KR101277059B1

KR101277059B1 - 비스코스 클러치

Info

Publication number: KR101277059B1
Application number: KR1020087005062A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 알. 헤네씨; 바스티안 브랜드
Original assignee: 호르톤 인코포레이티드
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2013-06-20
Also published as: US7946400B2; AU2006275566A1; EP1913274A4; CN101400916A; EP1913275A4; CA2615811C; EP1913275B1; CN101495770B; JP5113053B2; JP2009523217A; EP1913274A1; US20090101463A1; KR101319313B1; BRPI0614618A2; CA2615785A1; WO2007016497A1; KR101277057B1; BRPI0614661B1; US20110209962A1; US7938240B2

Abstract

비스코스 클러치 어셈블리(100)는, 로터(104), 로터를 둘러싸고 그 사이에 작업 챔버(114)를 형성하는 선택적으로 회전 가능한 부재(102), 로터(104)의 전방부 및 후방부 모두에서 작업 챔버(114)와 유체 소통하고 로터(104)의 전방부 및 후방부 사이에서 로터(104)를 통해 형성된 제 1 개구(126A), 로터(104)에 의해 지지되고 제 2 개구(138)를 갖는 저장부, 제 2 개구(138)를 선택적으로 덮기 위해 커버 플레이트(140)를 가지며 로터(104)에 의해 지지되는 밸브 어셈블리(106), 및 제 2 개구(138)에 인접한 구역 및 제 1 개구(126A) 사이에서 로터에 형성된 채널(128, 130)을 포함한다. 이 채널(128, 130)은 제 1 개구(126A)와 유체 소통한다.

Description

비스코스 클러치 {VISCOUS CLUTCH}

본 발명은 비스코스 클러치에 관한 것이다.

클러치는 다양한 세팅에서 이용된다. 예를 들면, 팬 클러치는 엔진을 냉각하기 위해 팬의 선택적인 체결을 허용하도록 자동차 세팅에서 사용되고, 비스코스 팬 클러치는 튼튼한 트럭에 대해 매개물로서 공통적으로 이용된다. 일반적으로, 쉬어 유체(shear fluid)를 통해 회전 에너지를 전달함에 의해, 팬에 연결된 하우징 및 구동 입력부에 연결된 로터와 같은 두 개의 구성요소를 마찰적으로 체결하도록, 작업 챔버로 쉬어 유체를 유입시킴에 의해 이러한 비스코스 팬 클러치가 작동한다. 쉬어 유체가 작업 챔버에 존재할 때 이러한 비스코스 클러치는 팬의 회전을 체결시킬 수 있고, 쉬어 유체가 작업 챔버로부터 제거된 때에는 팬의 회전을 체결시키지 못한다.

다수의 공지된 클러치들은 전자기적으로 구동된다. 즉, 이러한 비스코스 클러치들은 전자기 코일을 포함하고, 이 전자기 코일은 밸브의 작동을 제어하기 위해 자속을 생성할 수 있으며, 이는 차례로 유체 공급 저장부로부터 작업 챔버로 쉬어 유체의 유동을 규율한다. 그러나, 밸브로 유체 유동의 유효하고 효과적인 제어를 가능하게 하면서 구동부의 회전 능력이 적절하게 유지되게 하는 방식으로, 밸브 및 코일을 위치시키는데 있어서 다수의 어려움이 있다.

예를 들면, 비스코스 클러치의 저장부는 클러치의 하우징에 일반적으로 부착된다. 팬 블레이드는 하우징에 연결된다. 하우징, 저장부 및 팬 블레이드 모두는, 클러치가 "오프" 또는 비체결(disengaged) 상태에 있을 때, 상대적으로 느린 속도에서 회전하거나 또는 정지되어 있다. 상대적으로 정지된 저장부는 내부에 함유된 쉬어 유체로 작은 운동 에너지를 전달하고, 이는 밸브가 개방되어 있을 때 저장부로부터 작업 챔버로 클러치가 쉬어 유체를 이동시키는 반응 시간을 느리게할 수 있다. 그러나 로터에 저장부를 부착시키는 것은 문제점이 있는데, 왜냐하면 코일에 의해 효과적으로 유효하게 제어되고 로터와 함께 회전할 수 있는 적절한 밸브 어셈블리를 제공하는 것이 어렵기 때문이며, 이는 일반적으로 신뢰 가능한 전기적 연결부가 코일에 만들어지는 것을 가능하게 하도록 회전적으로 고정되어야 한다. 또한, 밸브 및 코일은 전자기적으로 링크하기 위한 많은 플럭스 회로(flux ciruit) 배열은 바람직하지 않은데, 왜냐하면 충분한 자속을 생성할 수 있는 코일에 대한 크기 및 파워 요구가 주된 문제로 존재하기 때문이다. 큰 코일은 추가적인 중량 및 비용을 바람직하지 않게 부가하고, 또한 특히 엔진에 대해 허용 가능한 전류 또는 전압 요구사항을 초과할 수 있으며, 이는 클러치가 설치된 차량에 대해 전자 엔진 제어기에 관해 확립된 일반적인 엔진-와이드(engine-wide) 파라미터이다.

본 발명에 따른 비스코스 클러치 어셈블리는, 로터, 로터를 둘러싸고 그 사이에 작업 챔버를 형성하는 선택적으로 회전 가능한 부재, 로터의 전방부 및 후방부 모두에서 작업 챔버와 유체 소통하고 로터의 전방부 및 후방부 사이에서 로터를 통해 형성된 제 1 개구, 로터에 의해 지지되고 제 2 개구를 갖는 저장부, 제 2 개구를 선택적으로 덮기 위해 커버 플레이트를 가지며 로터에 의해 지지되는 밸브 어셈블리, 및 제 2 개구에 인접한 구역 및 제 1 개구 사이에서 로터에 형성된 채널을 포함한다. 이 채널은 제 1 개구와 유체 소통한다.

도 1은 본 발명에 따른 비스코스 클러치의 후면도이다.

도 2A는 도 1에서 2-2 라인을 따라 절취된 비스코스 클러치의 단면도이다.

도 2B는 도 2A에서 도시된 단면의 일부의 확대도이다.

도 2C는 도 1에서 2-2 라인을 따라 절취된 클러치의 일부의 사시 단면도이다.

도 3은 도 1-2C의 비스코스 클러치의 로터의 정면도이다.

도 4는 도 1-2C의 비스코스 클러치의 밸브 어셈블리의 사시도이다.

도 5는 도 4의 밸브 어셈블리의 후면도이다.

도 6은 도 5에서 6-6 라인을 따라 절취된 밸브 어셈블리의 단면도이다.

도 7은 도 1에서 7-7 라인을 따라 절취된 비스코스 클러치의 단면도이다.

도 8은 도 1에서 8-8 라인을 따라 절취된 비스코스 클러치의 단면도이다.

도 9는 도 1-2C, 도 7 및 8의 비스코스 클러치의 하우징의 후면도이다.

도 10은 도 9의 하우징의 일부의 사시 단면도이다.

도 11은 도 9 및 10의 하우징의 일부의 전방부의 단면 사시도이다.

일반적으로, 본 발명에 따른 전자기적으로 구동되는 비스코스 클러치는 입력 구성요소 및 출력 구성요소 사이에서 선택적인 체결을 가능하게 하는데, 예를 들면 모터로부터 회전 입력의 작용으로서 팬을 선택적으로 구동한다. 이 클러치는 로터 및 하우징을 포함하고, 이 하우징은 그 사이에서 작업 챔버를 형성하도록 로터를 대체로 둘러싼다. 유체 저장부 및 밸브 어셈블리도 포함되고, 이는 모두 클러치의 로터에 의해 지지될 수 있고 로터와 함께 회전할 수 있다. 전자기적으로 제어된 밸브 어셈블리는 저장부로부터 귀환 보어(return bore)로의 유체 유동을 규율하고 이에 의해 클러치 체결을 제어한다. 개구는 로터의 전방부 및 후방부 사이에 형성되고, 채널은 귀환 보어에 인접한 구역 및 개구 사이에서 로터에 형성된다. 채널은 로터의 전방부에 형성된 제 1 부분 및 로터의 후방부에 형성된 제 2 부분을 포함할 수 있다. 밸브 어셈블리는 쉬어 유체가 귀환 보어로부터 나와 채널을 통해 이후 작업 챔버로 소통하는 것을 선택적으로 허용할 수 있다. 이러한 방법으로, 쉬어 유체는 거의 동시에 로터의 전방부 및 후방부에서 작업 챔버로 전달될 수 있고, 작업 챔버는 외부 지름으로부터 내부 지름으로 본질적으로 채울 수 있다.

2005년 7월 29일 출원되고 비스코스 클러치라는 명칭의 미국 가출원 제 60/704,063호는 그 전체가 여기서 참조로서 인용된다.

도 1은 전자기적으로 작동되는 비스코스 클러치(100)의 후면도이고, 이는 클러치(100)의 후방부 또는 종동부(driven side)를 도시한다. 도 2A는 도 1에서 라인 2-2를 따라 취해진 클러치(100)의 단면도이다. 도 2B는 도 2A에서 도시된 단면의 일부의 확대도이다. 도 1-2B에서 도시된 것처럼, 클러치(100)는 두 부품의 하우징(102), 로터(104), 밸브 어셈블리(106), 전자기적 코일 어셈블리(108), 샤프트(110), 및 저장부(112)를 포함한다. 작업 챔버(114)는 하우징(102) 및 로터(104) 사이에 형성되고, 여기서 쉬어 유체(shear fluid)(예를 들어, 종래의 실리콘 오일 쉬어 유체)가 유동할 수 있다. 단순화를 위해, 도면에서는 쉬어 유체가 도시되지 않았다.

샤프트(110)는 클러치에 회전 구동 입력을 제공한다. 이는 강과 같은 자속을 전도할 수 있는 금속성 물질로 만들어진다. 당업자에 의해 이해될 것처럼, 샤프트(110)의 구동 단부(110D)는 모터의 회전 출력에 직접 연결되거나, 벨트 및 도르래를 통해 모터의 회전 출력에 링크되거나 또는 회전 구동 입력의 일정한 다른 형태로 제공될 수 있다. 샤프트(110)는 클러치(100)를 위한 회전축(A)을 형성한다.

전자기 코일 어셈블리(108)는 코일 컵(116) 및 이 컵(116)에 삽입되고 이 컵 내부에 고정된(예를 들어 포팅(potting)을 통해) 감긴 코일(118)을 포함한다. 코일 컵(116)은 강으로 만들어질 수 있고, 감긴 코일(118)은 감긴 구리 와이어로 형 성될 수 있다. 코일 어셈블리(108)는 허용 가능한 한계 내에서 코일 어셈블리(108)에 의해 생성된 전자기 힘을 최대화하도록 설계된다. 코일 어셈블리(108)는 상대적으로 작은 유닛으로 설계될 수 있고, 이에 의해 클러치(100)가 설치된 차량에 대해 전자 엔진 제어기(미도시)의 요구에 의해 확립된 허용 가능한 전류 및 전압을 초과하지 않도록 한다. 코일 어셈블리(108)는 샤프트(110) 상에 장착된 단일 열(row) 볼 베어링 세트(120)에 의해 클러치(100)의 후방부 또는 종동부에 대해 지지된다. 코일 어셈블리(108)는 테더 되어있고(tethered), 이에 의해 이는 외부 지점에 대해 회전적으로 고정된다(예를 들어, 클러치(100)가 장착된 차량의 프레임에 고정됨). 와이어링 도관(122)은 코일 어셈블리(108)로부터 연장하고, 이에 의해 전원, 전자 엔진 제어기 등과 같은 다른 차량 구성요소(미도시)에 전기전 연결을 제공한다.

로터(104)는 하우징(102) 내에 위치하고, 하우징(102)에 의해 일반적으로 둘러싸인다. 도 2C는 도 1에서 라인 2-2를 따라 취해진 클러치(100)의 일부의 단면 사시도이고, 이는 로터(104)를 도시한다. 하우징(102)은 명확성을 위해 도 2C에서는 생략된다. 도 3은 분리하여 도시된 로터(104)의 정면도이다. 도 2A-3에서 도시된 것처럼, 로터(104)는 거의 디스크 형태이고, 내부 지름(ID) 부분에 대해 축방향으로 이동된 외부 지름(OD) 부분을 가지며, 이는 클러치의 전체 축방향 크기를 감소시키는 것을 돕고 작동 동안 원하는 방식으로 클러치(100) 내에서 힘을 정렬시키는 것을 돕는다. 로터(104)는 종래 배열 방식으로 OD 부분 근처의 전방부 및 후방부 모두에 다수의 동심적 환형 리브(도면 부호(124)에 의해 집합적으로 표시됨) 를 갖는다. 쉬어 유체가 클러치(100)를 체결하도록 작업 챔버(114)에 존재할 때, 환형 리브(124)는 마찰 체결 힘을 생성하기 위해 작업 챔버(114)를 향한다. 로터(104)는 캐스팅에 의해 형성될 수 있고, 리브(124)는 기계가공에 의해 형성될 수 있다.

6개의 거의 타원형 유체 개구(126A-126F)가 로터(104)의 OD 근처에서 로터(104)를 통해 형성되고, 이에 의해 작업 챔버(114)에서 로터(104)의 전방부 및 후방부 사이에서 쉬어 유체가 통과하게 한다. 로터(104)를 통한 더 많은 또는 더 적은 수의 유체 개구가 대안적인 실시예에서 제공될 수 있다. 유체 개구(126A-126F)는 기계가공에 의해 형성될 수 있다.

방사방향으로 연장하는 채널(128)은 환형 리브(124)의 방사상으로 내부를 향해 로터(104)의 전방부에 형성된다. 방사방향 채널(128)은 로터(104)의 전방부 및 저장부(112) 사이에서 밸브 어셈블리(106)를 위한 공간을 만든다. 그루브(130)는 로터(104)의 후방부에 형성되고, 이에 의해 채널(128) 및 유체 개구(126A)와 연결하는 유체 경로를 제공한다(도 2C를 보라). 채널(128) 및 그루브(130)의 기능은 이하에서 추가적으로 설명된다.

홀(132A 및 132B)은 스크류 또는 볼트와 같은 죔쇠로 로터(104)의 전방부 상에 밸브 어셈블리(106)를 고정시키기 위해 로터(104)에 제공된다. 4개의 긴 아치형 개구(134A-134D)는, 로터(104)의 ID 및 환형 리브(124) 사이에서, 로터(104)의 ID의 약간 방사상으로 외부로 제공된다. 아치형 개구(134A-134D) 각각은 슬롯과 같은 형상을 갖고 축(A) 주위로 거의 동일하게 이격된다. 이하에서 추가적으로 설 명되는 것처럼, 아치형 개구(134A-134D)는 밸브 어셈블리(106)의 이동 가능한 부분이 로터(104)를 통과하는 것을 가능하게 한다.

로터(104)는 샤프트(110)에 직접 장착되고(도 2A 및 2B를 보라), 그와 함께 동시 회전을 위해 샤프트(110)에 회전 가능하게 고정된다. 로터(104)는 알루미늄과 같은 가벼운 비자기성 금속 물질(즉, 자속의 좋은 전도체가 아닌 가벼운 물질)로 만들어진다. 스테인리스 강과 같은, 상대적으로 단단한 금속성 비자기 물질로 만들어진 삽입물(136)는 로터(104)의 ID에 위치하고 이에 의해 로터(104) 및 샤프트(110) 사이에 강건한 장착을 제공한다. 삽입물(136)는 로터(104)의 허브 부분을 구성한다. 또한, 로터(104)를 통한 아치형 개구(134A-134D)는 삽입물(136)를 통해 연장한다. 삽입물(136)는 예비 성형될 수 있고, 로터(104)의 물질은 삽입물(136) 주위로 캐스트된다. 로터(104)에 대한 샤프트(110)의 부착은 샤프트(110)의 단부가 그 축방향으로 기계적으로 지지하도록 로터(104)에 대해 감싸지는 것과 같이 프레스된 마디 형태의 접합부로서 만들어질 수 있고, 다른 형태의 연결부(예를 들어 나사산 형태의 연결부)가 대안적인 실시예에서 이용될 수 있다.

도 2A-2C에서 도시된 것처럼, 저장부(112)는 쉬어 유체의 공급부를 지지하기 위해 로터(104)에 장착되고, 저장부(112)는 로터(104)와 함께 회전한다. 도시된 실시예에서, 저장부(112)는 형철로 제작된 연결부에 의해 로터(104)의 ID 및 OD 사이에 장착되고, 대안적인 실시예에서 저장부(112)의 위치 및 부착은 변할 수 있다. 저장부(112)는 일반적으로 환형 배치를 갖고, 비스코스 클러치에 대해 잘 알려진 저장부 설계와 유사하다. 저장부(112)의 후방 플레이트(112A)의 개구(138)(즉, 귀 환 보어)는 로터(104)의 전방부를 향한다. 클러치(100)가 체결되지 않는 동안, 즉 밸브 어셈블리(106)가 도 2A-2C에 도시된 폐쇄 위치(closed position)에 있을 때, 저장부(112)는 거의 모든 쉬어 유체를 보유한다. 밸브 어셈블리(106)가 클러치(100)와 체결하도록 개방 위치(open position)에 있을 때, 쉬어 유체는 저장부(112)로부터 빠져나갈 수 있다.

또한, 밸브 어셈블리(106)는 로터(104)의 전방부 상에 장착된다(즉, 로터(104)의 측부는 샤프트(110)의 전방부(110F)를 향한다). 밸브 어셈블리(106)는 도 4-6에서 분리되어 도시되고, 도 4는 사시도, 도 5는 후면도, 그리고 도 6은 도 5의 라인 6-6을 따라 절취된 단면도를 도시한다. 도 2A-2C 및 4-6에서 도시된 것처럼, 밸브 어셈블리(106)는 커버 플레이트(140), 장착 플레이트(142) 및 "플로팅" 전기자(144)를 포함한다. 전기자(144)는 플로팅하는데 왜냐하면 이는 로터(104)의 전방부 및 후방부 사이에서 연장하도록 배치되고 로터(104)에 대해 이동 가능하기 때문이다. 커버 플레이트(140) 및 장착 플레이트(142)는 리벳 또는 다른 적절한 죔 수단을 이용하여, 서로 대향하도록 전기자(144)에 연결된다.

커버 플레이트(140)는 저장부(112)의 후방 플레이트(112A)에서 개구(138)를 열고 닫을 수 있으며, 로터(104)의 정면부 상에서 거의 저장부(112) 및 로터(104) 사이에 위치한다. 커버 플레이트(140)는 전기자(144)에 연결된 제 1 부분(140A), 약 90˚로 제 1 부분(140A)으로부터 연장하는 제 2 부분(140B), 및 제 1 부분(140A)과 반대 방향으로 제 2 부분(140B)으로부터 연장하는 제 3 부분(140C)을 포함한다. 제 3 부분(140C)은 이 전기자(144)를 향해 약간 뒤로 각을 이루고, 이 개구(138)를 폐쇄하도록 이 저장부(112)의 후방 플레이트(112A)에 대해 밀봉할 수 있는 커버 플레이트(140)의 시이트부(seating portion)를 형성하고(도 2A-2C에서 도시된 것처럼), 이 개구는 쉬어 유체가 저장부(112)를 빠져나가는 것을 거의 막는다. 커버 플레이트(140)는 강과 같은 금속 물질로 만들어질 수 있다. 커버 플레이트(140)는 일반적으로 굴곡을 허용하고, 이에 의해 저장부(112)에 대해 폐쇄 위치에 있을 때 강건한 시일(seal)을 제공한다. 그러나, 커버 플레이트(140)에 의해 형성된 시일은 클러치(100)가 기능을 하는데 있어서 완전하게 유체-밀봉을 필요로 하지 않는다.

장착 플레이트(142)는 제 1 및 제 2 장착 돌출부(142A, 142B)를 포함한다. 제 1 및 제 2 장착 돌출부(142A, 142B) 각각은 아치형 형상을 가지고, 스크류 또는 볼트와 같은 적절한 죔쇠를 이용하여 각각 홀(132A, 132B)에서 로터(104)에 밸브 어셈블리(106)를 고정시키기 위한 홀을 제공한다. 스캘럽(scallop, 142C)은 제 1 및 제 2 장착 돌출부(142A, 142B) 사이에서 장착 플레이트의 외부 에지를 따라 형성된다. 장착 플레이트(142)는 밸브 어셈블리(106)를 위한 피봇을 형성한다. 장착 플레이트(142)는 판 스프링과 같이 작용하고, 이 실시예에서 전기자(144) 및 커버 플레이트(140)를 기울게 하여 디폴트에 의해(by default) 저장부(112)에서 개구(138)를 연다(도 2A-2C에서, 밸브 어셈블리(106)는 커버 플레이트(140)로 "오프(off)" 또는 폐쇄 위치에 있고 이로써 개구(138)를 닫어 유체 유동을 제한한다). 커버 플레이트(140)는 저장부(112)의 후방 플레이트(112A)의 개구(138)로부터 피봇되어 멀리 이동되기 때문에 쉬어 유체는 저장부(112)로부터 밖으로 유동할 수 있 고, 커버 플레이트(140)가 저장부(112)의 후방 플레이트(112A)의 개구(138)로부터 멀리 크게 이격되도록 이동될 때 쉬어 유체는 저장부(112)로부터 큰 부피로 빠져나가도록 이동한다.

전기자(144)는 가해진 자기장에 반응하여 이동 가능한 자속 전도성 구성요소이다. 전기자(144)는, 로터(104)의 전방부에 위치한 링 형태의 베이스부(146), 및 거의 직각을 이루며 베이스부(146)의 둘레로부터 연장하는 4개의 핑거(148A-148D)를 포함한다. 각각의 핑거(148A-148D)는 베이스부(146)의 원주를 따르는 약간 아치 형태를 갖는다. 열장이음(dovetail)과 같은 형태를 가질 수 있는 평형추(counterweight, 150)는 커버 플레이트(140)와 대향하여 핑거(148B, 148C) 사이에서 전기자(144)의 베이스부(146)로부터 연장한다. 평형추(150)는 장착 플레이트(142)의 스캘럽(142C)을 통과할 수 있다. 평형추(150)는 장착 플레이트에 의해 형성된 피봇의 대향부 상에서 커버 플레이트(140)의 매스(mass)를 오프셋한다. 핑거(148A-148D) 및 평형추(150)는 이 전기자의 베이스부(146)와 일체화되어 형성될 수 있고 자속은 핑거(148A-148D)로부터 베이스부(146)로(또는 그 반대로) 유동할 수 있다. 전기자(144)는 금속 물질로 된 시트로부터 일부를 스탬프 함에 의해 형성되고, 이후 핑거(148A-148D) 및 평형추(150)가 일정한 위치로 접힌다. 전기자(144)는 예를 들면 강과 같은 자속 전도성 물질로 만들어진다.

전기자(144)의 베이스부(146)는 장착 플레이트(142)에 연결되고, 이는 전체 전기자(144)가 로터(104)에 대해 부착된 커버 플레이트(140)에서 일반적인 축방향 이동을 만들고 피봇하는 것을 가능하게 한다. 전기자(144)의 일반적인 축방향 이 동은 저장부(112)의 후방 플레이트(112A)에서 개구(138)로부터 멀리 또는 이를 향해 커버 플레이트(140)를 이동시킬 수 있다. 전기자(144)의 이동은 저장부(112)의 후방 플레이트(112A)에 대해 커버 플레이트(140)의 제 3 부분(140C)의 이동의 약 2-3mm를 제공할 수 있다.

전기자(144)는 대안적인 실시예에서 서로 다른 배치를 가질 수 있다. 예를 들면, 핑거의 수 및 핑거의 위치는 원하는 바에 따라 변경될 수 있다. 또한, 커버 플레이트(140), 장착 플레이트(142) 및 평형추(150)는 도면에서 도시된 실시예와 다른 배치를 가질 수 있다.

도 7은 도 1의 라인 7-7을 따라 절취된 클러치(100)의 단면도이다. 도 7에서 도시된 것처럼, 전기자(144)의 핑거(148A-148D)는, 클러치(100)의 후방부(또는 종동부)를 향해 그리고 로터(104)에서 개별적으로 아치형 개구(134A-134D)를 통해 돌출하도록 위치한다. 대안적인 실시예에서, 자속 전도성 안정화 링(미도시)은 로터(104)의 후방부 상의 핑거들의 말단부에 고정될 수 있다. 이러한 안정화 링은 전기자(144)의 핑거(148A-148D)를 지지할 수 있고 이에 의해 자속의 전달을 위해 전기자(144)의 표면적을 증가시키고 굴곡(flexing)을 감소시킨다.

두 부품으로 된 하우징(102)은 로터(104)와 함께 회전을 위해 체결될 때 클러치(100)로부터 회전 출력을 제공하고, 볼트, 스크류 또는 다른 적절한 죔쇠를 이용하여 함께 고정되는 후방 하우징 베이스 부품(102B) 및 전방 하우징 커버 부품(102A)을 포함한다. 하우징 커버(102A) 및 하우징 베이스(102B) 모두 알루미늄과 같은 금속 물질로 일반적으로 만들어진다. 하우징 베이스(102B)는 샤프트(110) 및 하우징 베이스(102B)의 ID 사이에서 체결하도록 프레스 된 이중렬 베어링 세트(160)를 갖는다. 베어링 세트(160)는 로터(104)의 후방부에 위치하고 바람직하게는 팬 블레이드(168)와 거의 축방향으로 정렬된다(도 2A를 보라). 이러한 방법으로, 하우징(102)은 로터(104)와 독립적으로 샤프트(110) 상에서 회전적으로 지지되고, 팬 블레이드(168)(뿐만 아니라 작업 챔버(114))와 베어링 세트(160)의 축방향 정렬은 베어링 세트(160) 상의 균형(balance) 작동 로드를 돕는다. 균형화된 베어링 로딩은 손상을 막고 베어링 수명을 연장하는 것을 도울 수 있다. 베어링 세트(160)는 두 부품으로 된 하우징(102) 및 로터(104) 사이에서 상대적인 회전을 가능하게 하고, 로터(104)는 샤프트(100)에 회전적으로 고정된다. 하우징 커버(102A) 및 하우징 베이스(102B)에 작업 챔버(114)를 향하는 일련의 환형 리브(집합적으로, 리브의 각각의 세트는 도면 부호 162에 의해 표시됨)가 각각 제공되고, 클러치(100)가 체결될 때(즉, 쉬어 유체가 작업 챔버(114)로 유입될 때) 토크를 전달하기 위해 로터(104)의 전방부 및 후방부 상에 환형 리브(124)의 세트와 점성적으로(viscously) 체결된다. 클러치(100)의 작동은 이하에서 상세하게 설명된다.

도 7에서 도시된 것처럼, 하우징 커버(102A)는 로터(104)의 OD 근처의 작업 챔버(114)에서 국지적으로 쉬어 유체에서 압력을 만듦에 의해 작동하는 종래의 동적 유체 펌프 시스템을 포함한다. 귀환 경로(164)는 하우징 커버(102A)를 통해 형성되고, 이에 의해 쉬어 유체가 작업 챔버(114)의 OD로부터 저장부(112)로 이동한다.

하우징(102)의 외부는 냉각 핀(cooling fins, 166)(도 1, 8 및 9를 보라)을 갖고 이에 의해 클러치에 의해 생성된 열을 이를 둘러싼 주위로 전달한다. 클러치(100)로부터 열을 방산하는 것을 돕는 알루미늄의 바람직한 열 전달 성질에 의해, 알루미늄은 하우징(102)을 형성하는데 일반적으로 이용된다. 도 2A에서 도시된 것처럼, 클러치(100)가 체결될 때(팬 블레이드(168)는 단순화를 위해 다른 도면에서는 생략됨) 팬 블레이드(168)는 하우징(102)과의 동시 회전을 위해 하우징(102)에 연결될 수 있다. 팬 블레이드(168)는 공지된 방식으로 볼트 또는 스크류로 하우징(102)에 연결된 단일 팬 블레이드 어셈블리의 일부일 수 있다.

도 8은 도 1의 라인 8-8을 따라 절취된 클러치(100)의 단면도이다. 도 2A, 2B, 7 및 8에서 도시된 것처럼, 자속 전도성 하우징 삽입물(170)는 하우징 베이스(102B)에 배치되고, 밸브 어셈블리(106)의 "플로팅(floating)" 전기자(144) 및 전자기 코일 어셈블리(108) 사이에서 자기 도관으로서 작용한다. 하우징 삽입물(170)는 강으로 만들어질 수 있다. 이 자기적으로 전도성인 하우징 삽입물(170)은 거의 실린더 형태로 미리 성형될 수 있고, 그 전방 외부 에지에 챔퍼(chamfer, 172), 그 후방 에지에 다수의 원주 형태로 이격된 스캘럽(scallop, 174)(도 2A, 2B, 7 및 10을 보라), 및 내부로 연장하는 방사 리브(176)를 구비한다. 하우징 삽입물(170)은 하우징 베이스(102B) 내에서 캐스트된다. 하우징 삽입물(170)의 후방 에지에 위치한 스캘럽(174)은 하우징(102) 물질(예를 들어 알루미늄)이 캐스팅 동안 거기로 유동하게 하고, 이에 의해 하우징 삽입물(170) 및 하우징 베이스(102B) 사이에 더욱 확실한 연결을 제공하며, 거의 축방향 자속 경로를 제공한다. 도 8에서 도시된 것처럼, 하우징 삽입물은 코일 어셈블리(108)의 코일 컵(116)의 전방부 의 축방향으로 후방에 있는 위치로 후방으로 연장하고, 이에 의해 그 사이에 작은 방사 에어 갭(G₁)을 형성한다. 도 2A, 2B, 및 7의 단면도는 스캘럽(174)이 하우징 삽입물(170)로 앞으로 연장하는 위치에서 절취되고, 이는 도 8과 비교할 때 도 2A, 2B, 및 7에서 더 짧은 축방향 길이를 하우징 삽입물(170)이 갖는다는 사실에 의해 도시된다(도 10을 보라). 방사 리브(176)는 하우징 삽입물(170)의 중앙부에 위치하고, 하우징 베이스(102B)에 대해 하우징 삽입물(170)을 안정화시키는 것을 돕고 캐스팅을 촉진시키는 기능을 한다. 방사 리브(176) 및 삽입물 스캘럽(174)은 하우징(102)에 대해 하우징 삽입물(170)이 고정되도록 하고, 삽입물(170)의 실질적인 표면적은 노출된 채로, 즉 하우징(102) 물질에 의해 덮이지 않은 채로 남아 있을 수 있다.

도 7에서 도시된 것처럼, 전기자(144)의 핑거(148A, 148C)는 작고 거의 방사형인 에어 갭(G₂)에 의해 분리된 자기적으로 전도성인 하우징 삽입물의 구역에 위치한다. 자속은 에어 갭(G2)을 가로질러 하우징 삽입물(170) 및 전기자(144) 사이를 통과할 수 있다. 전기자(144)가 가해진 자속에 대해 이동함에 따라, 하우징 삽입물(170)에 대한 전기자의 상대적 배향도 변할 것이다. 그러나, 에어 갭(G2)은 거의 방사상으로 배향된 채 있게 된다.

도 2A, 2B 7 및 8에서 도시된 것처럼, 거의 디스크 형태의 자기 폴 플레이트(178)는 샤프트(110)의 전단부(110F)에 장착된다(예를 들어 프레스되고 널된(knurled) 연결부에 의해). 폴 플레이트(178)는 로터(104)의 전방부에 전체적으로 놓이고, 로터(104)의 어떠한 부분도 통과하지 않는다. 폴 플레이트(178)는 샤프트(110) 및 로터(104)와 함께 회전하도록 고정되지만, 전기자(144)와 같이 이동 가능하지는 않다. 폴 플레이트(178)는 강과 같은 자속 전도성 물질로 만들어지고, 전기자(144) 및 샤프트(110) 사이에서 자기 도관으로서 작용한다. 이 전기자(144)가 전자기력에 의해 폴 플레이트(148)를 향해 당겨질 때, 이 폴 플레이트(178)는 전기자(144)에 대한 정지부로서 작용한다(즉, 이 전기자(144)가 폴 플레이트(178)와 접촉하여 전기자의 운동 범위를 제한함). 클러치(100)가 완전히 체결되지 않을 때(모든 도면에서 도시된 것처럼), 전기자(144)의 베이스부(146)는 폴 플레이트(178)와 물리적 접촉하도록 자기적으로 당겨진다. 클러치(100)가 체결될 때, 폴 플레이트(178) 및 전기자(144) 사이에 작고 거의 축방향으로 변화 가능한 에어 갭(G3)(미도시)이 존재한다. 이하에서 추가적으로 자세히 설명될 것처럼, 거의 축방향 에어 갭(G3)의 크기는 변할 수 있다.

작동 동안, 클러치(100)에 존재하는 유체는 전기자(144)가 폴 플레이트(178)에 부착되게 할 수 있고, 이에 의해 클러치 반응 시간을 바람직하지 않게 감소시킨다. 이러한 문제를 완화하기 위해, 폴 플레이트(178)의 후면은 선택적으로 조직화될 수 있거나(즉, 매끄럽지 않게 됨) 또는 상승 피쳐(feature)(예를 들어 돌출 리벳 헤드)를 가질 수 있고 이에 의해 전기자(144)가 폴 플레이트(178)에 부착되는 것을 막는 것을 돕는다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전기자(144)의 전면은 조직화될 수 있거나 또는 상승 피쳐를 가질 수 있고 이에 의해 동일한 목적을 수행한다.

또한, 도 2A, 2B, 7 및 8에서 도시된 것처럼, 자속 안내 슬리브(180)는 베어링 세트(160)의 후방에서 샤프트(110) 상에 위치하고, 이에 의해 전자기 코일 어셈블리(108)의 코일 컵(116) 및 샤프트(110) 사이에 방사상으로 위치한다. 이 자속 안내 슬리브(180)는 전자기 코일 어셈블리(108)를 위한 베어링 세트(120) 및 하우징(102)을 위한 베어링 세트(160) 사이에 축방향으로 위치한다. 자속 안내 슬리브(180)는 일반적으로 실린더 형태를 갖고, 챔퍼된(chamfered) 전방의 외부 에지(180A)를 갖는다. 자속 안내 슬리브(180)는 자속 전도성 물질(예를 들어 강)로 만들어지고, 샤프트(110) 및 전자기 코일 어셈블리(108) 사이에서 자속을 보낼 수 있다. 작은 방사형 에어 갭(G4)은 자속 안내 슬리브(180) 및 코일 컵(116)을 분리시킨다.

이전 설명의 관점에서, 클러치(100)의 자속 회로가 이해될 수 있다. 전자기 코일 어셈블리(108)는 자속을 생성할 수 있고, 전류는 코일(118)을 통해 유동한다. 코일 어셈블리(108)로부터의 자속은 코일 컵(116)으로부터 하우징 삽입물(170)로 방사형 에어 갭(G1)을 가로질러 통과할 수 있다. 하우징 삽입물(170)을 통해 축방향으로 통과한 이후, 자속은 밸브 어셈블리(106)의 전기자(144)의 핑거(148A-148D)로 거의 방사형 에어 갭(G2)을 통과할 수 있다. 자속은 핑거(148A-148D)를 통해 전기자(144)의 베이스부(146)로 통과할 수 있다. 디폴트(default)에 의해, 코일 어셈블리(108)가 파워를 받지 않고 자속을 생성하지 않을 때, 전기자(144)는 폴 플레이트(178)로부터 멀리 편향되고, 자속은 변화 가능한 거의 축방향 에어 갭(G3)을 가로질러야 하며 이에 의해 전기자(144)로부터 폴 플레이트(178)로 이동한다. 코 일 어셈블리(108)로부터의 자속은 전기자(144)에 작용하는 전자기력을 만들고, 이는 전기자(144)를 폴 플레이트(178)를 향하여 그리고 접촉하도록 피봇되게 이동시킬 수 있고 이에 의해 축방향 에어 갭(G3)을 폐쇄한다. 폴 플레이트(178)는 샤프트(110)의 전단부(110F) 및 전기자(144) 사이에서 자속 회로를 구성한다. 이후 샤프트(110)는 클러치(100)의 후방부(즉, 종동부)를 향해 자속을 전할 수 있다. 이후 자속은 샤프트(110)로부터 자속 안내 슬리브(180)를 통해 그리고 방사형 에어 갭(G4)을 가로질러 전자기 코일 어셈블리(108)의 코일 컵(116)으로 되돌아가도록 이동할 수 있고 이에 의해 자속 회로를 완료한다.

클러치(100)의 작동은 이하에서와 같이 일반적으로 일어난다. 밸브 어셈블리(106)의 커버 플레이트(140)는 디폴트에 의해 저장부(112)의 후방 플레이트(112A)의 개구(138)를 덮지 않도록 편향되도록 설계되고(즉, 클러치(100)가 체결되는 "온(on)" 또는 개방 위치), 이는 저장부(112)로부터 작업 챔버(114)로 쉬어 유체가 유동하게 한다. 작업 챔버(114)에 존재하는 쉬어 유체는 하우징(102) 및 로터(104) 사이에서 마찰 체결을 만듦에 의해 토크를 전달하고, 토크 전달의 순간적인 퍼센티지는 작업 챔버(114)에서 쉬어 유체의 양에 따라 변할 수 있다.

밸브 어셈블리(106)는 개구(138)를 폐쇄하도록 전자기적으로 구동될 수 있다. 전자기 코일 어셈블리(108)가 활성화될 때, 자속은 코일(118)에 의해 생성되고 자속 회로를 통해 전달되며 전기자(144)를 폴 플레이트(178)를 향해 이동시키고, 이는 차례로 저장부(112)의 후방 플레이트(112A)에서 개구(138)를 향해 커버 플레이트(140)를 이동시킨다. 이러한 방법으로, 코일 어셈블리(108)를 활성화하는 것은 개구(138)를 더욱 덮게 함에 의해 클러치(100)가 체결되지 않게 하고, 이는 쉬어 유체가 저장부(112)로부터 작업 챔버(114)로 통과하는 것을 제한하거나 막는다.

상기에서 언급된 것처럼, 저장부(112)의 후방 플레이트(112A)에서 개구 및 커버 플레이트(140)의 위치에 대해, 방사형 채널(128)이 로터(104)의 전방부에 형성된다. 방사형 채널(128)은 커버 플레이트(140)가, 저장부(112)의 후방 플레이트(112A)의 개구(138)를 덮거나 덮지 않도록 축방향으로 이동하는 공간을 제공한다. 또한, 방사형 채널(128) 및 그루브(130)는 함께 저장부(112)로부터의 개구(138) 및 로터(104)의 OD 근처의 개구(126A)로 그 사이에서 유체 경로를 형성한다. 이러한 방법으로, 작업 챔버(114)로의 쉬어 유체의 유입은 유체 개구(예를 들어 유체 개구(126A)) 중 하나에서 일어나고, 이는 유체 배출구를 제공하며, 이 배출구는 로터에서 거의 축방향으로 중앙에 있고 환형 리브(124)(및 162)에 대해 거의 방사상으로 중앙에 있다. 로터(104)의 축방향 중심에 또는 그 근처에 유체 배출구를 위치시키는 것은 거의 동시에 로터의 전방부 및 후방부 모두에서 작업 챔버(114)로 쉬어 유체를 주입하는 것을 허용할 할 뿐만 아니라, 로터(104)의 OD 근처에서 환형 리브(124) 사이의 작업 챔버(114)로 쉬어 유체를 주입하는 것을 허용한다. 로터(104)의 양 측부에서 그리고 로터(104)의 OD 근처의 작업 챔버(114)로 쉬어 유체를 제공하는 것은 동시에 모두 클러치 반응 시간을 향상시키는 것을 돕는다.

작업 동안, 유체 귀환 경로(164)를 포함하는 유체 펌프 시스템은 작업 챔 버(114)로부터 저장부(112)로 다시 쉬어 유체를 펌프한다. 쉬어 유체는 작업 챔버(114)로부터 저장부(112)로 본질적으로 연속적으로 다시 펌프된다. 클러치(100)는 개방 위치에서 밸브 어셈블리(106)를 계속 유지함에 의해서만 체결된 채로 남아 있고, 이는 저장부(112)로부터 작업 챔버(114)로 더욱 많은 쉬어 유체를 이동(즉, 귀환)하게 한다. 반대로, 작업 챔버(114)는 완전히 폐쇄 위치로 밸브 어셈블리(106)를 이동시킴에 의해 효과적으로 배수될 수 있고, 쉬어 유체가 작업 챔버(114)로 귀환하는 것을 막는다.

다양한 대안적인 제어 설계가 클러치(100)를 작동시키는데 있어서 가능하다. 일 실시예에서, 전자기 코일 어셈블리(108)는 조악한 온/오프 방식으로 활성화될 수 있고, 이에 의해 밸브 어셈블리(106)는 코일 어셈블리가 선택적으로 활성화될 때 완전히 개방 위치(디폴트 위치)에 또는 완전히 폐쇄 위치에 있게 된다.

다른 실시예에서, 코일 어셈블리(108)는 전자 엔진 제어기(미도시)로부터 펄스 폭 조정된(PWM) 신호를 이용하여 활성화된다. PWM 신호는 쉬어 유체의 동적으로 변화 가능한 평균 부피가 저장부(112)로부터 유동하도록 한다. PWM 신호는 코일 어셈블리(108)가 시간에 걸쳐 펄스된 방식으로 자속을 생성하게 한다. PWM 신호의 주파수 및 펄스 폭(즉, 지속 시간)에 따라, 밸브 어셈블리(106)는 저장부(112)로부터 개구(138)를 통해 작업 챔버(114)로 시간에 따라 소통하도록 허용된 쉬어 유체의 양을 변화 가능하게 조정할 수 있다. 즉, PWM 신호는 코일 어셈블리(108)가 밸브 어셈블리(106)를 개폐시키고, 밸브 어셈블리(106)가 개방된 시간의 평균량은 저장부(112)로부터 유동하는 쉬어 유체의 평균량을 명령한다. PWM 신호 의 더 큰 주파수 및/또는 더 큰 펄스 폭은 밸브 어셈블리(106)를 더욱 평균에 가깝게 하고, 이는 쉬어 유체의 낮은 평균 부피가 작업 챔버(114)로 통하게 한다. 이 PWM 제어 설계는 클러치(100)가 선택적으로 변화 가능한 속도로 작동되도록 하고, 이에 의해 하우징(102)(및 부착된 팬 블레이드(168))은 단순히 조악한 온/오프 방식으로 보다는 샤프트(110) 및 로터(104)의 회전 속도의 0%로부터 약 100%로 어느 위치에서도 회전할 수 있다. 약 0.5 - 5 Hz의 범위에서 PWM 신호 주파수가 적절하다.

개방 및 폐쇄 위치 사이에서 전기자(144)의 안정적인 위치는 전자기 구동기 시스템에서 작은 스트로크 구동기에 대해 얻어질 수 없기 때문에, 전기자(144)는 제한적인 단부 위치 중 하나(즉, 완전히 개방 또는 밀폐)로 될 것이다. 따라서, PWM 주파수는 상대적으로 낮게 설정되어야만 하고, 이에 의해 전기자 디스크가 모든 듀티 사이클(duty cycle)에서 단부 위치에 이르도록 한다. 그러나, 매우 낮은 PWM 주파수는 바람직하지 않을 수 있는데, 왜냐하면 팬(168)(그리고 하우징(102)) 속도에서의 변화는 팬 속도가 PWM 신호의 개별적인 펄스에 따라 변함에 따라 바람직하지 않은 들을 수 있는 노이즈 요동을 만들 수 있기 때문이다. 따라서, 약 2Hz 근처의 PWM 신호 주파수가 바람직하다.

또한, 작은 에어 갭(G3)은 최대 자속 및 시스템의 최대 자기 에너지를 제한하고, 이는 코일 어셈블리(108)가 스위치 오프될 때 경감되어야만 한다. 큰 에어 갭(G3)으로 밸브 어셈블리(106)의 반응 시간은 증가될 수 있으나, 밸브 어셈블리(106)를 이동시키기 위한 얻을 수 있는 자기력은 약간 감소된다. 따라서, 에어 갭(G3)은 클러치(100)의 다른 설계 특징을 고려해야 한다.

전자기적으로 구동되는 비스코스 클러치를 작동시키는데 있어서의 문제점은, 이러한 클러치의 구성이 자속 회로에 인접한 변환기를 효과적으로 형성하는 의도하지 않은 결과를 가질 수 있다는 점이다. 알루미늄은 상대적으로 가볍고, 상대적으로 값이 싸며, 캐스트 가능하고, 상자성을 가지고 원하는 강도 및 열 전달 성질을 갖기 때문에, 알루미늄은 클러치 부품에 일반적으로 이용되는 물질이다. 그러나, 알루미늄은 전기를 전도할 수 있기 때문에, 자속 회로에 인접한 로터(104) 및/또는 하우징(102)의 일부는 제 2 권선(winding)과 같이 효과적으로 작용할 수 있다. 알루미늄에서 와전류가 열로서 소실되는데는 상당히 긴 시간이 걸린다. 이는 전기자(144)의 이동에 영향을 미칠 수 있고, 개방 또는 폐쇄 위치에서 밸브 어셈블리(106)를 유지함에 의해 클러치(100)의 반응 시간을 바람직하지 않게 늦출 수 있다. 와전류 효과는 클러치 반응 시간에 실질적인 효과를 가질 수 있고, 이는 전기자(144)의 질량보다 훨씬 더 큰 효과를 가질 수 있다. 클러치(100)가 PWM 제어 설계를 이용하여 제어될 때 이는 특히 바람직하지 않다. 클러치(100) 상에서 와전류 효과는 코일 어셈블리(108)가 폐쇄 위치로부터 디폴트 개방 위치로 전기자(144)를 편향시키려고 하는 경우에 자속을 제공하는 것을 멈출 때(즉, 스위치 오프됨) 일반적으로 최대인데, 왜냐하면 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 전기자(144)를 이동시키는데 필요한 것보다 폐쇄 위치에서 전기자(144)를 지지하는데 더 적은 자속이 필요하기 때문이다.

와전류 문제를 완화하기 위해, 클러치(100)는 자속 회로에 인접하여 위치한 와전류 감소 피쳐를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 와전류 감소 피쳐는 하우징 베이스(102B)에서 저항 패턴을 형성하는 특별한 하우징 기하구조를 포함한다. 도 9는 분리되어 도시된 클러치(100)의 하우징 베이스(102B)의 후면도이다. 도 10은 하우징 베이스(102B)의 일부의 단면 사시도이다. 도 8, 9 및 10에서 도시된 것처럼, 12개의 동일하게 원주 상에서 이격되어 있는 스캘럽(190)은 하우징(102)의 ID 근처의 하우징 베이스(102B)의 후방(구동)부에서 리세스를 형성한다. 스캘럽(190)은 하우징 삽입물(170)의 방사상으로 내부로 형성되고, 이에 의해 자속 회로의 내부에 대해 위치한다. 스캘럽(190)은 눈물 모양과 같은 형태를 가지고, 넓은 개구가 후방을 향하고 하우징 베이스(102B)의 전방부를 향해 좁혀진다. 그러나, 스캘럽(190)은 대안적인 실시예들에서 다른 형태 및 구성을 가질 수 있다. 스캘럽(190)은 자속 회로에 인접하게 배치된 물질의 양을 감소시키는 기능을 한다. 더욱 구체적으로, 도 8에서 도시된 것처럼, 스캘럽(190)은 자속 회로의 내부에서 샤프트(110)에 거의 축방향으로 인접한 위치에서 폐쇄 링을 형성하는 하우징(102)의 전기적 전도성 물질의 양을 감소시키고, 이에 의해 와전류 전도를 감소시킨다.

또한, 특별한 와전류 감소 기하구조는 하우징 베이스(102B)의 전방부 상에 성형물을 포함할 수 있다. 도 11은 전방부로부터 도시된 하우징 베이스(102B)의 일부의 단면 사시도이다. 도 10 및 11에서 도시된 것처럼, 전방부 스캘럽(192)은 하우징 베이스(102B)의 전방부에 형성된다. 12개의 동일하게 원주 상에서 이격되어 있는 전방부 스캘럽(192)은 하우징 베이스(102B)의 ID 근처에 위치하고, 이에 의해 전방부 스캘럽(192)은 베어링 세트(160)가 위치하는 하우징 베이스(102B)의 ID 및 하우징 삽입물(170) 사이에서 방사상으로 위치한 환형 채널(194)을 따라 위치한다. 전방부 스캘럽(192)은 하우징 베이스(102B)의 후방부 상에서 스캘럽(190)과 정렬되도록 배열된다. 이러한 방법으로, 스캘럽(190, 192)은 자속 회로에 인접하여 위치한 전기적 전도성 물질의 양을 감소시킨다. 립과 같은 구조는 인접한 스캘럽(190, 192) 사이에 형성되고, 이는 하우징(102)에 충분한 기계적 강도를 제공하는 것을 돕는다.

유사하게, 로터(104)는 자속 회로에 인접한 클러치(100)에서 와전류를 감소시키는 전기적 저항 피쳐(electrical interrupting features)를 형성하는 특별한 기하구조로 형성될 수 있다. 이러한 와전류 감소 피쳐는 하우징(102)의 와전류 감소 피쳐와 함께 또는 이를 대신하여 형성될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 와전류 감소 피쳐는 자속 회로에 인접한 클러치(100)에서 이용된 특별한 물질이다. 하우징 삽입물(170)의 대략적인 위치 및 ID 사이에서 하우징 베이스(102B)의 일부, 전체 하우징 베이스(102B) 또는 전체 하우징(102)은, 클러치(100)의 자속 회로에 인접한 와전류의 전도를 감소시키기 위해 마그네슘과 같은 전도성이 나쁜 전도체인 상자성 물질로 만들어질 수 있다. 유사하게, 추가적인 실시예에서, 로터(104) 또는 로터(104)의 일부는 마그네슘과 같은 비전도성 물질로 만들어질 수 있다. 마그네슘과 같은 이러한 특별한 물질의 이용은 자속 회로에 인접하여 발생하는 와전류를 제한하고, 이에 의해 클러치 반응 시간을 향상시키는 것을 도울 수 있다.

본 발명은 다양한 장점을 가지며 유효하고 효과적이며 신뢰성 있는 비스코스 클러치를 제공하는 것이다. 예를 들면, 본 발명에 따른 클러치는 로터와 함께 이동하도록 구성된 저장부를 가질 수 있고, 이는 작업 챔버로의 더 빠른 전달을 위해 쉬어 유체로 운동(회전) 에너지를 전달하며, 이때 저장부를 위한 밸브 어셈블리가 개방된다. 또한, 작업 챔버로의 쉬어 유체의 전달은, 로터의 OD 근처로 쉬어 유체를 전달할 뿐만 아니라 전방부 및 후방부에서 거의 동시에 작업 챔버로 분산을 위해 거의 로터의 축방향 중심을 통해 유체를 전달함에 의해 향상되고 빨라진다. 또한, 본 발명의 클러치는 상대적으로 적은 에어 갭을 갖는 자속 회로를 통해 유효한 자속 전달을 제공한다. 4개를 넘는 에어 갭은 필요하지 아니하고, 이는 에어 갭의 더 큰 숫자에 의한 전자기력의 소실을 감소시킨다. 또한, 본 발명에 따른 클러치의 에어 갭은 더욱 거의 방사상으로 배향될 수 있고, 방사형 에어 갭은 축방향으로 배향된 에어 갭보다 더욱 일관적이고 정밀한 허용 한계를 일반적으로 허용한다. 또한, 본 발명에 따른 클러치는 바람직하지 않은 자속 회로 성능 소실을 완화하기 위해 와전류 감소 피쳐를 포함할 수 있다. 모든 이전의 혜택은 클러치 반응 시간을 향상시키는 것을 돕고, 이는 입력 및 출력 사이에서 체결의 정도를 얼마나 빨리 클러치가 조정할 수 있는지에 대한 측정이다. 뛰어난 클러치 반응 시간은 특히 중요한데, 이 경우 클러치는 역학적으로 변화 가능한 클러치 체결을 제공하도록 PWM 제어 설계를 이용하여 제어된다. 이전의 혜택에 부가하여, 본 발명에 따른 클러치의 설계는 수리를 위한 조립 및 해체를 쉽게 한다.

본 발명은 바람직한 실시예와 함께 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 아니한 채 변경을 가할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 클러치의 특별한 구조 및 구성은 특별한 응용을 위해 바람직하게 변경될 수 있다.

Claims

비스코스 클러치 어셈블리로서,

로터;

상기 로터를 둘러싸고 그 사이에 작업 챔버를 형성하는 선택적으로 회전 가능한 부재;

상기 로터의 전방부 및 후방부 사이에서 상기 로터를 통해 형성되며 상기 로터의 전방부 및 후방부 모두에서 상기 작업 챔버와 유체 소통하는 제 1 개구;

상기 로터에 의해 지지되고 제 2 개구를 갖는 저장부;

상기 제 2 개구를 선택적으로 덮기 위한 커버 플레이트를 가지며 상기 로터에 의해 지지되는 밸브 어셈블리; 및

방사상 방향으로 상기 제 2 개구에 인접한 구역 및 상기 제 1 개구 사이에서 상기 로터에 형성된 채널을 포함하고,

상기 채널이 상기 제 1 개구와 연결되며,

상기 커버 플레이트가 상기 채널로 부분적으로 또는 전체적으로 연장하는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

샤프트를 추가로 포함하고,

상기 로터가 상기 샤프트에 회전식으로 고정되며, 상기 선택적으로 회전 가능한 부재가 상기 샤프트 상에서 회전식으로 지지되는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 개구가 상기 로터의 외부 지름부까지 연장하는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 채널의 일부 또는 전부가 상기 로터의 전방부를 따라 형성되는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 채널의 제 1 부분이 상기 로터의 전방부를 따라 형성되고, 상기 채널의 제 2 부분이 상기 로터의 후방부를 따라 형성되는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 작업 챔버를 향하며 상기 로터 상에 배치된 복수의 동심 환형 리브들을 추가로 포함하고,

상기 제 1 개구가 상기 동심 환형 리브들 중 하나 이상을 통해 형성되는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 밸브 어셈블리가 전자기적으로 구동되는,

비스코스 클러치 어셈블리.
삭제
비스코스 클러치를 작동하는 방법으로서,

상기 비스코스 클러치가 저장부, 전방부와 후방부 그리고 내부 지름과 외부 지름을 갖는 로터, 하우징, 및 상기 로터와 상기 하우징 사이의 작업 챔버를 포함하고,

상기 비스코스 클러치를 작동하는 방법이,

상기 로터와 상기 저장부 사이에 이동식 밸브 플레이트를 위치시키는 단계;

상기 로터를 회전시키는 단계;

상기 저장부의 출구를 노출하고 상기 출구를 통해 쉬어 유체(shear fluid) 유동이 가능해지도록, 상기 밸브 플레이트를 상기 저장부로부터 그리고 상기 로터를 향하여 이동시키는 단계; 및

상기 로터와 함께 회전되도록 상기 하우징을 부분적으로 또는 전체적으로 체결시키기 위해 상기 저장부로부터 상기 작업 챔버로 쉬어 유체를 유입시키는 단계를 포함하고,

상기 쉬어 유체가 상기 로터의 전방부에 형성된 상기 작업 챔버의 제 1 부분으로 그리고 상기 로터의 후방부에 형성된 상기 작업 챔버의 제 2 부분으로 유입되고, 상기 쉬어 유체가 동시에 상기 작업 챔버의 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분에 유입되는,

비스코스 클러치를 작동하는 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 쉬어 유체가 상기 로터의 내부 지름으로보다 상기 로터의 외부 지름으로 더 가깝게 상기 작업 챔버로 유입되는,

비스코스 클러치를 작동하는 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 로터와 함께 상기 저장부를 회전시키는 단계를 추가로 포함하는,

비스코스 클러치를 작동하는 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 저장부로부터 상기 작업 챔버로의 상기 쉬어 유체의 유입을 제어하기 위해 펄스폭 조정으로 밸브 어셈블리를 제어하는 단계를 추가로 포함하는,

비스코스 클러치를 작동하는 방법.
비스코스 클러치 어셈블리로서,

샤프트;

상기 샤프트에 장착되고 전방부 및 후방부를 갖는 로터;

상기 로터를 둘러싸는 하우징;

상기 로터 및 상기 하우징 사이에 형성된 작업 챔버;

귀환 보어를 가지며 상기 로터 상에 장착된 저장부;

상기 저장부의 상기 귀환 보어를 선택적으로 덮기 위한 커버 플레이트;

상기 로터의 전방부 및 후방부 사이에 형성되며 상기 작업 챔버와 유체 소통하는 제1 개구; 및

상기 귀환 보어에 인접한 구역 및 상기 제1 개구 사이에서 상기 로터 내에 형성되는 채널을 포함하고,

상기 커버 플레이트가 상기 저장부 및 상기 로터 사이에 배치되며,

상기 채널은 상기 제1 개구와 유체 소통하고,

상기 채널의 일부 또는 전부는 상기 로터의 전방부 내에 형성되는,

비스코스 클러치 어셈블리.
삭제
제 13 항에 있어서,

상기 제 1 개구가 상기 로터의 외부 지름부까지 연장하는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 13 항에 있어서,

상기 작업 챔버를 향하며 상기 로터 상에 배치된 복수의 동심 환형 리브들을 추가로 포함하고,

상기 제 1 개구가 상기 동심 환형 리브들 중 하나 이상을 통해 형성되는,

비스코스 클러치 어셈블리.
삭제
삭제
제 13 항에 있어서,

상기 채널의 제 1 부분이 상기 로터의 전방부에 형성되고, 상기 채널의 제 2 부분이 상기 로터의 후방부를 따라 형성되는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 13 항에 있어서,

상기 커버 플레이트에 연결된 전기자를 추가로 포함하고,

상기 커버 플레이트가 상기 전기자의 전자기적 구동을 통해 이동 가능한,

비스코스 클러치 어셈블리.
비스코스 클러치 어셈블리로서,

전방부 및 후방부를 갖는 로터;

상기 로터를 둘러싸는 하우징;

상기 로터 및 상기 하우징 사이에 형성된 작업 챔버;

저장부로부터 상기 작업 챔버로 쉬어 유체의 입력을 조절하기 위한 커버 플레이트; 및

상기 로터 및 상기 하우징을 점성적으로(viscously) 체결시키도록 상기 쉬어 유체를 상기 작업 챔버로 선택적으로 유입시키기 위해 상기 저장부 및 상기 작업 챔버 사이에 형성된 유체 경로를 포함하고,

상기 유체 경로는,

상기 유체 경로가 상기 작업 챔버와 유체 소통하게 연결되는 곳에 형성된 유체 배출구;

상기 로터의 전방부 내에 형성되는 채널; 및

상기 채널과 상기 유체 배출구를 연결하기 위해 상기 로터의 후방부 내에 형성되는 홈을 포함하며,

상기 유체 배출구가 상기 로터의 외부 지름 및 상기 로터의 내부 지름 사이에 배치된 방사상 위치에서 상기 로터의 전방부 및 후방부 사이로 연장하는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 21 항에 있어서,

상기 커버 플레이트가 상기 로터에 의해 지지되는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 21 항에 있어서,

상기 작업 챔버가 상기 작업 챔버의 둘레부로부터 상기 작업 챔버의 방사상 내부를 향해 상기 쉬어 유체로 채우는 것을 가능하게 하도록, 상기 유체 배출구가 위치되는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 21 항에 있어서,

상기 커버 플레이트가 펄스폭 조정을 이용하여 피봇 가능하게 조절될 수 있는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 2 항에 있어서,

상기 샤프트에 인접하여 위치되는 상기 선택적으로 회전 가능한 부재의 일부는 와전류를 감소시키기 위한 차단 피쳐(feature)를 포함하는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 21 항에 있어서,

상기 하우징의 일부는 와전류를 감소시키기 위한 차단 피쳐를 포함하는,

비스코스 클러치 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 채널 및 상기 제1 개구를 연결하기 위하여 상기 로터의 후방부 내에 형성되는 홈을 추가로 포함하고,

상기 홈은 보다 넓은 내부 지름부로부터 보다 좁은 외부 지름부까지 방사상으로 테이퍼지는(tapered),

비스코스 클러치 어셈블리.