132)의 반경방향 배열에서, 자기장이 중간 링(106)에 수직일 때, 와전류는 축선(21) 둘레에서 중간 링(106)에 접선이고, 와전류는 축선(21) 둘레에 토크를 생성한다. 토크 생성 와전류를 생성하는 자속 라인은 반경방향 배열에서 중심축에 수직이고 중간 링(106)에 수직이다. 자속 라인이 전기 절연 링(148)들의 적층부에서와 같이 회전할 때, 이들은 중간 링(106)에 대해 더 이상 수직하지 않고 토크 생성 와전류를 생성하지 않는다. 비자성 중간 링에 인접한 고형 백 아이언 재료를 갖는 종래의 와전류 조립체에서, 이들 토크 비생성 와전류가 여전히 생성되지만, 이들은 비효율적으로 열로서 그 자신을 소멸시킨다. 토크 비생성 와전류는 비효율적인 토크 비생성 와전류 및 관련 열을 제거하는 전기 절연 링(148)들의 적층체를 사용함으로써 본 발명에서 회피된다.

도 4는 회전 제어 장치(10)의 제2 실시예의 부분 단면도이다. 모든 특징부들은 회전 제어 장치(10) 내의 와전류 구동부(132)의 장착을 제외하고는 도 1A 내지 도 3의 실시예와 동일하게 유지된다. 제2 실시예의 와전류 구동부(132)는 제1 와전류 커플링 조립체(160) 및 제2 와전류 커플링 조립체(162)로 구성된다. 제2 회전 가능 조립체(96)의 제2 반경방향 부분(98B)은 내부 캐비티(164)를 형성하는 외부 반경방향 부분(104)을 포함한다. 제1 와전류 커플링 조립체(160)는, 간극(166)이 제1 및 제2 회전 가능 조립체(20, 96) 사이에 형성된 상태로 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분(24)의 외부 원주방향 표면(28)에 대해 장착되어 고정된다. 제1 와전류 조립체(160)는 제1 회전 가능 조립체(20)의 제2 부분(24)의 외부 원주방향 표면(28)에 대해 고정된 환형 밴드 또는 백 아이언(168) 및 백 아이언(168)에 고정되어 환형으로 이격된 복수의 자석(170)으로 구성된다. 내부 캐비티(164)는 간극(166)에 대해 한 측면에서 개방된다.

제2 와전류 조립체(162)는 복수의 축방향 적층 전기 절연 강철 링(172)으로 구성된 적층된 백 아이언(171) 및 알루미늄 또는 구리일 수 있는 중간 비자성 링(174)을 포함한다. 절연 링(172)들은 내부 캐비티(164) 내에 적층되며 복수의 체결구(172)에 의해 적소에 유지되고, 이 체결구들은 절연 링(172)들의 적층체를 통과하고 제2 회전 가능 조립체(96)의 하부 외부 반경방향 섹션(98B)에 의해 수용된다. 중간 링(174)은 제1 및 제2 와전류 조립체(160, 162) 사이에 공기 간극(178)이 형성된 상태로 제1 와전류 조립체(160)와 절연 링(172)들 사이에 절연 링(172)들 중 적어도 하나에 장착된다. 도 4에 도시된 실시예의 회전 제어 장치(10)는 도 1A 내지 도 3에 도시된 실시예에 대해 상술한 바와 동일한 방식으로 작동한다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당 기술 분야의 숙련자들은 본 발명의 사상 및 범주로부터 일탈하지 않는 형태 및 상세로 변경이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

Claims

제1 지지 장착부의 제1 샤프트에 회전 가능하게 장착된 제1 조립체와;

상기 제1 조립체에 회전 가능하게 장착된 제2 조립체와;

제1 와전류 커플링 조립체 및 제2 와전류 커플링 조립체로 이루어진 와전류 구동부를 포함하고;

상기 제2 조립체는 상기 제1 조립체에 대해 축방향으로 이동 가능하고, 상기 제1 및 제2 조립체는 서로 간격을 두고 인접해 있는 각각의 원주방향 표면을 갖고, 상기 제1 및 제2 조립체는 적어도 부분적으로 반경방향으로 연장하는 각자의 결합 표면들을 추가로 가지며, 각각의 결합 표면은 상기 제2 조립체가 제1 축방향 위치에 있을 때 서로 마찰식으로 결합하고, 상기 제1 및 제2 조립체의 각각의 결합 표면은 상기 제2 조립체가 제2 축방향 위치에 있을 때 분리되고;

상기 제1 와전류 커플링 조립체는 상기 제1 조립체의 원주방향 표면과 결합되고, 상기 제2 와전류 커플링 조립체는 상기 제1 와전류 커플링 조립체에 간격을 두고 인접하여 있는 상기 제2 조립체의 원주방향 표면과 결합하고, 상기 제2 와전류 커플링 조립체와 제1 와전류 커플링 조립체 사이에 공기 간극을 둔 상태로 상기 제2 와전류 커플링 조립체가 제1 와전류 커플링 조립체에 인접하게 위치하고;

상기 제2 조립체가 상기 제1 축방향 위치에 있을 때, 상기 제1 및 제2 조립체는 모두 제1 회전 속도로 함께 회전할 수 있고,

상기 제2 조립체가 상기 제2 축방향 위치에 있을 때, 상기 와전류 구동부는 상기 제1 회전 속도보다 느린 제2 회전 속도로 상기 제2 조립체를 회전시킬 수 있는, 회전 제어 장치.
제1 항에 있어서, 상기 제2 와전류 커플링 조립체는,

상기 제2 조립체의 내부 캐비티 내에 배열된 복수의 동축 전기 절연 링; 및

상기 전기 절연 링들에 인접하여 동축적으로 위치된 비자성 링을 포함하는 회전 제어 장치.
제1 항에 있어서, 상기 제1 와전류 커플링 조립체는,

상기 제1 조립체의 원주방향 표면에 부착되고, 이 원주방향 표면으로부터 원주방향으로 이격되어 대향된 한 쌍의 백 아이언 태브; 및

각각의 백 아이언 태브에 고정된 한 쌍의 자석을 포함하는 회전 제어 장치.
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샤프트와 제1 부재 및, 제1 회전 가능 조립체를 포함하는 제2 부재를 구비하며 여기서 제1 회전 가능 조립체가 상기 샤프트에 회전 가능하게 장착되고 제2 부재가 캐비티를 형성하는 지지 장착부와; 상기 제2 부재에 미끄럼 가능하게 장착되고 제1 위치와 제2 위치 사이에서 상기 캐비티 내에서 축방향으로 이동 가능한 피스톤; 및 상기 피스톤에 대해 회전 가능하게 장착되고 상기 제1 회전 가능 조립체에 무관하게 회전 운동이 가능한 제3 부재를 포함하는 개량된 회전 제어 장치에 있어서,

상기 제1 부재의 외부 원주방향 표면에 장착된 제1 와전류 조립체; 및

상기 제3 부재의 내부 캐비티 내에 반경방향으로 배열된 제2 와전류 조립체를 포함하고, 상기 제2 와전류 조립체는 간극에 의해 상기 제1 와전류 조립체로부터 반경방향으로 이격되고 동축상에 있으며, 상기 내부 반경방향 표면부는 상기 제3 부재의 내부 캐비티를 형성하는, 개량된 회전 제어 장치.
제10 항에 있어서, 상기 제2 와전류 조립체는,

상기 내부 반경방향 표면부에 인접하여 상기 제3 부재의 내부 캐비티에 반경방향으로 배열된 자기 전도성 재료의 복수의 전기 절연 금속 링; 및

상기 절연 링들 중 하나에 연결된 비자성 재료의 중간 링을 포함하고, 상기 중간 링은 상기 복수의 절연 링과 상기 제1 와전류 조립체 사이에 위치되는, 개량된 회전 제어 장치.
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제10 항에 있어서, 상기 제1 와전류 조립체는,

상기 제1 부재의 외부 원주방향 표면에 부착된 한 쌍의 백 아이언 태브; 및

각각의 상기 백 아이언 태브에 고정된 한 쌍의 자석을 포함하고,

상기 백 아이언 태브들은 상기 외부 원주방향 표면으로부터 원주방향으로 이격되어 대향되는, 개량된 회전 제어 장치.
회전에 대항하여 고정된 위치에 유지되도록 구성된 지지 장착부;

구동원에 상호 연결되도록 적용된 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 축방향으로 이격된 제2 부분을 포함하는 제1 회전 가능 조립체로서, 상기 제2 부분은 외부 원주방향 표면을 추가로 포함하는 상기 제1 회전 가능 조립체;

상기 제1 회전 가능 조립체가 제1 베어링 유닛을 통해 상기 지지 장착부에 의해 회전 가능하게 지지되는 상태로, 상기 제1 회전 가능 조립체와 상기 지지 장착부 사이에 개재된 제1 베어링 유닛;

상기 제1 회전 가능 조립체와의 동시 회전을 위해 상기 제1 회전 가능 조립체의 제2 부분에 제공된 제1 결합 표면;

제1 및 제2 섹션을 갖는 제2 회전 가능 조립체로서, 상기 제2 회전 가능 조립체의 제1 섹션은 상기 제1 회전 가능 조립체의 외부 원주방향 표면과 정렬되는 내부 반경방향 표면부를 형성하고 상기 내부 반경방향 표면부는 상기 제2 회전 가능 조립체의 내부 캐비티를 형성하고, 상기 제2 회전 가능 조립체의 제2 섹션은 상기 제1 섹션으로부터 반경방향 내향으로 연장하고 상기 제1 회전 가능 조립체의 제1 부분으로부터 축방향으로 이격되는, 상기 제2 회전 가능 조립체;

상기 제2 회전 가능 조립체의 제1 섹션에 제공된 제2 결합 표면;

상기 제1 회전 가능 조립체의 제1 부분과 상기 제2 회전 가능 조립체의 제2 섹션 사이에 축방향으로 위치된 피스톤으로서, 상기 제1 회전 가능 조립체에 대해 축방향으로 이동 가능한 상기 피스톤;

상기 제1 및 제2 회전 가능 조립체를 상호 연결하기 위해 상기 제1 및 제2 결합 표면 사이의 선택적인 결합을 유도하도록 상기 제1 회전 가능 조립체 대해 상기 피스톤을 축방향으로 이동시키기 위한 수단;

상기 피스톤과 상기 제2 회전 가능 조립체 사이의 상대 회전을 허용하면서 상기 제1 회전 가능 조립체에 대한 동시 축방향 운동을 위해 상기 피스톤과 상기 제2 회전 가능 조립체를 상호 연결하는 제2 베어링 유닛;

상기 제1 회전 가능 조립체의 제2 부분의 외부 원주방향 표면에 반경방향으로 장착된 제1 와전류 조립체;

상기 제2 회전 가능 조립체의 내부 캐비티 내에 반경방향으로 장착된 제2 와전류 조립체로서, 상기 제1 와전류 조립체로부터 반경방향으로 이격되어 그와 동축인 상기 제2 와전류 조립체를 포함하고,

상기 제2 와전류 조립체는,

상기 내부 반경방향 표면부에 인접한 상기 제2 회전 가능 조립체의 내부 캐비티 내에 반경방향으로 배열된 복수의 전기 절연 링; 및

상기 전기 절연 링들 중 하나에 연결된 비자성 재료의 중간 링으로서, 상기 복수의 전기 절연 링과 상기 제1 와전류 조립체 사이에 위치되는 상기 중간 링을 포함하는 회전 제어 장치.
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제16 항에 있어서, 상기 복수의 전기 절연 링은 상기 내부 캐비티 내에 적층되는 회전 제어 장치.
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샤프트를 포함하는 지지 장착부;

상기 샤프트에 회전 가능하게 장착된 제1 회전형 조립체로서, 구동원에 상호 연결되도록 적용된 시브(sheave), 상기 시브로부터 축방향으로 이격된 슬리브 하우징, 및 상기 제1 회전형 조립체의 슬리브 하우징에 제공된 제1 결합 표면을 포함하는 상기 제1 회전형 조립체;

상기 제1 회전형 조립체가 제1 베어링 유닛을 통해 상기 샤프트에 회전 가능하게 장착된 상태로 상기 제1 회전형 조립체와 상기 지지 장착부 사이에 개재된 제1 베어링 유닛;

피스톤에 회전식으로 관련된 제2 회전형 조립체로서, 반경방향으로 배치된 내부벽 및 제2 결합 표면을 갖는 내부 캐비티를 구비하는 상기 제2 회전형 조립체;

상기 제1 회전형 조립체와 상기 제2 회전형 조립체 사이에 축방향으로 위치된 피스톤으로서, 상기 피스톤이 상기 제1 회전형 조립체에 대해 축방향으로 이동 가능하도록 상기 피스톤의 축방향 연장부를 미끄럼 가능하게 지지하는 상기 제1 회전형 조립체의 슬리브 하우징을 갖는 내부 축방향 연장부 및 반경방향 부분을 포함하는 상기 피스톤;

상기 슬리브 하우징과 상기 피스톤의 반경방향 부분 사이에 개재된 적어도 하나의 스프링;

상기 피스톤의 축방향 연장부와 상기 제2 회전형 조립체 사이에 개재된 제2 베어링 유닛으로서, 상기 피스톤과 상기 제2 회전형 조립체 사이의 상대 회전을 허용하기 위해 상기 피스톤과 상기 제2 회전형 조립체를 상호 연결하는 상기 제2 베어링 유닛;

상기 피스톤이 상기 제1 및 제2 회전형 조립체를 선택적으로 상호 연결하도록 축방향으로 이동할 때 상기 제1 및 제2 결합 표면 사이의 선택적인 결합을 유도하고 제1 및 제2 위치 사이에서 상기 제2 회전형 조립체를 이동시키도록 상기 제1 회전형 조립체에 대해 상기 피스톤을 축방향으로 이동시키기 위한 수단;

제1 와전류 커플링 조립체 및 제2 와전류 커플링 조립체로 구성된 와전류 구동부를 포함하고;

상기 제1 와전류 커플링 조립체가 상기 제1 회전형 조립체의 외부 원주방향 표면과 결합되고, 상기 제2 와전류 커플링 조립체가 상기 제1 와전류 커플링 조립체에 인접하여 그로부터 이격된 상기 제2 회전형 조립체와 결합되고, 상기 제2 와전류 커플링 조립체는 상기 제1 와전류 커플링 조립체와의 사이에 공기 간극을 갖고 상기 제1 와전류 커플링 조립체에 인접하게 위치하고;

상기 제2 회전형 조립체가 제1 위치에 있을 때, 상기 제1 및 제2 결합 표면은 상기 제1 및 제2 회전형 조립체가 제1 회전 속도로 상기 지지 장착부에 대해 회전하도록 결합되고;

상기 제2 회전형 조립체가 제2 위치에 있을 때, 상기 제1 및 제2 결합 표면은 상기 제1 회전형 조립체가 상기 지지 장착부에 대해 회전하고 상기 와전류 구동부가 제2 회전 속도로 상기 피스톤에 대해 상기 제2 회전형 조립체를 회전하도록 분리되는 회전 제어 장치.
제27 항에 있어서, 상기 제1 와전류 커플링 조립체는 자석들이 상기 공기 간극에 인접하여 배치되도록 각각의 백 아이언 태브에 부착된 한 쌍의 자석을 갖는 한 쌍의 백 아이언 태브로 구성되는 회전 제어 장치.
제1 및 제2 상대 회전 가능 부재와 선택적으로 상호 연결하기 위한 회전 제어 장치에 있어서,

샤프트를 포함하는 지지 장착부로서, 상기 제1 회전 가능 부재가 상기 샤프트에 회전 가능하게 장착된 고정 위치에 유지되도록 구성된 상기 지지 장착부;

상기 제1 회전 가능 부재와 상기 제2 회전 가능 부재 사이에 축방향으로 위치된 피스톤으로서, 상기 제2 회전 가능 부재는 상기 피스톤에 회전식으로 관련되고, 상기 피스톤은 상기 제1 및 제2 회전 가능 부재 사이의 선택적인 상호 연결을 유도하고 제1 위치와 제2 위치 사이에서 상기 제2 회전 가능 부재를 이동시키도록 상기 제1 회전 가능 부재에 대해 축방향으로 이동 가능한 상기 피스톤;

제1 와전류 커플링 조립체 및 제2 와전류 커플링 조립체로 구성된 와전류 구동부를 포함하고;

상기 제1 와전류 커플링 조립체는 상기 제1 회전 가능 부재의 외부 원주방향 표면과 결합되고, 상기 제2 와전류 커플링 조립체는 상기 제1 와전류 커플링 조립체에 인접하여 그로부터 이격된 제2 회전 가능 부재와 결합되고, 상기 제2 와전류 커플링 조립체는 상기 제1 와전류 커플링 조립체와의 사이에 공기 간극을 갖고 상기 제1 와전류 커플링 조립체에 인접하고;

상기 제2 회전 가능 부재가 제1 위치에 있을 때, 상기 제1 및 제2 부재는 상호 연결되어 상기 제1 및 제2 회전 가능 부재가 제1 회전 속도로 상기 지지 장착부에 대해 회전하고;

상기 제2 회전 가능 부재가 제2 위치에 있을 때, 상기 제1 및 제2 회전 가능 부재는 상호 연결되지 않아 상기 제1 회전 가능 부재가 상기 지지 장착부에 대해 회전하고 상기 와전류 구동부가 상기 피스톤에 대해 상기 제2 회전 가능 부재를 제2 회전 속도로 회전시키는, 회전 제어 장치.
제29항에 있어서, 상기 제2 와전류 커플링 조립체는,

내부 벽에 인접한 제2 회전형 조립체의 내부 캐비티 내에 배열된 복수의 동축 절연 링; 및

상기 절연 링들에 인접하여 동축으로 위치된 비자성 링을 포함하는 회전 제어 장치.
제1 지지 장착부의 제1 샤프트에 회전가능하게 장착되고, 마찰 결합 표면 및 원주방향 표면을 갖는 제1 조립체;

상기 제1 조립체에 회전가능하게 장착된 제2 조립체; 및

제1 와전류 커플링 조립체 및 제2 와전류 커플링 조립체를 포함하는 와전류 구동부를 포함하고,

상기 제2 조립체가 마찰 결합 표면 및 원주방향 표면을 가지고, 상기 제2 조립체가 상기 제1 조립체에 대해 상대 이동이 가능하고, 상기 제1 및 제2 조립체 각각의 마찰 결합 표면은 서로 인접하게 배치되어 있어서, 상기 제2 조립체가 제1 위치에 있을 때 상기 제1 및 제2 조립체 각각의 마찰 결합 표면이 서로 마찰 접촉하여 서로간에 토크를 전달하고, 상기 제2 조립체가 제2 위치에 있을 때에는 상기 제1 및 제2 조립체 각각의 결합 표면이 일정 간격을 두고 분리되고;

상기 제1 와전류 커플링 조립체는 상기 제1 조립체의 원주방향 표면과 결합하고, 제2 와전류 커플링 조립체는 제2 조립체의 원주방향 표면과 결합하고, 상기 제2 와전류 커플링 조립체는 상기 제1 와전류 커플링 조립체와의 사이에 공기 간극을 두고 상기 제1 와전류 커플링 조립체에 인접하게 배치되고;

상기 제2 와전류 커플링 조립체는 제2 조립체와 함께 이동하고;

상기 제1 와전류 커플링 조립체와 제2 와전류 커플링 조립체 사이의 공기 간극은 제2 조립체가 제1 위치에 있든가 제2 위치에 있든가 실질적으로 동일한, 클러치 장치.
제31항에 있어서, 상기 제1 및 제2 조립체 각각의 마찰 결합 표면은 적어도 부분적으로 반경방향으로 연장하는, 클러치 장치.
제31항에 있어서, 상기 제2 조립체는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 상기 제1 조립체에 대하여 축방향으로 이동하는, 클러치 장치.
제31항에 있어서, 상기 제2 조립체에 인접하여 형성된 유체 챔버를 추가로 포함하고, 상기 클러치 장치는 가압 유체가 상기 유체 챔버로 도입됨으로써 상기 제2 조립체가 상기 제2 위치로 이동하도록 구성되어 있는, 클러치 장치.
제34항에 있어서, 스프링을 추가로 포함하고, 상기 가압 유체의 도입에 의해 발생된 제2 조립체의 운동이 상기 스프링의 편향력(biasing force)에 대항하여 작용하는, 클러치 장치.
제31항에 있어서, 상기 원주방향 표면들 중 반경방향 외부의 원주방향 표면에 인접한 와전류 구동부에 인접하여 연장하는 복수의 냉각 핀을 추가로 포함하는, 클러치 장치.
제31항에 있어서, 상기 제2 조립체에 고정된 복수의 팬 블레이드를 추가로 포함하는, 클러치 장치.
제31항에 있어서, 상기 와전류 구동부는 상기 제1 또는 제2 와전류 커플링 조립체 각각의 원주방향 표면들 중 반경방향 내부의 원주방향 표면에 고정된 복수의 영구자석을 포함하는, 클러치 장치.
제31항에 있어서, 상기 제1 및 제2 조립체 각각의 마찰 결합 표면들 중 하나와 결합되는 마찰 재료를 추가로 포함하는, 클러치 장치.
제31항에 있어서, 상기 제2 와전류 조립체는,

상기 제2 와전류 조립체의 원주방향 표면에 반경방향으로 배열된 적층형 백 아이언; 및

상기 적층형 백 아이언에 연결된 비자성 밴드를 포함하고,

상기 비자성 밴드가 상기 적층형 백 아이언과 상기 제1 와전류 조립체 사이에 배치되는, 클러치 장치.
제27항에 있어서, 상기 제2 와전류 커플링 조립체는,

상기 내부 벽에 인접한 상기 제2 회전형 조립체의 내부 캐비티 내에 배열된 복수의 동축 절연 링; 및

상기 절연 링들에 인접하여 동축으로 위치된 비자성 링을 포함하는, 클러치 장치.
토크를 선택적으로 전달하는 클러치 장치로서,

회전형 입력부와 회전형 출력부 사이에 작동가능하게 연결된 제1 조립체 및 제2 조립체를 선택적으로 마찰식으로 결합하도록 구성된 마찰 클러치 조립체; 및

상기 제1 및 제2 조립체가 제2 위치에서 서로 마찰식으로 분리될 때 제1 조립체와 제2 조립체 사이에 토크를 회전식으로 전달하기 위해 상기 제1 조립체와 상기 제2 조립체를 회전식으로 결합하도록 구성된 와전류 구동부를 포함하고;

상기 마찰 클러치 조립체는 상기 제1 조립체와 상기 제2 조립체 사이에 상대 운동을 제공하도록 구성되어 있어서 제1 위치에서는 상기 제1 및 제2 조립체 각각의 마찰 결합 표면이 마찰식으로 토크를 전달하도록 서로 접촉하고, 제2 위치에서는 상기 제1 및 제2 조립체 각각의 마찰 결합 표면이 서로 일정 간격을 두고 분리되고;

상기 와전류 구동부는,

상기 제1 조립체와 결합된 제1 와전류 커플링; 및

상기 제2 조립체와 결합된 제2 와전류 커플링을 포함하고, 상기 제1 및 제2 와전류 커플링들은 공기 간극을 사이에 두고 서로 인접하게 위치되고, 상기 공기 간극은 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 모두에서 실질적으로 동일한, 클러치 장치.
제42항에 있어서, 상기 제1 및 제2 조립체의 상대 운동은 축방향에서 이루어지는, 클러치 장치.
제43항에 있어서, 상기 제1 및 제2 조립체 각각의 마찰 결합 표면과 상기 제1 및 제2 조립체와 결합된 각각의 상기 제1 및 제2 와전류 커플링은 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 실질적으로 동일한 거리만큼 축방향으로 변위되는, 클러치 장치.
제42항에 있어서, 상기 제2 조립체는 상기 제1 조립체에 회전가능하게 장착되는, 클러치 장치.
제42항에 있어서, 상기 제1 조립체는 지지 장착부의 회전 고정된 샤프트에 회전가능하게 장착되는, 클러치 장치.
제42항에 있어서, 상기 제2 조립체에 인접하게 형성된 유체 챔버를 추가로 포함하고, 상기 클러치 장치는 가압 유체가 상기 유체 챔버로 도입됨으로써 상기 제2 조립체가 상기 제2 위치로 이동하도록 구성되어 있는, 클러치 장치.