KR101558121B1 - 토크 리미터를 갖춘 아이솔레이터 디커플러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아이솔레이터 디커플러에 관한 것으로서, 아이솔레이터 디커플러는, 샤프트(1)에 저널 결합되는 풀리(5), 상기 풀리와 결합되는 단부(61)를 갖고 풀림 방향으로 로딩될 수 있는 토션 스프링(6), 일방향 클러치 캐리어(8), 샤프트(1)와 일방향 클러치 캐리어(8) 사이에 배치되는 일방향 클러치(14), 일방향 클러치 캐리어(8)의 내부면(81)과 결합될 수 있고 토션 스프링(6)에 커플링되는 랩 스프링(7)을 포함하고, 상기 랩 스프링(7)은 마찰에 의해 구동 방향으로 내부면(81)과 로킹가능하게 결합될 수 있도록 풀림 방향으로 로딩 가능하다.

Description

토크 리미터를 갖춘 아이솔레이터 디커플러{ISOLATOR DECOUPLER WITH TORQUE LIMITER}
본 발명은 일방향 클러치 캐리어의 내부면과 결합될 수 있는 랩 스프링(wrap spring)을 갖는 아이솔레이터 디커플러에 관한 것으로서, 랩 스프링은 랩 스프링이 마찰에 의해 구동 방향에서 내부면과 로킹가능하게 결합될 수 있도록 풀림 방향으로 로딩될 수 있다.
승용차 용례에 사용되는 디젤 엔진은 연비가 보다 우수하다는 이점 때문에 증가하고 있다. 또한, 가솔린 엔진은 연료 효율을 개선하도록 압축비를 증가시키고 있다. 그 결과, 디젤 및 가솔린 엔진 부속품 구동 시스템은 전술한 엔진 변화로 인해 크랭크샤프트로부터의 더 큰 크기의 진동을 극복해야 한다.
증가된 크랭크샤프트의 진동 뿐만 아니라 높은 가속비/감속비 및 높은 교류 발전기 관성으로 인해, 엔진 부속품 구동 시스템은 흔히 벨트 슬립으로 인한 벨트의 찍찍거리는 노이즈를 경험한다. 이는 또한 벨트 작동 수명을 감소시킨다.
크랭크샤프트 아이솔레이터/디커플러 및 교류 발전기 디커플러/아이솔레이터는 엔진 작동 속도 범위에서 진동을 필터링하도록 높은 각 진동을 갖는 엔진에 널리 사용되어 왔다. 그러나, 크랭크샤프트 아이솔레이터가 엔진 주행 속도 범위에서 매우 양호하게 기능할 수 있지만, 아이솔레이터 자체의 고유 주파수로 인해 엔진 시동 또는 중단 중에 여전히 문제가 나타난다.
당분야의 대표적인 예는 출력 부재, 일방향 클러치, 스프링 및 스프링 리미터를 갖는 디커플러를 개시하고 있는 미국 특허 제8,047,920호이다. 스프링은 일방향 클러치의 출력부와 출력 부재 사이에 배치되어 출력부를 출력 부재에 대해 소정의 회전 방향으로 편향시킨다. 스프링 리미터는 일방향 클러치의 출력부를 출력 부재에 로킹시켜 소정의 지점을 넘어서 스프링을 압박하는 일 없이 일방향 클러치와 출력 부재 간에 회전력을 전달하도록 및/또는 소정의 회전 방향에서 출력 부재에 대해 출력부 및 스프링의 관련 단부의 회전 운동을 제한하도록 구성될 수 있다. 디커플러를 작동하는 방법이 또한 제공되어 있다.
일방향 클러치 캐리어의 내부면과 결합될 수 있는 랩 스프링을 갖는 아이솔레이터 디커플러가 요구되는데, 랩 스프링이 토션 스프링에 커플링되고, 랩 스프링은 랩 스프링이 마찰에 의해 구동 방향에서 내부면과 로킹가능하게 결합될 수 있도록 풀림 방향으로 로딩될 수 있다.
본 발명은 상술된 요구를 만족시킨다.
본 발명의 주 양태는, 일방향 클러치 캐리어의 내부면과 결합될 수 있는 랩 스프링을 갖는 아이솔레이터 디커플러이고, 랩 스프링은 토션 스프링에 커플링되고, 랩 스프링은 랩 스프링이 마찰에 의해 구동 방향에서 내부면과 로킹가능하게 결합될 수 있도록 풀림 방향으로 로딩가능하다.
본 발명의 다른 양태는 기재되어 있거나 본 발명의 아래의 설명 및 첨부 도면에 의해 명백해질 것이다.
본 발명은, 샤프트에 저널 결합되는 풀리, 풀리와 결합되는 단부를 갖고 풀림 방향으로 로딩될 수 있는 토션 스프링, 일방향 클러치 캐리어, 샤프트와 일방향 클러치 캐리어 사이에 배치되는 일방향 클러치, 일방향 클러치 캐리어의 내부면과 결합될 수 있고 토션 스프링에 커플링되는 랩 스프링을 포함하고, 랩 스프링은 마찰에 의해 구동 방향으로 내부면과 로킹가능하게 결합될 수 있도록 풀림 방향으로 로딩될 수 있는 것인 아이솔레이터 디커플러를 포함한다.
도 1은 본 발명의 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 분해도이다.
도 3은 도 1의 단면 상세도이다.
도 4는 본 발명의 장치의 변형예의 단면도이다.
도 5는 도 4의 장치의 분해도이다.
도 6은 도 4의 단면 사시 상세도이다.
도 7은 도 4의 사시 단면 상세도이다.
도 8은 도 4의 사시 단면 상세도이다.
본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 발명은 교류 발전기 튜닝 장치, 특히 격리를 위한 토션 스프링 및/또는 디커플링을 위한 일방향 클러치를 갖는 교류 발전기 격리 풀리에 관한 것이다. 스프링 및 일방향 클러치의 물리적 크기를 최소화하기 위하여, 스프링 및/또는 일방향 클러치로 전달될 소정의 양을 초과하는 토크를 방지하는 과부하 특징부를 갖는 것이 유리하다. 스프링 또는 일방향 클러치 중 어느 한쪽에 인가되는 과도한 토크는 어느 한쪽 구성요소를 고장나게 할 수 있다. 특정한 토크가 초과될 때에 2개의 로킹된 요소들의 디커플링을 허용하는 슬립 특징부가 요구된다.
교류 발전기의 정격 피크 토크는 엔진을 시동할 때에 관찰되는 피크 토크보다 낮은 것으로 알려져 있다. 예컨대, 통상적인 자동차 교류 발전기는 엔진 시동 중에 12 Nm의 정격 피크 토크, 0.0030 kg·m2, 및 8,400 rad/s2의 교류 발전기에서의 가속비를 갖게 된다. 엔진 시동시에 수학식 1을 이용하면, 장치는 25.2 Nm의 토크를 처리할 수 있지만, 다른 모든 작동 상태 중에 그러한 높은 토크를 보지 못한다.
[수학식 1]
T = Iα
T = 토크
I = 교류 발전기 관성
α = 가속비
시동 토크를 처리할 수 있는 스프링 및 일방향 클러치를 이용하는 필요성을 방지하기 위하여, 제안된 장치는 정격 피크 토크 후에 디커플링되는 랩 스프링을 이용한다.
도 1은 본 발명의 장치의 단면도이다. 풀리(5)는 장치를 구동시키도록 구동 벨트와 결합된다. 벨트(도시 생략)는 다중 리브 치형 또는 평탄형을 비롯하여 당업계에 공지된 임의의 프로파일을 포함할 수 있다. 도 1에서 풀리에 대해 도시된 프로파일(51)은 다중 리브형 벨트를 위한 것이다.
풀리(5)는 니들 베어링(4)에 의해 샤프트(1)에 저널 결합된다. 니들 베어링(4)은 샤프트(1)와 풀리(5) 간에 상대적인 회전 운동을 허용하는 동시에, 또한 반경 방향 부하를 샤프트(1)에 전달한다. 반경 방향 부하는 구동 벨트 상의 예부하 또는 텐션과 상관한다. 샤프트(1)는 또한 장치를 교류 발전기 등의 종동 부속품에 연결시키도록 사용된다.
동력은 벨트로부터 풀리(5)로 유동한 다음에, 토션 스프링(6)의 일단부(61)로 흐른다. 토션 스프링(6)은 진동을 감쇠하고 장치의 비틀림 진동 격리 기능을 제공한다. 토션 스프링(6)의 타단부(62)는 스프링 캐리어(9)에 연결된다. 스프링 캐리어(9)는 랩 스프링(7)에 커플링된다. 랩 스프링(7)은 랩 스프링 단부(71)에서 스프링 캐리어(9)와 결합된다. 스프링 캐리어(9)는 수용부(91) 내에 단부(71)를 수용한다. 랩 스프링(7)은 클러치 캐리어(8)의 내부면(81)과 접촉하는 데에 이용 가능한 표면을 최적화시키도록 정사각형 또는 직사각형 단면을 갖는다. 랩 스프링(7)은 일방향 클러치 캐리어의 폭(W) 내에 수용된다.
동력을 전달하기 위하여, 랩 스프링(7)은 작동 중에 반경 방향으로 팽창하게 하는 풀림 방향으로 로딩된다. 이는 랩 스프링이 클러치 캐리어(8)의 내부면(81)과 마찰식으로 결합되게 한다. 마찰 결합은 동력을 효율적으로 전달하도록 랩 스프링과 클러치 캐리어를 로킹시킨다.
스러스트 와셔(2)가 돌기(17)의 양면과 결합된다. 돌기(17)는 샤프트(1)로부터 반경 방향으로 연장된다. 스러스트 와셔(2)는 풀리(5)를 샤프트(1)를 따라 축방향으로 배치한다.
도 2는 도 1의 장치의 분해도이다. 랩 스프링(7)은 클러치 캐리어(8)에 대해 디커플링되거나 슬리핑되어 토션 스프링(6)의 과응력을 방지함으로써, 일방향 클러치(14)의 과부하를 피할 수 있다. 작동시에, 랩 스프링(7)은 풀리(5)가 부하(또는 구동) 위치로부터 소정의 각도로 소정 각도 변위된 후에 클러치 캐리어(8)의 내부면으로부터 디커플링하기 시작한다. 이 소정의 각도는 토션 스프링(6)의 토크가 토션 스프링(6) 또는 일방향 클러치(14)가 손상될 수 있는 지점을 초과하지 않도록 선택된다. 이 실시예에서 장치를 위한 소정의 각도는 58도이지만, 이 숫자는 제한하지 않고 특정한 용례에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 장치에서, 랩 스프링(7)은 풀리 또는 샤프트와 접촉하지 않는다. 랩 스프링(7)은 일방향 클러치 캐리어(8)의 폭(W) 내에 수용된다.
도 3은 도 1의 단면 상세도이다. 랩 스프링(7)이 디커플링 또는 슬리핑하게 하도록, 풀리(5) 상의 정지부(501)가 랩 스프링(7) 상의 탱(tang)과 접촉함으로써, 랩 스프링(7)이 권취되게 하고 이에 의해 클러치 캐리어(8)의 내부면(81)으로부터 멀어지게 반경 방향 내측을 향해 수축되게 한다. 클러치 캐리어(8)로부터 멀어지는 랩 스프링(7)의 반경 방향 내향 이동은 상대적인 슬립이 랩 스프링과 클러치 캐리어 사이에 발생하기 전에 랩 스프링(7)의 마찰 결합을 통해 클러치 캐리어(8)로 전달될 수 있는 토크의 양을 감소시킨다.
클러치 캐리어(8)는 토크를 랩 스프링(7)으로부터 일방향 클러치(14)로 전달한다. 일방향 클러치(14)는 샤프트(1)가 풀리(5)를 오버런시키도록 샤프트(1)의 속도가 풀리(5)의 속도보다 클 때에 샤프트(1)가 디커플러로부터 디커플링되게 할 수 있다.
부싱(12)은 클러치 캐리어(8) 내측에 배치되어 스프링 캐리어(9)와 클러치 캐리어(8) 사이에 상대적인 운동을 허용한다. 스러스트 와셔(13)는 클러치 캐리어(8)와 전방 커버(10) 사이에 상대적인 운동을 허용하는데, 전방 커버는 풀리(5)에 견고하게 고정된다. 캡(11)은 부스러기가 진입하는 것을 방지함으로써 장치를 환경으로부터 보호한다. 풀리(5)를 샤프트(1)에 대해 축방향으로 위치 설정하는 동시에, 2개의 구성요소들 간에 상대적인 회전 운동을 허용하는 2개의 스러스트 와셔(2)가 존재한다. 후방 커버(3)가 풀리(5)에 고정되어 양쪽 스러스트 와셔가 풀리(5)와 샤프트(1) 사이에 수용되게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 장치의 변형예의 단면도이다. 이 변형예에서, 풀리(5)는 니들 베어링(4) 외에 볼 베어링(15)에 의해 샤프트(1)에 저널 결합된다.
도 5는 도 4의 장치의 분해도이다. 도 6은 도 4의 단면 사시 상세도이다.
이 실시예에서, 토션 스프링 단부(62)는 풀리(5)와 결합되고 단부(61)는 스프링 캐리어(9)와 결합된다. 단부(61)는 부분(91)에서 스프링 캐리어와 결합된다. 랩 스프링(7)이 스프링 캐리어(9)와 클러치 캐리어(8) 사이에 결합된다. 유지용 링(16)은 스프링 캐리어(9)가 토크를 랩 스프링(7)에 전달하게 할 수 있다. 스프링 캐리어(9)로부터의 토크는 유지용 링(16) 상의 3개의 키(162)를 통해 유지용 링(16)에 전달된다. 이어서, 유지용 링(16)으로부터의 토크는 유지용 링(16)의 돌출부(161)로 전달되고, 돌출부는 랩 스프링(7)의 단부(71)와 결합됨으로써, 랩 스프링(7)이 작동시에 로딩된다(도 7 참조).
부싱(12)은 스프링 캐리어(9)가 클러치 캐리어(8)와 슬라이딩식으로 결합되게 한다. 부싱(12)은 클러치 캐리어(8)가 샤프트(1)와 슬라이딩식으로 결합되게 한다.
작동시에, 풀리(5)에 인가된 토크는 부하를 토션 스프링(6)에 풀림 방향으로 인가한다. 이 토크는 이에 따라 스프링 캐리어(9)로 전달되고, 이는 다시 단부(71)에서의 접촉을 통해 풀림 방향으로 부하를 랩 스프링(7)에 인가한다. 토크 스프링(6)이 "풀리는(unwind)" 양은 인가된 토크와 상관한다. 토션 스프링(6)에 인가된 토크의 차이는 샤프트의 주어진 위치에 앞서 풀리(5)가 슬라이딩식으로 회전하게 한다.
랩 스프링(7)을 풀림 방향으로 로딩시키면 랩 스프링(7)이 반경 방향으로 팽창된다. 반경 방향 팽창은 랩 스프링(7)이 클러치 캐리어(8)의 내부면(81)과 마찰식으로 결합되게 한다. 마찰 결합은 랩 스프링(7)을 클러치 캐리어 내부면(81)에 "로킹(lock)"시키고 이는 소정의 토크 한계까지 클러치 캐리어(8)에 대한 토크의 전달을 허용한다. 일방향 클러치(14)는 또한 이에 의해 튜닝 샤프트(1)와 결합된다.
랩 스프링(7)이 디커플링 또는 슬립핑하게 하도록, 풀리(5)는 토크 증가의 영향 하에 회전식으로 전진함으로써, 소정의 과도한 토크의 입력시에 정지부(501)가 풀리(5)로부터 랩 스프링(7) 상의 접촉 탱(701)으로 내측을 향해 돌출하게 한다. 정상 작동 중에, 정지부(501)는 단부(701)와 접촉하지 않는다. 풀리(5)의 추가 이동은 랩 스프링(7)이 부분적으로 권취되게 함으로써, 클러치 캐리어 내부면(81)으로부터 멀어지게 반경 방향 내측을 향해 수축시킨다. 클러치 캐리어 내부면(81)으로부터 멀어지는 랩 스프링(7)의 반경 방향 내향 이동은 수직력을 감소시키고, 이에 의해 랩 스프링(7)과 클러치 캐리어(8) 사이에 상대적인 슬립이 일어나기 전에 랩 스프링97)을 통해 클러치 캐리어(8)로 전달될 수 있는 마찰 토크를 감소시킨다. 이 특징은 오버토크 작동 조건 중에 장치에 대한 손상을 방지한다.
도 7은 도 4의 사시 단면 상세도이다.
도 8은 도 4의 사시 단면 상세도이다.
본 발명의 형태를 여기에서 설명하였지만, 본 명세서에서 설명되는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 부품들의 구성 및 관계에 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
1 : 샤프트 2 : 스러스트 와셔
3 : 후방 커버 4 : 니들 베어링
5 : 풀 6 : 토션 스프링
7 : 랩 스프링 8 : 일방향 클러치 캐리어
9 : 스프링 캐리어 10 : 전방 커버

Claims (11)

  1. 아이솔레이터 디커플러로서,
    샤프트(1)에 저널 결합되는 풀리(5)와,
    상기 풀리와 결합되는 단부(61)를 가지며 풀림 방향으로 로딩될 수 있는 토션 스프링(6)과,
    일방향 클러치 캐리어(8)와,
    상기 샤프트와 일방향 클러치 캐리어 사이에 배치되는 일방향 클러치(14)와,
    상기 일방향 클러치 캐리어의 내부면(81)과 결합될 수 있으며 상기 토션 스프링에 커플링되는 랩 스프링(7)을 포함하며,
    상기 랩 스프링은 마찰에 의해 구동 방향으로 상기 내부면에 로킹가능하게 결합될 수 있도록 상기 풀림 방향으로 로딩될 수 있는 것인 아이솔레이터 디커플러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 토션 스프링과 랩 스프링 사이에 결합되는 스프링 캐리어(9)를 더 포함하는 아이솔레이터 디커플러.
  3. 제1항에 있어서, 상기 풀리는 정지부(51)를 포함하며, 상기 정지부는 소정의 토크의 입력시 랩 스프링을 상기 내부면으로부터 분리시키도록 랩 스프링과 결합될 수 있는 것인 아이솔레이터 디커플러.
  4. 제1항에 있어서, 상기 풀리는 니들 베어링(4) 상에서 상기 샤프트에 저널 결합되는 것인 아이솔레이터 디커플러.
  5. 제4항에 있어서, 상기 풀리는 또한 볼 베어링 상에서 상기 샤프트에 저널 결합되는 것인 아이솔레이터 디커플러.
  6. 아이솔레이터 디커플러로서,
    샤프트(1)에 저널 결합되는 풀리(5)와,
    상기 풀리와 결합되는 단부(61)를 가지며 풀림 방향으로 로딩될 수 있는 토션 스프링(6)과,
    일방향 클러치 캐리어(8)와,
    상기 샤프트와 일방향 클러치 캐리어 사이에 배치되는 일방향 클러치(14)와,
    상기 일방향 클러치 캐리어의 내부면과 결합될 수 있으며 상기 토션 스프링에 커플링되는 랩 스프링(7)을 포함하고,
    상기 랩 스프링은 또한 일방향 클러치 캐리어의 폭(W) 내에 수용되며,
    상기 랩 스프링은 마찰에 의해 구동 방향으로 상기 내부면에 로킹가능하게 결합될 수 있도록 상기 풀림 방향으로 로딩될 수 있는 것인 아이솔레이터 디커플러.
  7. 제6항에 있어서, 상기 토션 스프링과 랩 스프링 사이에 결합되는 스프링 캐리어를 더 포함하는 아이솔레이터 디커플러.
  8. 제6항에 있어서, 상기 풀리는 정지부를 포함하며, 상기 정지부는 소정의 토크의 입력시 랩 스프링을 상기 내부면으로부터 분리시키도록 랩 스프링과 결합될 수 있는 것인 아이솔레이터 디커플러.
  9. 제6항에 있어서, 상기 풀리는 니들 베어링 상에서 상기 샤프트에 저널 결합되는 것인 아이솔레이터 디커플러.
  10. 제9항에 있어서, 상기 풀리는 또한 볼 베어링 상에서 상기 샤프트에 저널 결합되는 것인 아이솔레이터 디커플러.
  11. 아이솔레이터 디커플러로서,
    니들 베어링(4)과 볼 베어링(15)을 통해 샤프트(1)에 저널 결합되는 풀리(5)와,
    상기 풀리와 결합되는 단부(61)를 가지며 구동 상태에서 풀림 방향으로 로딩될 수 있는 토션 스프링(6)과,
    일방향 클러치 캐리어(8)와,
    상기 샤프트와 일방향 클러치 캐리어 사이에 배치되는 일방향 클러치(14)와,
    상기 일방향 클러치 캐리어의 내부면(81)과 해제가능하게 결합될 수 있으며 상기 토션 스프링에 커플링되는 랩 스프링(7)을 포함하고,
    상기 랩 스프링은 또한 일방향 클러치 캐리어의 폭(W) 내에 수용되며,
    상기 랩 스프링은 구동 방향으로 상기 내부면에 결합되도록 상기 풀림 방향으로 로딩될 수 있는 것인 아이솔레이터 디커플러.
KR1020147027536A 2012-03-08 2013-02-28 토크 리미터를 갖춘 아이솔레이터 디커플러 KR101558121B1 (ko)

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