KR101636082B1 - 워터펌프용 동력 전달장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전동력의 단속이 정확하고 소비전력을 최소화하는 워터펌프에 관한 것이다. 본 발명의 워터펌프는, 중간면(106)에 의하여 구획되는 전방장착공간(102)과 후방장착공간(110)을 구비하는 풀리(100)와; 상기 풀리(100)의 후방장착공간(110)의 내부에 설치되어, 전원의 인가에 의하여 인력을 발생하는 필드코일 어셈블리(120)를 포함한다. 그리고 디스크 어셈블리(140)는, 전방장착공간(102)의 내부에 일측이 고정된 상태에서, 상기 허브(160) 측으로 탄성 지지되어 결합될 수 있고, 상기 필드코일 어셈블리(120)의 자력에 의하여 후방으로 일정 간격 탄성적으로 이동 가능하다. 그리고 허브(160)는 상기 디스크 어셈블리(140)과의 결합 및 해제에 의하여 회전 동력이 단속된다. 상기 디스크 어셈블리의 후면과 상기 전방장착공간(102)의 저면(102a) 사이에 형성되는 에어갭(G)은 0.3mm ~ 0.5mm의 범위에서 설정하여, 동력 단속의 정확성 및 소비전력을 최소화한다.

Description

워터펌프용 동력 전달장치{Power transmission device for water pump}

본 발명은 워터펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스크 어셈블리와 허브 사이에서의 동력 단속이 정확하게 이루어질 수 있음과 동시에 소비 전력의 최적화를 달성할 수 있도록 구성되는 워터펌프용 동력 전달장치에 관한 것이다.

차량에 사용되는 워터펌프는, 냉각수를 가압하여 엔진으로 전달하여 엔진을 순환하면서 엔진의 열을 방출시킬 수 있도록 하는 것이다. 이러한 워터펌프는 공조장치의 압축기와 동일하게 엔진에서의 회전 동력을 전달받아서 구동된다. 따라서 일반적으로 워터펌프는 엔진의 구동과 같이 동작되면서 냉각수를 엔진 측으로 공급하고 있다.

도 1에는 종래 기술에 의한 일반적인 워터펌프의 동력 전달장치의 구성이 도시되어 있다. 워터펌프는, 엔진에서의 동력이 풀리(20)로 전달된 후 회전축(8)을 구동시킴으로써, 회전축의 단부에 설치되어 있는 임펠러(10)가 회전하면서 냉각수를 엔진으로 공급하는 장치이다.

이러한 워터펌프의 하우징(2)에는 풀리(20)가 설치되기 위한 풀리설치부(4)가 성형되어 있다. 상기 풀리설치부(4)의 중심에는 축지지공(6)이 형성되어 있고, 이러한 축지지공(6)에는 회전축(8)이 회전 가능하게 설치되어 있다. 상기 회전축(8)은 엔진에서의 동력을 풀리(20)를 통하여 전달받아, 냉각수를 엔진으로 공급하기 위하여 회전하는 부분이다. 상기 회전축(8)의 일단부(후방 단부)에는 냉각수를 가압하여 엔진 측으로 보내기 위한 임펠러(10)가 설치되어 있다. 도 1에서 상기 임펠러(10)는 편의상 개략적으로 예시되어 있다.

그리고 상기 회전축(8)의 타단부(전방 단부)에는 허브(12)가 설치되어 있다. 상기 허브(12)는 임펠러(10)의 반대측의 회전축(8)의 단부에 설치되어 상기 회전축(8)과 같이 회전하도록 구성되어 있다.

엔진에서의 동력이 전달되는 풀리(20)는 상기 풀리설치부(4)의 외측부분에 베어링(B)을 통하여 회전 가능하게 설치되어 있다. 상기 풀리(20)는 엔진에서의 동력을 벨트를 통하여 전달받는 것으로, 이러한 벨트가 감아 걸리는 부분인 벨트걸이부(22)를 구비하고 있다. 상기 풀리(20)에는, 후방(임펠러가 설치되는 방향)을 향하여 열려 있는 설치공간(24)이 형성되어 있다. 그리고 상기 설치공간(24)에는 필드코일 어셈블리(26)가 설치된다. 상기 필드코일 어셈블리(26)에는 전류의 인가에 의하여 자속을 발생하는 필드코일(28)이 내장되어 있다. 상기 필드코일(28)에 의하여 형성되는 자장이 전방부분에 미치도록 하기 위하여, 상기 풀리(20)의 중간부분에는 자장슬롯(30)이 형성되어 있다. 즉 상기 자장슬롯(30)은 필드코일(28)에서 발생한 흡인력을 가지는 자속을 디스크(34)로 전달하는 기능을 하게 되는 것이다.

그리고 상기 허브(12)에는 완충 작용을 하기 위한 댐퍼(32)가 설치되어 있다. 상기 댐퍼(32)는 풀리(20)와의 사이에서 동력 전달시 발생하는 충격을 흡수하는 기능을 수행하게 된다. 이러한 충격 흡수를 위하여 상기 댐퍼(32)의 내부에는 고무와 같은 탄성 재질이 구비되어 있다.

그리고 풀리(20)의 전방면과 대응하는 댐퍼(32)에는 디스크(34)가 일정 간격 이동 가능하도록 설치되어 있다. 즉 상기 디스크(34)는 도면상 좌우 방향으로 일정 간격 이동 가능하도록 설치되어 상기 풀리(20)와의 동력의 단속이 가능하도록 구성된다. 상기 디스크(34)는 자성체로 형성되어, 상기 필드코일(28)에 의하여 발생하는 자속에 의하여 상기 풀리(20)에 측으로(후방으로) 이동하여 풀리와 접촉하거나, 전방으로 이동하여 풀리와 이격될 수 있도록 설치되어 있다.

그리고 상기 댐퍼(32)에는 커버(36)가 볼트(38)에 의하여 결합되어 있다. 상기 커버(36)는 외부에서 회전축(8)이나 풀리(20) 내부 등으로 이물질이 유입되는 것을 차단하게 된다. 그리고 상기 커버(36)의 가장 자리 부분은 풀리(20)를 향하여 절곡되어 이물질로부터 풀리 내부 및 회전축 등을 보호할 수 있도록 성형되어 있다.

이와 같은 구성을 가지는 워터펌프용 동력 전달장치의 동작을 개략적으로 살펴보기로 한다.

먼저 상기 필드코일(28)에 전원이 인가되면, 상기 필드코일(28)은 상기 디스크(34)가 풀리 측으로 당겨지는 방향의 흡입 자속을 발생시키게 된다. 이렇게 하여 상기 디스크(34)가 풀리 측으로 당겨져서 풀리의 전면과 접촉하면서 회전력이 전달되면, 상기 디스크(34)는 풀리와 같이 회전하게 된다. 그리고 디스크(34)의 회전에 의하여, 상기 허브(12)도 같이 회전하게 되고, 허브(12)의 회전력은 회전축으로 전달된다. 그리고 상기 회전축(8)의 회전은 그 후단부에 설치되어 있는 임펠러(10)를 회전시키게 된다. 상기 임펠러(10)의 회전에 의하여 냉각수가 가압되어 엔진으로 흘러들러 갈 수 있게 되며, 이러한 냉각수는 엔진의 동작 과정에서 발생하는 열을 흡수할 수 있게 된다.

그러나 이와 같은 종래의 구성에 의하면 다음과 같은 단점이 지적된다.

먼저 냉각수를 엔진 측으로 전달하기 위해서는 임펠러를 동작시켜야 하고, 임펠러의 구동을 위해서는 필드코일(28)에 항상 전원이 인가되어야 한다. 즉, 임펠러의 구동시에는 항상 전원을 인가하지 않으면 안 되기 때문에 소비전력이 상승하는 단점이 지적되고 있다.

그리고 필드코일에 전원을 인가하는 것에 의하여 풀리에서 임펠러로 전달되는 동력의 단속을 수행하는 경우, 보다 정확하게 동력을 단속하는 것이 요구된다. 즉, 전원의 인가에 의하여 동력을 차단하도록 구성하는 경우, 전원이 오프되면 풀리에서 임펠러로 동력의 전달이 신속하면서도 정확하게 구현되는 것과, 고속에서도 안정적인 동기화가 요구된다고 할 수 있다. 예를 들어 동력의 단속을 위한 클러치 부분에서 일측의 부품이 헛돌게 되면 실질적인 동력전달이 일어나지 않을 뿐만 아니라 부품 사이의 마모 발생 등으로 인하여 제품의 신뢰도가 떨어질 우려가 있다.

그리고 동력 전달시 단속의 정확성과 같이, 실질적으로 동기화가 요구되는데, 이러한 것은 고속 회전시 더욱 중요시되는 요구 조건이라고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로, 소비 전력을 최소화할 수 있으면서도, 디스크 어셈블리와 허브와의 회전동력의 전달이 견고하게 이루어질 수 있도록 구성되는 워터펌프용 동력 전달장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 워터펌프용 동력 전달장치는, 중간면에 의하여 구획되는 전방장착공간과 후방장착공간을 구비하는 풀리와; 상기 풀리의 후방장착공간의 내부에 설치되어, 전원의 인가에 의하여 인력을 발생하는 필드코일 어셈블리; 워터펌프를 구동하기 위한 회전축이 중심에 설치되는 허브; 상기 전방장착공간의 내부에 일측이 고정된 상태에서, 상기 허브 측으로 탄성 지지되어 결합될 수 있고, 상기 필드코일 어셈블리의 자력에 의하여 후방으로 일정 간격 탄성적으로 이동 가능하도록 구성되는 디스크 어셈블리; 그리고 상기 디스크 어셈블리과의 결합 및 해제에 의하여 회전 동력이 단속되는 허브를 포함하여 구성되고; 상기 디스크 어셈블리의 후면과 상기 전방장착공간(102)의 저면(102a) 사이에 형성되는 에어갭은 0.3mm ~ 0.5mm의 범위에서 결정하는 것을 기본적인 기술적 특징으로 하고 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 디스크 어셈블리는, 상기 필드코일 어셈블리의 자속에 반응하는 디스크와, 상기 허브와 결합하는 마찰판, 그리고 일측이 상기 풀리의 전방 장착공간 내에서 고정되고 상기 디스크 및 마찰판과 같이 고정되고 마찰판을 허브 측으로 탄성 지지하는 탄성아암을 구비하는 스프링판을 포함하여 구성된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 마찰판에는 산부분과 골부분이 연속하여 성형되고, 상기 허브의 접촉면에는 마찰판에 대응하는 골부분과 산부분이 형성되어 서로 결합될 수 있도록 구성되고 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 마찰판과 허브의 각각 접촉면에는 결합시 회전동력이 전달될 수 있는 마찰면이 형성되어, 높은 마찰력에 의하여 동력이 전달되도록 구성되고 있다.

본 발명에 의한 워터펌프용 동력 전달장치는, 엔진으로 냉각수가 공급될 필요가 없는 경우에만, 워터펌프를 구동시킬 수 있도록 구성되어 있음을 알 수 있다. 더욱이 디스크 어셈블리의 마찰판과 풀리의 전방장착공간의 저면 사이의 간격인 에어갭의 범위를, 워터펌프의 조립 및 작동 가능한 최소값과 소비전력이 가장 경제적인 최대값의 범위로 설정하고 있음을 알 수 있다. 따라서 워터펌프의 동력의 단속이 정확하게 이루어지는 동작의 신뢰도를 확보할 수 있음은 물론이고, 소비전력도 최소화할 수 있는 효과를 기대할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 워터펌프 동력 전달장치의 단면 예시도.
도 2는 본 발명의 워터펌프의 동력 전달장치의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 디스크 어셈블리의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 허브의 후면을 보인 사시도.
도 5는 본 발명의 동력 전달장치의 부분 단면도.
도 6은 본 발명의 에어갭과 힘과의 관계를 CAE해석을 통하여 분석한 그래프.

다음에는 도면에 도시한 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 동력 전달장치의 요부 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 동력 전달장치의 디스크 어셈블리의 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 동력 전달장치는, 엔진의 동력을 벨트를 통하여 전달받는 풀리(100)를 포함하고 있다. 상기 풀리(100)로 전달되는 회전 동력은, 디스크 어셈블리(140)를 통하여 허브(160)로 전달된다. 그리고 상기 허브(160)의 중심 부분에 형성된 축공(168)에 끼워진 회전축(도시 생략)은 상기 허브(160)의 회전과 같이 회전하게 된다. 상기 허브(160)와 연동하여 회전하는 회전축의 후단부(도면 상에서는 좌측단부)에는 임펠러가 설치되어 있고, 이러한 임펠러는 냉각수를 가압하여 엔진으로 공급하게 된다.

상기 풀리(100)의 후방 측에는 필드코일 어셈블리(120)가 설치된다. 즉, 상기 필드코일 어셈블리(120)는 풀리(100)의 후방 측에 오목하게 형성된 후방 장착공간(110)(도 5 참조) 내부에 설치된다. 그리고 상기 필드코일 어셈블리(120)에 내장된 필드코일(122)은 전원의 인가에 의하여, 디스크 어셈블리(140)를 풀리(100) 측으로 당기는 자속을 발생하게 된다.

그리고 상기 풀리(100)의 전방 측에는, 링형상으로 오목하게 형성된 전방 장착공간(102)이 마련되어 있다. 상기 필드코일 어셈블리(120)가 장착되는 후방장착공간(110)은, 상기 풀리(100)의 후면에서 상기 전방장착공간(102)과 실질적으로 동일하게 형성되는 공간이라고 할 수 있다. 그리고 상기 풀리(100)에는 상기 전방 장착공간(102)과 후방장착공간(110)을 구획하는 중간면(106)이 형성되어 있다.

상기 풀리(100)에서 후방 장착공간(110)과 전방 장착공간(102)을 구획하는 중간면(106)에는, 다수개의 자장슬롯(104)이 형성되어 있다. 상기 자장슬롯(104)은, 풀리(100)의 후방측에 설치되어 있는 필드코일(122)에서 발생하는 자속이 전방 부분에도 미칠 수 있도록, 즉 디스크어셈블리(140)에도 미칠 수 있도록 양측을 연통시키도록 형성된 부분이다.

상기 풀리(100)의 전방 장착공간(102)의 내부에는 전체적으로 링형상을 가지는 디스크 어셈블리(140)가 장착된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 디스크 어셈블리(140)는, 허브(160)의 접촉면과 접촉하는 마찰판(142)과, 자성체로 만들어지고 상기 필드코일(122)에서 발생하는 자속에 반응하는 디스크(146), 그리고 디스크 어셈블리(140)를 상기 허브(160) 측으로 탄성적으로 지지하는 스프링판(144)을 포함하고 있다.

상기 스프링판(144)은 전체적으로 링형상으로 형성되어 있고, 외부링(144a)과 내부링(144b), 그리고 상기 외부링(144a)과 내부링(144b) 사이에서 원호형 외팔보로 형성되는 탄성아암(144c)로 구성된다. 상기 외부링(144a)과 내부링(144b)은, 디스크 어셈블리(140)를 상기 풀리(100)의 전방 장착공간(102)의 내측에 고정시키는 기능을 수행한다. 즉 상기 외부링(144a)과 내부링(144b)은, 풀리(100)의 전방장착공간(102)를 형성하는 외부측벽(112)과 내부측벽(114)에 각각 코킹되는 것에 의하여 고정된다. 이렇게 상기 스프링판(144)이 풀리(100)의 전방 장착공간(102)에 고정된 상태에서, 상기 탄성아암(144c)은, 그 전방에 결합되는 마찰판(142)을 전방 방향, 즉 허브(160)를 향하는 방향으로 가압하게 된다.

그리고 상기 스프링판(144)의 전방 측에 결합되는 마찰판(142)도 전체적으로 링형상으로 형성된다. 도시한 실시예에 있어서, 상기 마찰판(142)의 전면에는 상대적으로 돌출된 영역이라고 할 수 있는 산부분(142a)과, 상대적으로 오목하게 형성된 영역이라고 할 수 있는 골부분(142b)이 연속적으로 형성되어 있다. 도시한 실시예에서는 상기 산부분(142a)과 골부분(142b)이 각각 세 개씩 형성되어 있다.

상기 산부분(142a)과 골부분(142b)는, 허브(160)의 대응하는 면, 즉 후면에 형성된 대응하는 형상의 산부분과 골부분에 각각 결합하는 것에 의하여, 풀리(100)에서의 회전 동력을 상기 허브(160)로 전달할 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 허브(160)의 후면을 도시한 도 4에 도시된 바와 같이, 허브(160)의 후면에는 산부분(164) 및 골부분(162)가 상기 스프링판(144)의 산부분(142a)과 골부분(142b)과 치합할 수 있도록 형성되어 있다. 따라서 상기 마찰판(142)과 상기 허브(160) 후면이 서로 접촉하게 되면 마찰판(142)의 산부분은 허브(160)의 골부분(162)과 치합하게 되어 회전 동력의 전달이 견고하게 이루어질 수 있게 된다.

그리고 디스크(146)는 평면의 링형상을 가지는 자성체로 만들어진다. 상기 디스크(146)는 필드코일(122)에서 발생하는 자속에 의하여 흡입되어 풀리(100)의 중간면(106) 측으로 당겨진다.

상기 디스크(146), 스프링판(144), 그리고 마찰판(142)는 전부 일정한 두께를 가지는 링형상의 형성되어 있음을 알 수 있다. 그리고 상기 디스크(146), 스프링판(144), 그리고 마찰판(142)은 리벳팅에 의하여 서로 결합되어 있다. 즉, 리벳(148)이, 마찰판(142)에서, 스프링판(144)의 탄성아암(144c)에 형성된 결합공(144e)에 끼워진 상태로 디스크(146)의 리벳공(146a)에 리벳팅되는 것에 의하여, 상술한 디스크(146), 스프링판(144)이 상기 마찰판(142)과 같이 결합된다.

그리고 상술한 바와 같이, 상기 스프링판(144)은 풀리(100)의 전방 장착공간(102)의 내부에 코킹되어 고정된 상태를 유지하고 있다. 이와 같이 결합된 상태를 살펴보면, 상기 디스크 어셈블리(140)는, 상기 스프링판(144)에 의하여 풀리(100)의 전방 장착공간(102) 내부에서 고정된 상태를 유지하게 된다. 이와 동시에, 상기 마찰판(142)과 디스크(146)는 리벳(148)을 통하여 스프링판(144)의 탄성아암(144c)과 연결된 상태를 유지하고 있음을 알 수 있다. 그리고 상기 스프링판(144)의 탄성아암(144c)은, 실질적으로 상기 마찰판(142)을 풀리(100)의 반대측, 즉 허브(160) 측으로 탄성적으로 지지하고 있다.

따라서 상기 필드코일(122)에 전원이 인가되지 않는 상태에서는, 상기 탄성아암(144c)의 탄성력에 의하여 상기 마찰판(142)는 도면상의 우측, 즉 전방 측으로 가압된 상태인바, 이러한 상태는 실질적으로 허브(160)과 접촉한 상태를 의미한다. 여기서 허브(160)와 접촉한 상태라는 것은, 마찰판(142)의 산부분(142a)과 골부분(142b)이, 허브(160)의 골부분(162)와 산부분(164)와 각각 결합한 상태를 말한다. 이와 같은 상태에서는 풀리(100)의 회전력은, 상기 디스크 어셈블리(140)를 통하여 허브(160)으로 전달될 수 있는 상태이고, 따라서 임펠러가 회전하여 냉각수를 엔진 측으로 공급하는 상태이다.

그리고 상기 필드코일(122)에 전원이 인가되면, 발생되는 자속에 의하여 상기 디스크(146)는 풀리(100) 측으로 당겨진다. 이때 상기 마찰판(142)과 디스크(146)는 같이 움직인다. 즉 리벳(148)에 의하여 상기 마찰판(142)과 디스크(146)는 결합되어 있기 때문에 같이 움직이게 되고, 이러한 움직임은 스프링판(144)의 탄성아암(144c)을 통하여 일어나게 된다. 따라서 필드코일(122)에서 상기 마찰판(142)이 허브(160)에서 이격된 상태를 의미한다. 즉 마찰판(142)의 산부분(142a)과 골부분(142b)이 허브(160)의 골부분(162)과 산부분(164)에서 분리된 상태이다.

그리고 본 발명에 의한 허브(16)는 그 중심부에 회전축이 결합하여 같이 회전하기 위한 축공(168)이 형성되어 있다. 즉, 차량의 엔진에서의 회전력은 상기 풀리(100)를 통하여 디스크 어셈블리(140)로 전달된 후, 상기 마찰판(142)과 허브의 접촉면(170)을 통하여 허브(160)로 전달되어 회전축을 회전시키게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 상기 마찰판(142)의 산부분(142a)과 골부분(142b) 및 허브(160)의 산부분(164)과 골부분(162)은 소정의 단차를 가지고 있다. 그리고 도 5에는 상술한 풀리(100)를 중심으로 후방에는 필드코일 어셈블리(120)가 결합되고, 전방에는 디스크 어셈블리(140) 및 허브(160)가 결합된 상태의 단면이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 풀리(100)의 후방장착공간(110) 속에는 필드코일(122)을 내장하는 필드코일 어셈블리(120)가 결합되어 있고, 전방장착공간(102)에는 디스크 어셈블리(140)가 설치되어 있다. 그리고 상기 디스크 어셈블리(140)의 전방에는 허브(160)가 설치되어 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 디스크 어셈블리(140)는 스프링판(144)가 상기 풀리(100)의 전방 장착공간(102)의 내부에 고정되어 있는 상태에서 도면상 좌우 방향으로 일정 구간 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고 이러한 디스크 어셈블리(140)의 이동은 실질적으로 상술한 바와 같이, 마찰판(142)의 산부분(142a) 및 골부분(142b)이, 허브(160)의 산부분(164) 및 골부분(162)과의 결합 및 이격을 위한 것으로 실질적으로는 동력의 단속을 위한 것이다.

이러한 디스크 어셈블리(140)의 이동을 위한 간격이 상기 풀리(100)의 전방장착공간(102) 내부에서 마련되어야 한다. 이를 위하여, 상기 디스크(146)의 후면과 전방장착공간(102)의 저면(102a)과 사이에는 일정한 간격(G)이 형성되어 있으며, 이하에서는 이를 에어갭이라고 칭하기로 한다.

상기 에어갭(G)은 워터펌프의 소비전력, 동력 단속의 정확성, 조립성 등의 측면에서 여러 가지 중요성을 가지고 있다. 예를 들어 상기 에어갭(G)이 크면 디스크 어셈블리(140)를 자력으로 잡아 당기고 있는 과정에서 소비 전력이 상승하게 되는 문제점이 있다. 그리고 에어갭(G)이 너무 작으면 조립성이 극히 저하되거나 조립 후 동작에도 문제가 발생할 소지가 있다. 즉, 에어갭(G)이 너무 작으면 워터펌프를 구성하는 부품 및 조립시 허용되는 허용 공차와 차이가 없어지기 때문에, 상기 마찰판(142)과 허브(160) 사이의 간섭이 발생하는 등 실질적으로 동작의 문제점이 발생하게 된다. 따라서 자동차에서 사용되는 전력의 범위 내에서, 소비 전력을 최소화함과 동시에 정확한 동력의 단속이 이루어질 수 있고, 더욱이 조립성도 우수한 범위 내에서 상기 에어갭(G)이 결정되어야 한다.

하기의 표 1은 0.05mm, 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 그리고 0.5mm의 에어갭(G)에 대하여, 자동차에서 사용 가능한 소비전력인 20W, 25W, 30W의 소비전력에서 발생하는 흡입력을 CAE 해석한 데이터이다. 여기서 흡입력은 상술한 필드코일 어셈블리(120)의 필드코일(122)에서 디스크 어셈블리(140)를 당기기 위하여 발생하는 힘을 의미하고, 단위는 N이다.

에어갭(G) (mm)	흡 입 력(N)
	20 W	30 W	40 W
0.5	60	98.3	146.7
0.4	135	141.8	211.8
0.3	215	227.8	339
0.2	411	439.6	643
0.1	1132	1211	1584
0.05	2013	2178	2279

그리고 도 6은 이와 같은 CAE 해석 데이터를 그래프로 도시한 것이다.

상기 표 1 및 도 6을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 동일한 소비 전력 하에서는, 0.05mm와 같이 에어갭(G)이 작으면 작을수록 흡인력은 증대한다. 그러나 워터펌프에서 에어갭(G)의 설정에는 일정한 최소 한계가 있다. 예를 들면 상술한 바와 같이, 마찰판(140)과 허브(160)가 산부분과 골부분이 서로 결합되는 치합형태로 결합하는 경우, 에어갭(G)이 너무 작아지면 산부분과 골부분 사이의 단차도 작아질 수밖에 없기 때문에 회전 동력의 정확한 전달에 한계가 있을 수밖에 없다. 그리고 워터펌프를 구성하는 각각의 부품 및 조립에서 허용 공차가 존재하는데, 상기 에어갭(G)이 너무 작게 되면 허용공차에 근접하게 되어 실질적으로 워터펌프의 동작의 신뢰성에 문제가 발생하게 된다. 예를 들면 에어갭(G)이 너무 작으면 마찰판(140)과 허브(160) 사이에서 간섭이 발생할 수도 있는 것이다. 이와 같은 점을 고려하면서, 시험 및 CAE 해석을 통해서, 상기 에어갭(G)이 0.3mm 미만으로 되면 회전동력 전달의 정확성에 문제가 생길 뿐만 아니라, 조립성에 있어서도 여러 가지 문제가 발생함을 알 수 있었다. 따라서 본 발명에서는 상기 에어갭(G)의 하한값을 0.3mm로 설정할 수 있다.

그리고 상기 허브(160)와 디스크 어셈블리(140) 사이에서 동력의 단속을 수행하기 위해서는 상기 디스크 어셈블리(140)를 풀리(100)의 저면(102a) 측으로 끌어 당기는 힘이 필요하다. 이러한 힘은 전원의 인가에 의하여 상기 필드코일 어셈블리(120)의 필드코일(122)에서 발생하는 자속에 의하여 형성된다. 이러한 힘이 작으면 상기 디스크 어셈블리(140)를 풀리(100)의 내측으로 잡아당기지 못하게 되고, 이러한 힘이 크면 불필요한 소비 전력의 낭비를 초래하게 된다. 이와 같은 점을 고려하면, 현재의 압축기의 사양에 대하여 상기 디스크 어셈블리(140)를 허브에서 이격시킬 때 필요한 힘은 대략 60N 이상임을 시험 및 CAE 해석으로 알 수 있었다. 이러한 점을 고려하면 상기 표 1 및 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 에어갭(G)이 0.5mm까지는 충분히 디스크 어셈블리(140)를 이동시킬 수 있음을 알 수 있다.

압축기의 설계 및 조립에서 허용되는 공차를 고려함과 동시에 본 발명자들의 시험과 CAE 해석을 통하여, 상술한 바와 같은 에어갭(G)은 0.3 ~0.5mm의 범위가 최적임을 알 수 있다.

다음에는 이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 동력 전달장치의 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

차량의 엔진에 냉각수를 공급할 필요가 있으면, 필드코일(122)에 인가되는 전원을 차단한다. 즉, 필드코일(122)에 전원이 인가되지 않으면 디스크 어셈블리(140)의 스프링판(144)의 탄성아암(144c)의 탄성력은, 상기 마찰판(142)을 전방(도면상 좌측) 측으로 탄성적으로 미는 상태를 유지하게 된다. 이러한 상태에서, 상기 마찰판(142)은 허브(160)과 결합하게 되어, 풀리(100)로 전달된 회전동력을 상기 허브(160)으로 전달할 수 있는 상태가 되어 실질적으로 회전축을 회전시키게 된다. 그리고 회전축의 회전에 의하여 회전축의 후단부에 설치된 임펠러를 통하여 냉각수를 엔진 측으로 공급하게 된다.

그리고 냉각수의 공급이 필요없는 경우, 즉 회전축을 회전시킬 필요가 없는 경우에는, 상기 필드코일(122)에 전원을 인가하여 동력을 차단하게 된다. 즉, 필드코일(122)에 전원이 인가되어 발생하는 자속에 의하여 상기 디스크(146)가 후방(도면상의 우측) 측으로 당겨지게 되어, 상기 마찰판(142)이 허브(160)와 이격된다. 따라서 회전축은 회전하지 않는 상태가 되어, 냉각수의 공급이 중지된다.

여기서 본 발명에 의하면 상기 디스크(146)의 후면과 풀리(100)의 전방 장착공간(102)의 저면(102a) 사이의 에어갭을 0.3 내지 0.5mm의 범위에서 설정하고 있기 때문에, 상기 필드코일 어셈블리(120)에서 발생하는 자력에 의하여 상기 디스크 어셈블리(140)가 잡아 당겨지기 위한 힘은 충분히 확보되고 있다. 그리고 워터펌의 구성부품 및 조립시의 허용공차를 고려하여도, 조립 및 워터펌프의 동작에는 전혀 지장이 없도록 구성되고 있다.

그리고 상술한 실시예에 있어서는, 상기 마찰판(142)과 허브(160)의 접촉면에는, 각각 산부분과 골부분이 형성되어 있어서 서로가 치합하도록 구성되는 예를 통하여 본 발명을 설명하였다. 그러나 본 발명은 이러한 형태의 동력 전달에 한정될 수 없음은 자명하다.

예를 들면, 상기 마찰판(142)와 허브(160)의 접촉면에 마찰력이 충분히 큰 마찰재를 이용하여 마찰면을 형성하고, 이러한 마찰력에 기초하여 디스크 어셈블리(140)에서 허브(160) 측으로 동력을 전달할 수 있도록 구성하는 경우에도 본 발명이 적용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 에어갭(G)의 하한은 0.3mm로 이는 워터펌프의 허용공차를 고려한 것이기 때문에, 마찰면을 이용한 동력 전달 방식에도 충분히 적용할 수 있을 것이다. 그리고 에어갭(G)의 상한은 0.5mm로 이는 디스크 어셈블리를 풀리의 내측으로 확실하게 잡아당길 수 있는 힘에 기초하여 결정되는 것이기 때문에 마찰면을 이용한 동력 전달 방식에도 당연히 적용될 수 있을 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 풀리의 저면과 디스크의 후면 사이의 간격인 에어갭(G)을 상술한 바와 같은 범위로 정하는 것에 의하여, 동력의 단속을 충분히 수행할 수 있으면서도 소비 전력의 최소화할 수 있도록 구성하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 보호범위는 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여 해석되어야 할 것임은 자명하다고 할 수 있다.

100 ..... 풀리 102 ..... 전방장착공간
102a ..... 저면 104 ..... 자장슬롯
120 ..... 필드코일 어셈블리 122 ..... 필드코일
140 ..... 디스크 어셈블리 142 ..... 마찰판
144 ..... 스프링판 146 ..... 디스크
160 ..... 허브 G ..... 에어갭

Claims (4)

1. 중간면(106)에 의하여 구획되는 전방장착공간(102)과 후방장착공간(110)을 구비하는 풀리(100)와;
   상기 풀리(100)의 후방장착공간(110)의 내부에 설치되어, 전원의 인가에 의하여 인력을 발생하는 필드코일 어셈블리(120);
   워터펌프를 구동하기 위한 회전축이 중심에 설치되는 허브(160); 그리고
   상기 전방장착공간(102)의 내부에 일측이 고정된 상태에서, 상기 허브(160) 측으로 탄성 지지되어 결합될 수 있고, 상기 필드코일 어셈블리(120)의 자력에 의하여 후방으로 일정 간격 탄성적으로 이동 가능하여 허브(160)와 이격되는 디스크 어셈블리(140)를 포함하여 구성되고;
   상기 디스크 어셈블리(140)의 후면과 상기 전방장착공간(102)의 저면(102a) 사이에 형성되는 에어갭(G)은 0.3mm ~ 0.5mm의 범위에 있으며,
   상기 디스크 어셈블리(140)는,
   상기 필드코일 어셈블리(120)의 자속에 반응하는 디스크(146);
   상기 허브(160)와 결합하는 마찰판(142); 그리고
   상기 디스크(146) 및 마찰판(142)과 같이 고정되며, 상기 풀리(100)의 전방장착공간(102)를 형성하는 외부측벽(112) 및 내부측벽(114)에 각각 고정되는 외부링(144a)및 내부링(144b)과, 상기 외부링(144a)과 내부링(144b) 사이에서 원호형 외팔보로 형성되어 상기 마찰판(142)을 허브(160) 측으로 탄성 지지하는 탄성아암(144c)을 구비하는 스프링판(144)을 포함하여 구성되는 워터펌프용 동력 전달장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 마찰판(142)에는 산부분(142a)과 골부분(142b)이 연속하여 성형되고, 상기 허브(160)의 접촉면에는 마찰판에 대응하는 골부분(162)과 산부분(164)이 형성되어 서로 결합될 수 있는 워터펌프용 동력 전달장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 마찰판(142)과 허브(160)의 각각 접촉면에는 결합시 회전동력이 전달될 수 있는 마찰면이 형성되어 있는 워터펌프용 동력 전달장치.
   

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