KR101595214B1

KR101595214B1 - 최소 출력 속도를 갖는 비스코스 클러치

Info

Publication number: KR101595214B1
Application number: KR1020157025994A
Authority: KR
Inventors: 데릭 사벨라; 스콧 밀러
Original assignee: 호르톤 인코포레이티드
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2016-02-17
Also published as: JP6200060B2; CA2901249A1; CN105190072B; EP2971832B1; JP2016510865A; BR112015020224A2; MX360331B; US9506507B2; WO2014158397A1; CA2901249C; EP2971832A1; MX2015010901A; AU2014242253A1; EP2971832A4; AU2014242253B2; KR20150119435A; US20160003310A1; CN105190072A

Abstract

비스코스 클러치(30)는 회전자(36), 하우징 부재(38), 상기 하우징 부재와 상기 회전자 사이에 있는 작동 챔버(50), 상기 회전자와 함께 회전하도록 구성된 비스코스 액체를 저장하는 리저버(48), 상기 작동 챔버와 상기 리저버 사이의 액체 전달인 리턴 보어(64), 상기 리저버로 부터 상기 작동 챔버까지 의 제1통로(66), 상기 리저버로부터 상기 작동 챔버 까지의 제2통로(82) 및 밸브(40)를 포함한다. 상기 제2통로는 상기 제1통로와 일정한 간격이 있고 상기 회전자를 통해 반지름 방향으로 실질적으로 확장할 수 있다. 상기 밸브는 제1통로를 통해 상기 비스코스 액체의 흐름을 선택적으로 조절하도록 구성되고, 상기 제2통로는 상기 비스코스 액체가 상기 리저버에서 상기 작동 챔버로 밸브의 동작 상태와 관계없이 흐를 수 있도록 가로막는 것이 없다. 비스코스 액체는 상기 회전자와 상기 하우징 부재를 회전 가능하도록 연결하는 상기 작동 챔버 내부에 존재한다.

Description

최소 출력 속도를 갖는 비스코스 클러치{VISCOUS CLUTCH WITH MINIMUM OUTPUT SPEED}

본 발명은 일반적으로 클러치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비스코스 클러치에 관한 것이다.

비스코스 클러치는 다른 용도 중에서 다양한 자동차 팬 구동 장치에 사용된다. 이들 클러치는 일반적으로 두 개의 회전하는 구성들 사이의 선택적인 토크 전송을 위해 상대적으로 두꺼운 실리콘 오일(일반적으로 시어 액체(shear fluid) 또는 비스코스 액체라 불림)을 채용한다. 입력과 출력 부재 사이(예를 들면, 입력 회전자와 출력 하우징 사이)에 위치한 클러치의 동작 영역 외부 또는 내부에 오일을 선택적으로 주입함으로써 클러치를 결합시키거나(engage) 해제하는(disengage) 것이 가능하다. 밸브는 입력과 출력 사이의 동작 영역 내에 있는 오일의 흐름을 제어하는데 이용된다. 오프 상태로부터 클러치의 빠른 결합을 허용하기 위한 오일에 이용 가능한 운동 에너지를 유지하기 위해, 클러치가 해제된 동안 클러치의 회전 입력부(rotating input portion)에 오일이 저장되는 것을 허용하는 새로운 클러치 디자인이 채용되어 왔다. 이것은 또한 밸브가 오일이 동작영역으로 흐르지 않도록 막는 동안에 클러치가 매우 낮은 출력 속도(예를 들면, 팬 속도)를 가지게 한다. 클러치가 전기적으로 제어되는 것 또한 일반적인 것이 되었다. 이는 클러치의 제어 성능을 높이고, 클러치가 차량의 다양한 냉각 요구(cooling needs)에 응답하게 하기 위해 수행되었다. 가능한 냉각 요구 중 일부는 냉각수 온도, 흡입 공기 온도, 공기 상태 압력 및 오일 온도이다.

그러나, 비스코스 클러치의 전기적 제어는 동작 파라미터에 응답하는 클러치를 제어하는 바람직한 제어 알고리즘을 개발하기 위한 많은 노력을 요구한다. 기본적인 클러치 형상이 동일하게 유지되더라도, 독립된 제어 알고리즘은 모든 장치에 필요할 수도 있다.

그러므로, 대안적인 비스코스 클러치를 제공하는 것이 바람직하다.

비스코스 클러치는 회전자, 하우징 부재, 상기 하우징 부재와 상기 회전자 사이에 있는 작동 챔버, 상기 회전자와 함께 회전하도록 구성된 비스코스 액체를 저장하는 리저버, 상기 작동 챔버와 상기 리저버 사이의 액체 전달인 리턴 보어, 상기 리저버로부터 상기 작동 챔버까지의 제1통로, 상기 리저버로부터 상기 작동 챔버까지의 제2통로 및 밸브를 포함한다. 상기 제2통로는 상기 제1통로와 일정한 간격이 있고 상기 회전자를 통해 반지름 방향으로 실질적으로 확장할 수 있다. 상기 밸브는 제1통로를 통해 비스코스 액체의 흐름을 선택적으로 조절하도록 구성되고, 상기 제2통로는 상기 비스코스 액체가 상기 리저버에서 상기 작동 챔버로 밸브의 동작 상태와 관계없이 흐를 수 있도록 장애물이 없다. 비스코스 액체는 상기 회전자와 상기 하우징 부재를 회전 가능하도록 연결하는 작동 챔버 내부에 존재한다.

이하는 본 발명의 가능한 실시예의 비배타적인 기술(non-exclusive descriptions)이다.

비스코스 클러치는 회전자(rotor); 하우징 부재(housing member); 상기 회전자와 상기 하우징 부재 사이에 있고, 비스코스 액체가 내부에 존재하며, 상기 회전자와 상기 하우징 부재를 회전 가능하도록 연결하는 작동 챔버(working chamber); 상기 비스코스 액체를 저장하고(hold), 상기 회전자와 함께 회전하도록 구성된 리저버(reservoir); 상기 비스코스 액체를 상기 작동 챔버에서 상기 리저버로 되돌리고(return), 상기 작동 챔버와 상기 리저버 사이의 액체 전달인 리턴 보어(Return Bore); 상기 리저버로부터 상기 작동 챔버까지의 제1통로; 상기 회전자를 통해 반지름 방향으로(radially) 실질적으로(substantially) 확장하고(extend), 상기 제1통로와 일정한 간격이 있으며(space), 상기 리저버로부터 상기 작동 챔버까지의 제2통로; 및 상기 제1통로를 통해 비스코스 액체의 흐름(flow)을 선택적으로 조절하도록 구성된 밸브를 포함하되, 상기 제2통로는 상기 비스코스 액체가 상기 리저버에서 상기 작동 챔버로 밸브의 동작 상태와 관계없이 흐를 수 있도록 장애물이 없다(unobstructed).

앞선 단락의 클러치는 추가적으로 및/또는 대안적으로 아래의 하나 이상의 특징들, 배열들 및/또는 추가적인 구성들을 포함할 수 있다.

상기 리저버는 상기 회전자에 직접 연결될 수 있다.

전자기 코일이 상기 밸브를 선택적으로 동작시키도록 구성되고, 제어기는 상기 밸브가 2진 온/오프 형식으로 동작할 수 있도록 상기 전자기 코일의 동작을 제어하도록 구성된다.

상기 제2통로는 상기 리저버로부터의 주입구(inlet)와 상기 작동 챔버 쪽의 배출구(outlet)를 규정하고(define), 상기 주입구는 상기 밸브의 반지름 방향으로 바깥 쪽에 있다.

상기 제2통로는 상기 리저버로부터의 주입구와 상기 작동 챔버 쪽의 배출구를 규정하고, 상기 주입구는 상기 리저버의 바깥 지름부(outer diameter portion)에 있다.

비스코스 클러치 작동 방법은 비스코스 클러치에 대응하는 토크 입력을 갖는 리저버를 회전시키는 단계; 비스코스 액체를 바이패스 보어를 통하여 상기 리저버로부터 작동 챔버에 지속적으로 전달하는 단계; 상기 비스코스 액체를 밸브 보어를 통하여 상기 리저버에서 상기 작동 챔버로 선택적으로 전달하도록 밸브를 동작시키는 단계; 및 상기 비스코스 액체를 상기 작동 챔버로부터 상기 리저버로 되돌리는 단계를 포함할 수 있다.

앞선 단락의 방법은 추가적으로 및/또는 대안적으로 아래의 하나 이상의 단계들, 배열들 및/또는 추가적인 특징들을 포함할 수 있다.

상기 비스코스 액체는 상기 작동 챔버로부터 상기 리저버에 지속적으로 되돌아올 수 있다.

상기 바이패스 보어는 상기 비스코스 액체를 상기 밸브 보어로부터 일정한 간격이 있는 상기 작동 챔버로 전달할 수 있다.

상기 바이패스 보어는 상기 비스코스 액체를 상기 작동 챔버의 바깥 지름부에 전달할 수 있다.

비스코스 클러치는 토크 입력을 받아들이도록 구성된 회전자; 하우징 부재;

상기 회전자와 상기 하우징 부재 사이에 있고. 비스코스 액체가 내부에 존재하며, 토크를 전달하기 위해 상기 회전자와 상기 하우징 부재를 회전 가능하도록 연결하는 작동 챔버; 적어도 상기 비스코스 액체의 일부를 저장하는 리저버; 상기 비스코스 액체를 상기 작동 챔버로 부터 상기 리저버로 되돌리고, 상기 작동 챔버와 상기 리저버 사이의 액체 전달인 리턴 보어; 상기 리저버로 부터 상기 작동 챔버 까지의 제1통로; 상기 리저버로 부터의 주입구와 상기 작동 챔버 쪽의 배출구를 규정하고, 상기 주입구는 상기 리저버의 바깥 지름부에 있고, 상기 주입구는 상기 제1통로로부터 일정한 간격이 있으며, 상기 리저버로 부터 상기 작동 챔버 까지의 제2통로; 및 상기 제1통로를 통하여 흐르는 상기 비스코스 액체 흐름을 선택적으로 조절하도록 구성된 밸브를 포함하되, 상기 제2통로는 상기 비스코스 액체가 상기 리저버에서 상기 작동 챔버로 밸브 조립체의 동작 상태와 관계없이 흐를 수 있도록 장애물이 없다.

앞선 단락의 클러치는 추가적으로 및/또는 대안적으로 아래의 하나 이상의 특징들, 배열들 및/또는 추가적인 구성들을 임의로 포함할 수 있다.

상기 리저버는 상기 회전자와 함께 회전하도록 구성될 수 있다.

상기 리저버는 상기 회전자에 직접 연결될 수 있다.

전자기 코일은 상기 밸브를 선택적으로 동작시키도록 구성되고, 제어기는 상기 밸브가 2진 온/오프 형식으로 동작할 수 있도록 상기 전자기 코일의 동작을 제어하도록 구성된다.

상기 제2통로는 상기 리저버로부터의 주입구와 상기 작동 챔버 쪽의 배출구를 규정하고, 상기 주입구는 상기 밸브의 반지름 방향으로 바깥쪽에 있다.

상기 배출구는 상기 회전자의 바깥 지름에 있다.

상기 제2통로는 상기 회전자를 통해 반지름 방향으로 실질적으로 확장한다.

본 발명의 전체 개시를 고려하면, 관련 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 선행 기술에 비하여 다수의 이점 및 장점을 제공하는 것을 이해할 것이다.

여기서 사용되는 예를 들면, "상당히", "필수적으로", "보통" 등과 같은 용어 또는 용어의 수준은 여기서 분명히 언급된 정의 또는 제한에 따라 설명되어야 하고, 해당되는 정의 또는 제한의 대상이다. 모든 예에서, 온도, 회전, 진동 동작 조건과 같은 것에 의하여 발생하는 보통의 제조 오차, 부수적인 정렬 오차, 정렬 또는 모양 변형을 포함하기 위해서, 여기서 사용된 관련 용어 또는 용어의 수준은 공개된 관련 실시예뿐만 아니라 관련 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 전체 공개를 통하여 이해할 수 있는 범위 또는 변형을 광범위하게 아우를 수 있도록 이해되어야 한다.

비록 본 발명이 우선의 실시예와 관련하여 설명되었지만, 관련 분야의 당업자는 발명의 범위와 정신을 벗어나 형식과 세부사항에서의 변형을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 추가적인 실시예들에서.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러치의 단면도 이다.
도 2는 클러치 일부의 단면 사시도(cross-sectional perspective view)이다.
도 3은 클러치 일부의 확대된 단면도이다.
상기 확인된 도면들은 본 명세서의 실시 예를 설명하나, 논의에서 언급되는 바와 같이, 다른 실시 예들 또한 고려된다. 모든 경우에 있어서, 본 명세서는 한정이 아닌 묘사의 형태로 발명을 나타낸다. 다양한 다른 실시예와 변경이 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 창안될 수도 있다. 도면들은 일정한 비율로 도시되지 않을 수 있고, 본 발명의 실시예 및 장치들은 도면에 구체적으로 도시되지 않은 특징 및 구성들을 포함할 수도 있다.

본 발명은 자동차 장치에서 팬 클러치로서 사용하기에 적합한 비스코치 클러치 조립체 및 사용 방법에 관한 것이다. 일반적으로 클러치(또는 구동 장치)는 리저버와 작동 챔버 사이에서 확장하는 바이패스 보어(또는 통로)와 밸브 보어(또는 통로)를 포함할 수 있다. 엔진으로부터 냉각 팬으로 토크를 전달하는 것과 같이, 입력과 출력 사이에서 토크를 전달하기 위한 비스코스 시어 커플링(viscous shear coupling)을 만들기 위해 비스코스(또는 시어) 액체가 작동 챔버로 유입될 수 있다. 리턴 보어는 비스코스 액체가 작동 챔버로부터 리저버로 흐를 수 있도록 리턴 경로(return path)를 제공할 수 있다. 클러치 입력과 출력 사이의 비스코스 결합을 항상 최소 역치로 유지하기 위해 바이패스 보어를 통하여 리저버에서 작동 챔버로 비스코스 액체가 지속적으로 통과할 수 있도록, 바이패스 보어는 모든 동작 상태 동안 열려있고 장애물이 없다. 클러치 입력과 출력 사이의 비스코스 결합을 상대적으로 최대로 증가시키기 위하여 추가적인 비스코스 액체를 작동 챔버에 선택적으로 유입시키도록, 밸브는 밸브 보어를 선택적으로 덮거나 덮지 않도록 배치될 수 있다. 본 발명의 하나의 장점은 냉각 요구, 엔진 속도 등과 같은 동작 파라미터에 클러치 출력을 매치시키기 위한 장치 특유의 제어 알고리즘(application-specific control algorithms)을 제공할 필요 없이, 다중-속도 동작을 허용하는 상대적으로 단순한 비스코스 클러치를 제공할 수 있다는 것이다. 이는 커스텀 변경(custom modification)의 필요없이 하나의 클러치 구성이 다양한 장치에 용이하게 사용될 수 있게 한다. 본 발명의 또 다른 장점은 (비-비스코스) 마찰 클러치에 일반적으로 필요한 공압 또는 유압 작동 시스템에 대한 요구에 관계없이 다중-속도 클러치 동작을 제공할 수 있다는 것이다.

도 1은 저널 브래킷(journal bracket)(또는 장착 샤프트(mounting shaft))(32), 도르래(34), 회전자(36), 2-파트 하우징(38), 밸브 조립체(40), 전자기 코일(42), 제1 베어링 세트(44), 제2 베어링 세트(46), 리저버(48), 작동 챔버(50) 및 출력 구조물(예를 들어, 팬)(54)을 포함하는 클러치(30)의 일 실시예의 단면도이다. 클러치(30)는 회전축(A)을 규정한다. 제어기(80)가 더 제공될 수 있다. 클러치(30)는 본원에 전문이 참조 문헌으로서 포함된 미국 특허 출원 공보 제2012/0279820호, "통합 비스코스 클러치"에 개시된 클러치와 유사할 수 있다. 그러나, 도시된 실시예는 단지 일 실시예일뿐이고 이에 제한되지 않으며, 다른 실시예에서 다른 클러치 구성이 가능하다.

저널 브래킷(32)은 차량의 엔진 칸(compartment) 내부에 있는 엔진 블록(block)과 같은 장착 위치에 고정된 정적인(즉, 비회전성) 구성일 수 있다. 저널 브래킷(32)은 "정적인" 것으로 묘사되지만, 이동 차량 내에 설치될 수 있는 것으로 이해되어야 하며, "정적인"이라는 용어는 본원에서 장착 위치와 관련이 있다. 도시된 실시예에서, 저널 브래킷(32)은 축 방향으로 확장하는 샤프트부(shaft portion)(32-1)와 일반적으로 반지름 방향으로(radially) 확장하는 플랜지부(flange portion)(32-2)를 포함한다. 대안적인 실시예에서, 클러치(30)는 정적인 저널 브래킷(32) 대신에 라이브 샤프트(live shaft)와 함께 제공될 수 있다. 저널 브래킷(32)은 구조적으로(structurally) 기능적(functional)이고, 몇몇 실시예에서는 자기적으로(magnetically) 기능적일 수 있다.

도르래(pulley or sheave)(34)는 도시된 실시예에서 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)에 의하여 회전 가능하도록(rotatably) 지지되고, 벨트(미도시)로부터 회전 토크 입력을 받아들일 수 있도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 도르래(34)는 저널 브래킷(32)의 플랜지부(32-2)에 인접하여 위치한다. 또한, 도시된 실시예에서, 도르래(34)는 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)를 둘러싸고, 제1 베어링 세트(44)에 의하여 샤프트부(32-1)에 회전 가능하도록 장착되며, 도르래(34)의 벨트 결합부(engagement part)(34-1)과 축 방향으로 나란히 정렬될 수 있다. 벨트 결합부(34-1)의 크기(즉, 지름)는 클러치(30)에 대한 바람직한 회전 입력 속도(desired rotational input speed)를 제공하는데 도움을 주기 위하여 선택될 수 있고, 이는 관련분야의 당업자에 의하여 이해될 수 있다. 도르래(34)의 측면부(lateral part)(34-2)는 일반적으로 벨트 결합부(34-1)로부터 축 방향으로(axially) 전방으로(forward) 확장한다.

회전자(36)는 도르래(34)의 측면부(34-2)에 연결되고, 그 후에 클러치에 입력 토크가 공급될 때마다 토크 입력을 받아들인다. 일 실시예에서, 회전자(36)와 도르래(34)의 측면부(34-2) 사이에 나사식 연결부(threaded connection)가 제공된다. 도 1에 도시된 것과 같이, 회전자(36)는 일반적으로 원반(disc) 또는 고리 모양(annularly shaped)이고, 저널 브래킷(32)의 상기 샤프트부(32-1)를 둘러싸도록 위치하며, 보통 반지름 방향으로 바깥쪽으로(radially outward)으로 확장한다. 종래의 배열(conventional arrangement)에서 회전자(36)는 바깥 지름부(outer diameter portion) 근처에서 그것의 앞쪽 및 뒤쪽에 있는 다수의 동심(concentric) 고리 모양 리브(ribs)를 포함할 수 있다. 시어 액체가 회전자(36)의 앞쪽 및 뒤쪽 사이를 통과하도록 허용하기 위해 하나 이상의 액체 개구들(openings) 또는 통로들(passages)이 회전자(36)를 통해 형성될 수 있다. 밸브 조립체(40)를 위한 공간을 제공하기 위해 반지름 방향으로 적절하게 확장된 채널들(channels) 또는 홈들(grooves)이 회전자(36)의 앞쪽 또는 뒤쪽 측면에 형성될 수 있다.

도시된 실시예에서, 리저버(48)는 회전자(36)에 직접적으로 연결되고, 클러치(30)에 대한 토크 입력은 회전자(36)와 리저버(48)를 함께 회전시킨다. 리저버(48)는 클러치(30)에서 사용되는 시어 액체(예를 들어, 실리콘 오일)의 공급을 유지할 수 있다. 회전자(36)는 도르래(34)를 포함하는 하위 입력 부품(input subassembly)의 일부이므로, 회전자(36)는 도르래(34)에 회전 입력이 있을 때마다 항상 회전한다. 회전자(36)의 회전은 결과적으로 압력 하에서 리저버(48) 내에 있는 시어 액체를 유지하고, 상대적으로 높은 운동에너지에 의해 유지되는 시어 액체가 클러치(30)의 빠른 결합을 가능하게 하도록 도움을 준다. 아래에서는 액체 내에서 높은 수준의 운동에너지를 유지하는 능력이 클러치의 반응 시간을 감소시키는 내용이 더 설명될 것이다.

도시된 실시예에서 하우징(38)은 베이스(base)(38-1)와 덮개(38-2)를 포함하고, 클러치(30)의 토크 전달부(torque delivery portion) 또는 클러치(30)의 출력을 형성한다. 도시된 실시예에서, 덮개(38-2)는 출력 구조물(54)(예를 들어, 팬)에 대한 장착을 클러치(30)에 제공한다. 냉각 핀들(cooling fins)은 열을 주변공기로 소멸시키기(dissipate) 위해 하우징(38)의 외부에 공급될 수 있다. 도시된 실시예에서, 하우징(38)은 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)에 회전 가능하도록 지지되고, 샤프트부(32-1)를 둘러싼다. 제2 베어링 세트(46)는 덮개(38-2)를 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)에 회전 가능하도록 장착시킬 수 있고, 결과적으로 덮개(38-2)는 베이스(38-1)와 출력 구조물(54)을 지지한다. 베이스부(38-1)와 덮개부(38-2)는 적절한 잠금장치(fasteners)와 함께 고정(secure)될 수 있다.

작동 챔버(50)(작동 영역(working area)과 동의어)는 회전자(36)와 하우징(38) 사이에서 규정된다. 작동 챔버(50) 내에서 시어 액체의 존재는 클러치를 결합시키고 입력과 출력 구성 사이에 토크를 전달하기 위해 회전자(36)와 하우징(38) 사이를 연결하는 액체 마찰(fluid friction)을 일으킨다. 토크 전송의 즉각적인 비율은 작동 챔버(50) 내의 시어 액체 양의 기능에 따라 다를 수 있다. 일반적으로 시어 액체는 제1 및 제2 액체 경로 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 따라 리저버(48)에서 작동 챔버(50)로 전달되고(아래에서 더 상세하게 기술됨), 리턴 경로(64)를 통해 작동 챔버(50)로부터 리저버로 되돌아온다. 리턴 경로(64)를 통해 작동 챔버(50) 밖으로 시어 액체를 동적으로(dynamically) 펌핑하기 위해, 하나 이상의 적절한 펌핑 구조물들이 작동 챔버(50)에 또는 작동 챔버를 따라 포함될 수 있다.

밸브 조립체(40)는 회전자(36)에 연결되고 회전자(36)에 의해 운반된다. 일 실시예에서, 밸브 조립체(40)는 본원에 전문이 참조 문헌으로서 포함되는 공개된 PCT 출원 WO 2012/024497, "비스코스 클러치 밸브 조립체"에 기재된 것처럼 구성될 수 있다. 밸브 조립체(40)는 리저버(48)로부터 제1 개구(또는 통로 또는 배출 보어)(66)를 선택적으로 덮거나 덮지 않는데 이용될 수 있다. 몇몇 실시예에서는 개구(66)가 리저버(48)의 벽을 형성하는 오리피스 판(orifice plate)(68)으로 규정될 수 있다. 개구(66)는 덮이지 않았을 때(즉, 열렸을 때) 시어 액체가 리저버(48)에서 (회전자(36) 내에서 경로(passages), 홈(grooves), 채널(channels) 등을 가로지를 수 있는) 제1 액체 경로를 따라 작동 챔버(50)로 흐를 수 있도록 하는 포트(port) 또는 밸브 보어이다. 밸브 조립체(40)는 예를 들어, 용수철 바이어스 힘(spring bias force)을 이용함으로써, 개방 위치(open position)에 바이어스될 수 있다. 밸브 조립체(40)는 클러치(30)의 축(A)에 근접하게 위치하고 전자기 코일(42)에 아주 근접하게 위치한 전기자(70)(armature)를 포함할 수도 있다. 보다 상세하게 설명하면, 전자기 코일(42)에 동력을 공급함으로써(energizing) 밸브 조립체(40)가 제1 개구(66)를 덮도록 전기자(70)를 움직일 수 있다. 전자기적으로 구동되는 밸브 조립체의 거의 알려진 임의의 타입(nearly any known type)이 대안적인 실시예에서 이용될 수 있음이 이해되어야 한다.

전자기 코일(42)은 플럭스(flux)를 플럭스 회로(flux circuit)를 따라 전기자(70)의 영역 내에서 유도하는데 이용되는 컵(예를 들면, 스틸(steel) 컵)에 위치하는 고온의 절연 구리선의 감겨진 코일을 포함할 수 있다. 코일(42)은 샤프트부(32-1)에 대하여 회전 가능하도록 고정될 수 있다. 도시된 실시예에 따르면, 코일(42)은 저널 브래킷(32)의 샤프트부(32-1)에 의해 지지되고 둘러싸며, 샤프트부(32-1)에 직접적으로 조립될 수 있다. 클러치(30)와 외부 구조물(54)(예를 들어, 팬)의 전면의 영역에서 테더(tethers) 또는 코일 장착 브래킷이 필요 없도록, 코일(42)을 위한 적절한 배선(wiring)이 저널 브래킷(32)을 통해 내부적으로 전송(routed)될 수 있다. 샤프트부(32-1)는 회전 가능하도록 고정되기 때문에 코일(42)은 어떠한 베어링(bearings)에도 장착될 필요가 없다. 또한, 도시된 실시예에서는, 코일(42)이 하우징(38) 내부와 리저버(48) 내에 위치하는데, 다시 말해서, 리저버(48)와 축 방향으로 정렬되고 리저버(48)의 바깥 지름의 안쪽 방향에 위치한다. 동작 중 전력이 코일(42)에 인가(apply)될 때, 전자장이 생성되기 때문에 전기자(70)는 코일(42) 방향으로 끌린다.

도 2는 클러치(30) 일부의 단면 사시도이고, 도 3은 클러치(30) 일부의 확대된 단면도이다. 도 2와 도 3은 도 1에 비해 축(A)에 대한 상이한 각도 위치(angular position)에서 얻은 단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 리저버(48)에서 작동 챔버(50)까지의 제2 또는 추가적인 개구(또는 통로 또는 배출 보어)(82)는 제1 개구(66), 오리피스 판(68) 및 밸브 조립체(44)로부터 일정한 간격을 갖는 위치에 제공된다. 도시된 실시예의 제2 개구(82)는 제1 개구(66)로부터 축(A)(즉, 원주 방향(circumferential direction))에 대하여 0보다 큰 각도인 θ만큼의 간격이 있는 바이패스 보어를 제공한다. 일 실시예에서, 각도 θ는 약 90˚이다. 제2 개구(82)에는 장애물이 없고, 밸브 조립체(40)의 동작 상태와 관계없이 장애물이 없는 상태가 유지된다. 도시된 실시예에서 제2 개구 (82)을 통하여 흐르는 액체를 제어하는(govern) 밸브 조립체는 없다. 제2 개구(82)는 리저버(48)로부터의 주입구(inlet)(82-1)를 규정하고, 작동 챔버(50) 쪽의 중간 몸체부(middle body portion)(82-2)와 배출구(outlet)(82-3)를 규정한다. 도시된 실시예에서, 제2 개구(82)의 주입구(82-1)는 리저버(48)의 바깥 지름부(outer diameter portion)에서 밸브 조립체(40)의 반지름 방향으로 바깥 쪽에 있고, 배출구(82-3)는 회전자(36)와 작동 챔버(50)의 바깥 지름부에 있다. 중간 몸체부(82-2)는 주입구(82-1)와 배출구(82-3)를 연결하고, 실질적으로 반지름 방향으로 정렬될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 개구(82)는 다른 또는 다양한 반지름 방향의 위치에서 시어 액체를 작동 챔버(50)로 릴리즈하는 배출구(82-3) 또는 추가적인 배출구를 가질 수 있다.

밸브 조립체(40)가 “오프” 위치일 때 더 높거나 낮은 출력 속도를 제공하기 위하여 바람직한 속도로 시어 액체 흐름을 측정하고, 제1 개구(66)를 통한 액체 흐름을 차단하기 위하여 제2 개구(82)의 지름이 선택될 수 있다. 측정은 제2 개구(82)를 따라 어떤 위치에서도 제공될 수 있다.

리저버(48)가 회전자(36)와 함께 회전하고, 클러치(30)에 토크 입력이 있을 때마다 리저버(48)가 회전하기 때문에, 도시된 실시예에서 시어 액체에 전달되는 운동 에너지에 기인하여, 제2 개구(82)를 통하여 시어 액체의 공급이 상대적으로 꾸준하고 끊임없이 작동 챔버(50)로 제공될 수 있다. 리턴 경로(64)를 통해 작동 챔버(50)로부터 리저버(48)로 시어 액체가 되돌아가도록 지속적으로 펌핑함에도 불구하고, 회전하는 리저버(48) 내의 시어 액체에 제공되는 운동에너지는 상대적으로 지속적인 흐름을 유지하는 데에도 도움이 될 수 있다. 제2 개구(82)의 실질적인 반지름 방향 배향(orientation)은 리저버(48)에서 작동 챔버(50)로의 시어 액체의 상대적으로 빠른 전달을 제공할 수 있다. 또한, 도시된 실시예에서 시어 액체는 오직 단일한, 일반 리저버(48)에 저장되기 때문에, 바람직하지 않게 클러치의 복잡도를 증가시키는 매니폴드(manifold)와 같은 추가적인 구성을 요구하거나 불균형한 액체 레벨을 잠재적으로 만들 수 있는 방식으로 서로 다른 리저버 챔버들 사이에 시어 액체를 나눌 필요없이, 시어 액체는 제1 개구(66) 및 제2 개구(82)에서 손쉽고 동등하게 이용 가능하다.

동작 시, 클러치(30)는 다중-속도 동작을 제공한다. 클러치(30)는 상대적으로 낮은 결합 모드(low engagement mode)와 최대 결합 모드(full engagement mode) 사이에서 선택적으로 제어되는 출력 속도를 가지고 입력과 출력 사이에 항상 비스코스 결합을 제공할 수 있다. 그러한 제어는 단일한, 일반 리저버(48)에서 작동 챔버(50)까지 제1 및 제2 액체 경로를 공급함으로써 제공될 수 있다. 제1 개구(66)를 통한 제1 액체 경로는 밸브 조립체(40)를 사용함으로써 선택적으로 개폐될 수 있다. 반면에 제2 개구(82)를 통한 제2 액체 경로는 임의의 밸브 조립체의 동작에 관계없이 개방된 상태 및 장애물이 없는 상태를 항상 유지할 수 있다. 시어 액체는 제2 개구(82)를 통하여 작동 챔버(50)까지 항상 지나갈 수 있다. 이러한 방식으로 클러치(30)는 완전히 전원을 끄는 대신에 (언제나) 더 낮은 출력 속도로 동작할 수 있다. 기본적으로, 비스코스 클러치(30)는 두개의 속도 장치로서 동작할 수 있다. 자동차의 팬 냉각 장치에 있어서, 가장 일반적인 냉각 요건을 위해 더 낮은 속도가 이용될 수 있고, 완전 결합 모드가 주요 냉각 요건(major cooling requirements)을 위해 이용될 수 있다. 바람직하지 않게 무게를 추가하는 마찰 클러치 구성에 대한 요구 없이, 클러치(30)는 순수하게 비스코스 장치가 될 수 있다. 게다가, 저속력 결합 모드에 이르기 위해 밸브 조립체(40)의 초기 동작에 의존하지 않고, 클러치(30)에 토크 입력이 제공될 때 마다 저속력 동작 모드가 제공될 수 있다.

선택적 전자기 코일(42)의 제어, 그리고 결과적으로 밸브 조립체(40)는 제어기(80)에 의해 제어될 수 있는데, 제어기(80)는 클러치(30)에 대한 전용 회로가 되거나 다른 회로와 택일적으로 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(80)에 의하여 비정밀(coarse) 또는 2진(binary) 온/오프 방식에 따라 전자기 코일(42)에 동력이 공급될 수 있고, 그에 따라 밸브 조립체(40)는 코일(42)에 선택적으로 동력이 공급될 때 완전히 개방된 위치(디폴트 위치) 또는 완전히 닫힌 위치 중 어느 하나가 되는 경향을 보인다. 다른 실시예에서, 전자 엔진 제어기(미도시)로부터의 PWM(Pulse width modulated) 신호를 이용하여 코일(42)에 동력이 전달될 수 있다. PWM 신호는 동적으로 가변적인(dynamically variable) 시어 액체의 평균 용량을 제1 액체 경로를 따라 제1 개구(66)를 통하여 리저버(48) 밖으로 흐르도록 한다. PWM 신호의 펄스 폭(즉, 지속시간)과 주기에 따라, 밸브 조립체(40)는 리저버(48)로부터 나와 개구(66)를 통하여 작동 챔버(50)로 흐르는 시어 액체의 양을 가변적으로 조절할 수 있다.

몇몇 장치들에 대하여, 오직 2진 온/오프 제어만을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 일반적으로, 온-오프 타입 클러치들(예를 들어, 단일-속도 마찰 클러치들)에서 비스코스 클러치들로 전환하는 사용자는 요구되는 출력 속도(예를 들어, 냉각 팬 속도)를 결정하고 완전히 속도 가변적인 비스코스 클러치를 그에 맞춰 제어하는 제어 루프 알고리즘을 필요로 한다. 본 발명은 명목상 완전히 속도 가변적인 비스코스 클러치가 단순한, 2진 온/오프 제어 전략과 함께 사용되는 것을 허용한다. 그러한 2진 제어에는 최대 속도 제어가 결핍되지만, 요구되는 제어 알고리즘을 개발할 자원이 없는 많은 사용자들에게 적절하며 여전히 그러한 사용자들에게 표준 온-오프 클러치보다 기능성을 더 제공한다.

Claims

회전자;
하우징 부재;
상기 회전자와 상기 하우징 부재 사이에 있고, 비스코스 액체가 내부에 존재하며, 상기 회전자와 상기 하우징 부재를 회전 가능하도록 연결하는 작동 챔버;
상기 비스코스 액체를 저장하고, 상기 회전자와 함께 회전하도록 구성된 리저버;
상기 비스코스 액체를 상기 작동 챔버에서 상기 리저버로 되돌리고, 상기 작동 챔버와 상기 리저버 사이의 액체 전달인 리턴 보어;
상기 리저버로부터 상기 작동 챔버까지의 제1통로;
상기 회전자를 통해 반지름 방향으로 실질적으로 확장하고, 상기 제1통로와 일정한 간격이 있으며, 상기 리저버로부터 상기 작동 챔버까지의 제2통로; 및
상기 제1통로를 통해 비스코스 액체의 흐름을 선택적으로 조절하도록 구성된 밸브를
포함하되,
상기 제2통로는 상기 비스코스 액체가 상기 리저버에서 상기 작동 챔버로 밸브의 동작 상태와 관계없이 흐를 수 있도록 장애물이 없는 비스코스 클러치.
제1항에 있어서,
상기 리저버는 상기 회전자에 직접 연결된
비스코스 클러치.
제1항에있어서,
상기 밸브를 선택적으로 동작시키도록 구성된 전자기 코일; 및
상기 밸브가 2진 온/오프 형식으로 동작할 수 있도록 상기 전자기 코일의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를
더 포함하는 비스코스 클러치.
제1항에 있어서,
상기 제2통로는 상기 리저버로부터의 주입구와 상기 작동 챔버 쪽의 배출구를 규정하고, 상기 주입구는 상기 밸브의 반지름 방향으로 바깥 쪽에 있는
비스코스 클러치.
제1항에 있어서,
상기 제2통로는 상기 리저버로 부터의 주입구와 상기 작동 챔버 쪽의 배출구를 규정하고, 상기 주입구는 상기 리저버의 바깥 지름부에 있는
비스코스 클러치.
비스코스 클러치에 대응하는 토크 입력을 갖는 리저버를 회전시키는 단계;
비스코스 액체를 바이패스 보어를 통하여 상기 리저버로부터 작동 챔버에 지속적으로 전달하는 단계;
상기 비스코스 액체를 밸브 보어를 통하여 상기 리저버에서 상기 작동 챔버로 선택적으로 전달하도록 밸브를 동작시키는 단계; 및
상기 비스코스 액체를 상기 작동 챔버로부터 상기 리저버로 되돌리는 단계를포함하고,
상기 바이패스 보어는 상기 비스코스 액체를 상기 밸브 보어로부터 일정한 간격이 있는 상기 작동 챔버로 전달하는 비스코스 클러치 작동 방법.
제6항에 있어서,
상기 비스코스 액체는 상기 작동 챔버로부터 상기 리저버에 지속적으로 되돌아오는
비스코스 클러치 작동 방법.
삭제
제6항에 있어서,
상기 바이패스 보어는 상기 비스코스 액체를 상기 작동 챔버의 바깥 지름부에 전달하는
비스코스 클러치 작동 방법.
비스코스 클러치에있어서,
토크 입력을 받아들이도록 구성된 회전자;
하우징 부재;
상기 회전자와 상기 하우징 부재 사이에 있고. 비스코스 액체가 내부에 존재하며, 토크를 전달하기 위해 상기 회전자와 상기 하우징 부재를 회전 가능하도록 연결하는 작동 챔버;
적어도 상기 비스코스 액체의 일부를 저장하는 리저버;
상기 비스코스 액체를 상기 작동 챔버로 부터 상기 리저버로 되돌리고, 상기 작동 챔버와 상기 리저버 사이의 액체 전달인 리턴 보어;
상기 리저버로부터 상기 작동 챔버까지의 제1통로;
상기 리저버로부터의 주입구와 상기 작동 챔버 쪽의 배출구를 규정하고, 상기 주입구는 상기 리저버의 바깥 지름부에 있고, 상기 주입구는 상기 제1통로로부터 일정한 간격이 있으며, 상기 리저버로부터 상기 작동 챔버까지의 제2통로; 및
상기 제1통로를 통하여 흐르는 상기 비스코스 액체 흐름을 선택적으로 조절하도록 구성된 밸브를 포함하되,
상기 제2통로는 상기 비스코스 액체가 상기 리저버에서 상기 작동 챔버로 밸브 조립체의 동작 상태와 관계없이 흐를 수 있도록 장애물이 없는 비스코스 클러치.
제10항에 있어서,
상기 리저버는 상기 회전자와 함께 회전하도록 구성된
비스코스 클러치.
제10항에 있어서,
상기 리저버는 상기 회전자에 직접 연결된
비스코스 클러치.
제10항에 있어서,
상기 밸브를 선택적으로 동작시키도록 구성된 전자기 코일; 및
상기 밸브가 2진 온/오프 형식으로 동작할 수 있도록 상기 전자기 코일의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를
더 포함하는 비스코스 클러치.
제10항에 있어서,
상기 제2통로는 상기 리저버로부터의 주입구와 상기 작동 챔버 쪽의 배출구를 규정하고, 상기 주입구는 상기 밸브의 반지름 방향으로 바깥쪽에 있는
비스코스 클러치.
제10항에 있어서,
상기 배출구는 상기 회전자의 바깥 지름에 있는
비스코스 클러치.
제10항에 있어서,
상기 제2통로는 상기 회전자를 통해 반지름 방향으로 실질적으로 확장하는
비스코스 클러치.