KR101407257B1 - 형상기억합금을 이용한 커플링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 형상기억합금으로 형성되며, 몸체에 열이 가해지되, 상기 열에 의한 온도 변화에 따라 팽창 또는 수축되는 제1축; 및 상기 제1축과 끼워지며, 상기 제1축의 팽창시 제1축과 압박 상태로 면접촉되어 연결되고, 상기 제1축의 수축시 제1축과 이격되어 연결이 해제되는 제2축;을 포함하여 구성되는 형상기억합금을 이용한 커플링장치가 소개된다.

Description

형상기억합금을 이용한 커플링장치{COUPLING MANUFACTURING BY USING SHAPE MEMORY ALLOY}

본 발명은 커플링장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도 변화에 의한 형상기억합금의 형상 변화를 이용하여 동력 전달에 필요한 구조를 간소화 및 경량화되도록 한 형상기억합금을 이용한 커플링장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자식 커플링은 차량의 리어액슬과 트랜스퍼 사이에 위치하며, 4륜 구동 차량 엔진의 구동 토크를 전자제어부(ECU:Electronic Control Unit)에 의해 전륜과 후륜으로 최적의 동력을 분배하는 장치이다.

상기 전자식 커플링은 도 1에 도시된 바와 같이, 전자기 코일(1)과, 클러치하우징(2)과, 금속제의 제1클러치(3)와, 아마추어(4) 및 제2클러치(5)로 구성될 수 있다.

즉, 코일(1)에 전류를 가하면, 코일(1)에서 클러치하우징(2)과 제1클러치(3)를 관통하는 자장이 형성됨으로써, 금속의 아마추어(4)가 이 자장에 의해 당겨지면서 제1클러치(3)의 클러치판이 눌려지게 된다. 이같은 동작에 의해 제1클러치(3)에 토크가 생기게 되면서 스틸볼에 의한 캠 시스템에 의해 제2클러치(5)가 붙도록 만들게 된다. 여기서, 상기 자기장이 제1클러치(3)를 통과하여 아마추어(4)를 당겨야 함으로써, 제1클러치(3)는 자기장이 투과할 수 있는 금속제로 제조되어야 한다.

그러나, 상기한 종래의 전자식 커플링은 마그네틱 코일과, 아마추어 및 복수 이상의 클러치와 함께 여러 기계장치를 포함하여 구성됨으로써, 그 크기와 중량이 커플링장치의 단순 동력 온/오프 기능에 대비하여 과다한 문제가 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 온도 변화에 의한 형상기억합금의 형상 변화를 이용하여 동력 전달에 필요한 구조를 간소화 및 경량화되도록 한 형상기억합금을 이용한 커플링장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 형상기억합금으로 형성되며, 몸체에 열이 가해지되, 상기 열에 의한 온도 변화에 따라 팽창 또는 수축되는 제1축; 및 상기 제1축과 끼워지며, 상기 제1축의 팽창시 제1축과 압박 상태로 면접촉되어 연결되고, 상기 제1축의 수축시 제1축과 이격되어 연결이 해제되는 제2축;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제1축에 가열수단 및 냉각수단이 각각 마련되어, 상기 가열수단의 작동시 제1축의 온도가 상승하면서 제1축의 부피가 팽창되며, 상기 냉각수단의 작동시 제1축의 온도가 하강하면서 제1축의 부피가 축소될 수 있다.

상기 가열수단은 열선으로서, 제1축에 내장 설치되며; 상기 냉각수단은 냉매가 통과하는 통로로서, 제1축에 내장 설치될 수 있다.

상기 제1축의 단부 중심에 연결홈이 형성되며; 상기 제2축의 단부가 상기 연결홈 내부에 삽입되고; 일정온도 이하에서 상기 연결홈의 내경이 제2축의 외경보다 크도록 형성되어, 제2축이 연결홈 내주면과 이격된 상태로 구비될 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 형상기억합금으로 형성된 제1축의 형상 및 크기가 가열수단 또는 냉각수단을 통해 가변되도록 구성함으로써, 제1축과 제2축을 연결 및 연결 해제시키기 위한 커플링장치의 구조를 크게 간소화시키는 것은 물론, 경량화를 실현하게 된 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 전자식 커플링의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 커플링장치의 개략 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2를 통해 도시된 본 발명의 형상기억합금을 이용한 커플링장치는, 형상기억합금으로 형성되며, 몸체에 열이 가해지되, 상기 열에 의한 온도 변화에 따라 팽창 또는 수축되는 제1축(10); 및, 상기 제1축(10)과 끼워지며, 상기 제1축(10)의 팽창시 제1축(10)과 압박 상태로 면접촉되어 연결되고, 상기 제1축(10)의 수축시 제1축(10)과 이격되어 연결이 해제되는 제2축(20);을 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 제1축(10)은 전단이 트랜스퍼의 후방에 설치되어 추진축과 연결된 것으로, 구동계에서 발생된 동력이 상기 트랜스퍼를 거쳐 제1축(10)에 전달되는바, 상기 제1축(10)이 회전된다. 이러한, 상기 제1축(10)은 형상기억합금으로 제조되어, 열에 의해 팽창되거나 또는 수축된다. 즉, 상기 제1축(10)에 고온의 열이 가해지게 되면 팽창하여 부피가 커지게 되고, 비교적 저온인 상온의 열이 가해지면 수축되어 부피가 작아지게 된다.

여기서, 상기 형상기억합금은 온도 변화에 따라 변화된 형상이 원래의 모양으로 복원 및 변형되는 합금금속으로, 가열시 빠른 반응속도로 팽창하고, 냉각시 수축되도록 구성한다.

제2축(20)은 후단이 리어액슬 측에 연결된 것으로, 상기 제1축(10)에 삽입됨으로써, 제1축(10)의 팽창 또는 수축시 제1축(10)과 연결되거나 또는 연결 해제된다. 즉, 상기 제1축(10)에 팽창하게 되면, 제1축(10)과 압박 상태로 면접촉되면서 제1축(10)과 제2축(20) 사이의 슬립량이 작아지게 되며, 상기 제1축(10)이 수축되면 제1축(10)과 제2축(20) 사이의 틈이 벌어지게 되면서, 슬립량이 커지게 된다.

즉, 상기 제1축(10)에 열을 가하게 되면, 오스테나이트 변태지점까지 제1축(10)의 온도가 상승하게 되면서, 빠른 반응속도(1/100초)로 팽창하여 억지끼움의 형상으로 제2축(20)과 연결되고, 상기 제1축(10)을 냉각시켜 상온상태를 유지하게 되면, 마르텐자이트 형상을 유지하면서 제2축(20)과의 사이에 유격이 커지게 되는바 상기 제2축(20)과의 연결이 해제되는 것이다.

따라서, 상기한 형상기억합금의 변형성질을 이용하여 구동계로부터 입력되는 동력을 온/오프시키거나 분배 제어할 수 있게 된다.

한편, 상기 제1축(10)에 가열수단(14) 및 냉각수단(16)이 각각 마련되어, 상기 가열수단(14)의 작동시 제1축(10)의 온도가 상승하면서 제1축(10)의 부피가 팽창되며, 상기 냉각수단(16)의 작동시 제1축(10)의 온도가 하강하면서 제1축(10)의 부피가 축소될 수 있다.

구체적으로, 상기 가열수단(14)은 열선으로서, 제1축(10)에 내장 설치되며, 상기 냉각수단(16)은 냉매가 통과하는 통로로서, 제1축(10)에 내장 설치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 열선이 제1축(10)의 둘레에 설치되어 제1축(10)을 가열할 수 있으며, 상기 통로는 상기 열선의 둘레에 설치되어 제1축(10)을 냉각시킬 수 있게 된다. 이때, 상기 냉각수단(16)에 사용되는 냉매는 공기를 이용한 공냉식이 적합하나, 이 외에도 유냉 및 수냉의 방식이 적용될 수도 있을 것이다.

아울러, 상기 제1축(10)의 단부 중심에 연결홈(12)이 형성되며, 상기 제2축(20)의 단부가 상기 연결홈(12) 내부에 삽입되고, 일정온도 이하에서 상기 연결홈(12)의 내경이 제2축(20)의 외경보다 크게 형성되어, 제2축(20)이 연결홈(12) 내주면과 이격된 상태로 구비될 수 있다.

여기서, 상기 제2축(20)의 단부가 제1축(10)에 형성된 연결홈(12) 내부에 끼워지는 구조로 설명 및 도시하였으나, 상기 제2축(20)의 단부에 홈을 형성하여 상기 홈 내부에 제1축(10)이 끼워지는 구조로 형성될 수도 있을 것이다. 또한, 상기 제1축(10) 대신에 제2축(20)이 형상기억합금으로 형성될 수도 있을 것이다.

그리고, 상기 일정온도는 상온이거나 상온과 근접한 저온의 온도로 설정될 수 있을 것이다.

이와 같이, 본 발명은 가열수단(14)에 의해 상기 제1축(10)에 열을 가하게 되면, 상기 제1축(10)의 온도가 빠르게 상승하게 되면서, 제1축(10)의 부피가 팽창하게 되는바, 제1축(10)에 형성된 연결홈(12)의 내주면과 제2축(20)의 외주면의 슬립량이 작아지게 되면서, 구동계에서 전달되는 동력이 후륜측으로 적절하게 분배되어 전달이 이루이게 된다.

반면, 냉각수단(16)에 의해 상기 제1축(10)을 냉각시키게 되면, 상기 제1축(10)의 온도가 하강하게 되면서, 제1축(10)의 부피가 다시 축소되는바, 제1축(10)에 형성된 연결홈(12)의 내주면과 제2축(20)의 외주면의 간격이 벌어지게 되어 슬립량이 커지게 되면서, 구동계에서 전달되는 동력이 후륜측으로 전달되지 않게 되거나, 동력 전달량을 크게 감소시키게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 제1축 12 : 연결홈
14 : 가열수단 16 : 냉각수단
20 : 제2축

Claims (4)

1. 전단이 트랜스퍼의 후방에 설치되어 추진축과 연결되고, 구동계에서 발생된 동력을 상기 트랜스퍼를 거쳐 전달받으며, 형상기억합금으로 형성되고, 몸체에 열이 가해지되, 상기 열에 의한 온도 변화에 따라 팽창 또는 수축되는 제1축(10); 및
   후단이 리어액슬 측에 연결되고, 상기 제1축(10)과 끼워지며, 상기 제1축(10)의 팽창시 제1축(10)과 압박 상태로 면접촉되어 연결되고, 상기 제1축(10)의 수축시 제1축(10)과 이격되어 연결이 해제되는 제2축(20);을 포함하며,
   상기 제1축(10)에 가열수단(14) 및 냉각수단(16)이 각각 마련되어, 상기 가열수단(14)의 작동시 제1축(10)의 온도가 상승하면서 제1축(10)의 부피가 팽창되고, 상기 냉각수단(16)의 작동시 제1축(10)의 온도가 하강하면서 제1축(10)의 부피가 축소됨으로써 구동계로부터 입력되는 동력을 온/오프시키거나 분배 제어하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 커플링장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가열수단(14)은 열선으로서, 제1축(10)에 내장 설치되며;
   상기 냉각수단(16)은 냉매가 통과하는 통로로서, 제1축(10)에 내장 설치되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 커플링장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1축(10)의 단부 중심에 연결홈(12)이 형성되며;
   상기 제2축(20)의 단부가 상기 연결홈(12) 내부에 삽입되고;
   일정온도 이하에서 상기 연결홈(12)의 내경이 제2축(20)의 외경보다 크도록 형성되어, 제2축(20)이 연결홈(12) 내주면과 이격된 상태로 구비되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 커플링장치.

Images