KR101720803B1 - 전자 클러치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여자코일로의 전원 공급이 중단된 상태에서는 영구자석에 의해 디스크와 풀리 간이 자기흡착되어 구동력이 전달될 수 있도록 한 구조에 있어서 상기 영구자석이 열 및 충격으로부터 보호될 수 있도록 한 새로운 형태의 전자 클러치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 배면에 장착홈(110)이 요입 형성된 풀리(100), 상기 장착홈(110) 내에 설치되는 필드코일 어셈블리(200) 및 영구자석(300)을 가지는 풀리 조립체(10)와, 상기 풀리 조립체(10)로부터 제공받은 흡인자속에 의해 허브 조립체(30)를 회전시키는 디스크(20)를 포함하며, 상기 영구자석(300)은 상기 풀리(100)에 형성된 장착홈(110)의 내부 중 상기 필드코일 어셈블리(200)의 후방측에 위치되도록 구성됨을 특징으로 하는 전자 클러치가 제공된다.

Description

전자 클러치{electromagnetic clutch}

본 발명은 여자코일로의 전원 공급이 중단된 상태에서는 영구자석에 의해 디스크와 풀리 간이 자기흡착되어 구동력이 전달될 수 있도록 한 구조에 있어서 상기 영구자석이 열 및 충격으로부터 보호될 수 있도록 한 새로운 형태의 전자 클러치에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 워터펌프는 냉각수를 가압하여 엔진으로 전달함으로써 엔진에서 발생하는 열을 방출하도록 하는 일련의 장치이며, 상기한 워터펌프는 전자 클러치를 통해 엔진의 구동력을 전달받아 구동된다.

상기 전자 클러치는 첨부된 도 1에 도시된 바와 같이 크게 풀리 조립체(10)와, 디스크(20) 및 허브 조립체(30)를 포함하여 구성되어, 상기 풀리 조립체(10)로부터 제공받은 흡인자속에 의해 상기 디스크(20)가 상기 풀리 조립체(10)와 접촉된 상태로 풀리 조립체(10)와 함께 회전되면서 상기 허브 조립체(30)를 회전시키는 역할을 수행한다.

여기서, 상기 풀리 조립체(10)는 엔진의 구동력을 벨트를 통해 전달받는 구성으로써, 외주면으로 벨트가 연결되어 엔진의 구동력을 제공받는 풀리(11)와, 전원 인가에 의해 자속을 발생시키는 필드코일 어셈블리(12) 및 상시적으로 자속을 발생하는 영구자석(13)을 포함하여 구성된다.

상기 풀리(11)는 워터펌프를 이루는 하우징(40)의 끝단에 회전 가능하게 설치된다. 이때 상기 풀리(11)와 하우징(40)의 끝단 사이에는 베어링(50)이 설치된다.

또한, 상기 필드코일 어셈블리(12)는 상기 풀리(11)의 배면에 형성된 장착홈(11a) 내에 삽입되는 코어(12a) 및 상기 코어(12a) 내에 수용되는 여자코일(12b)을 포함하여 구성되어 상기 여자코일(12b)로의 전류 인가에 의해 상기 코어(12a)의 형상에 따른 자기 회로를 형성하면서 자속을 발생시킨다.

이와 함께, 상기 영구자석(13)은 상기 풀리(11)의 배면에 형성된 장착홈(11a) 내의 전방측 벽면(디스크가 위치된 방향측의 벽면)과 상기 필드코일 어셈블리(12)의 선단 사이에 개재된 상태로 흡인자속을 제공하여 상기 디스크(20)가 상기 풀리(11)와의 대향면에 자기(磁氣) 흡착될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

즉, 여자코일로의 통전이 끊긴 무여자 상태에서는 상기 영구자석(13)의 흡인자속에 의해 상기 풀리(11)와 디스크(20) 간이 서로 자기 흡착됨에 따라 상기 풀리(11)를 통해 제공되는 엔진의 구동력이 상기 디스크(20)를 통해 허브 조립체(30)로 전달되어 상기 허브 조립체(30)에 조립된 워터펌프의 구동축(60)이 회전되고, 상기 여자코일(12b)로의 통전이 이루어진 여자 상태에서는 상기 여자코일(12b)로 상기 영구자석(13)이 제공하는 자속과는 반대 방향의 자속이 발생되어 상기 영구자석(13)의 흡인자속을 상계시킴으로써 풀리(11)와 디스크(20) 간의 자기 흡착이 해제됨에 따라 워터펌프의 구동축(60)이 동작 중단된다.

하지만, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 워터펌프용 전자 클러치는 상기 영구자석(13)이 풀리(11)에 형성된 장착홈(11a)의 내부 중 디스크(20)가 위치된 방향측의 벽면에 구비되기 때문에 각종 문제점이 야기되었다.

즉, 영구자석(13)은 통상 고유의 퀴리 온도(curie temperature) 이상에서는 자기(磁氣) 성능을 잃어버리게 됨을 고려할 때 상기 풀리(11)와 디스크(20) 간의 접촉 및 슬립(slip)에 따른 열은 상기한 영구자석(13)의 자기 성능에 큰 영향을 미칠 수밖에 없고, 이러한 상기 영구자석(13)의 자기 성능의 저하 혹은, 상실로 인해 디스크(20)와 풀리(11) 간의 자기 흡착이 안정적으로 이루어지지 못하여 워터펌프의 동작 불능이 발생될 수 있다는 문제점을 가지는 것이다.

물론, 상기 영구자석(13)을 상기 마찰열로부터 안전하게 보호하기 위해서는 퀴리 온도가 높은 영구자석(13)을 사용하면 되지만 이의 경우 상기 영구자석(13)의 단가 상승으로 인한 전체 제품의 제조 단가에 따른 상승이 야기됨으로써 바람직하지 않다.

뿐만 아니라, 상기 풀리(11)와 상기 디스크(20) 간의 대향면은 워터펌프의 온/오프에 따른 지속적인 접촉으로 인한 마찰 열이 발생됨을 고려할 때 풀리(11)의 장착홈(11a) 내벽면에 위치되는 영구자석(13)은 상기한 마찰 열을 상기 풀리(11)로부터 직접 전도받기 때문에 상기한 열적 충격에 의한 영구자석(13)의 자기성능의 저하가 초래되었던 문제점을 가진다.

또한, 통상의 영구자석(13)은 충격에 의해 쉽게 파손되는 재질임을 고려할 때 전술된 바와 같이 영구자석(13)이 풀리(11)의 장착홈(11a) 내벽면에 위치된 상태이기 때문에 상기 디스크(20)와 풀리(11) 간의 자기 흡착에 따른 충격이 상기 풀리(11)를 통해 직접 전달됨으로써 상기 전달된 충격에 의한 파손 우려가 크다는 문제점을 가진다.

본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 풀리와 디스크 간의 슬립 혹은, 접촉에 의해 발생되는 열(熱)로부터 영구자석이 안정적으로 보호될 수 있도록 하고, 상기 풀리와 디스크 간의 접촉에 따른 충격으로부터 상기 영구자석이 안정적으로 보호될 수 있도록 한 새로운 형태의 전자 클러치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자 클러치에 따르면 배면에 장착홈이 요입 형성된 풀리와 상기 장착홈 내에 설치되는 필드코일 어셈블리 및 영구자석을 가지는 풀리 조립체와, 상기 풀리 조립체로부터 제공받은 흡인자속에 의해 허브 조립체를 회전시키는 디스크를 포함하는 전자 클러치에 있어서, 상기 풀리 조립체의 영구자석은 상기 풀리에 형성된 장착홈의 내부 중 필드코일 어셈블리의 후방측에 위치되도록 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 필드코일 어셈블리는 전류의 인가에 의해 자속을 발생하는 여자코일과, 상기 여자코일의 어느 한 측편과 저부를 감싸는 내측 코어와, 상기 여자코일의 다른 한 측편과 상기 내측 코어의 저부를 감싸는 외측 코어를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 영구자석은 상기 내측 코어의 저부와 상기 외측 코어의 저부 사이에 개재된 상태로 고정됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 여자코일과 내측 코어와 외측 코어 및 영구자석은 에폭시로 일체화함을 특징으로 한다.

이상에서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 전자 클러치는 영구자석의 설치 위치에 대한 변경을 통해 디스크와 풀리 간의 접촉에 따른 충격으로부터 손상됨이 방지될 수 있을 뿐 아니라 상기 디스크와 풀리 간의 슬립에 따른 마찰열로부터 손상됨이 방지될 수 있다는 효과를 가진다.

더욱이, 본 발명에 따른 전자 클러치는 코어를 내측 코어와 외측 코어로 분할 형성함과 동시에 상기한 각 코어 간의 겹침 부위에 상기 영구자석을 구비한 후 에폭시로 일체화함으로써 상기 영구자석의 고정을 위한 별도 구성의 추가 없이 안정적인 설치 상태의 유지가 가능하게 된 효과를 가진다.

도 1은 종래 일반적인 워터펌프용 전자 클러치의 구조를 설명하기 위해 나타낸 단면도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워터펌프용 전자 클러치의 구조 중 여자코일로의 전원 인가가 이루어진 상태를 설명하기 위해 나타낸 단면도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워터펌프용 전자 클러치의 구조 중 여자코일로의 전원 인가가 차단된 상태를 설명하기 위해 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 전자 클러치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.

첨부된 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 클러치의 전반적인 구조를 나타내고 있다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 전자 클러치는 워터펌프에 적용되는 전자 클러치임을 그 예로 하며, 크게 풀리 조립체(10)와, 디스크(20) 및 허브 조립체(30)를 포함하여 구성된다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 상기 풀리 조립체(10)는 엔진의 구동력을 제공받아 회전하는 풀리(100)와, 전원 인가에 의해 자속을 발생시키는 필드코일 어셈블리(200) 및 전원 인가의 유무에 상관없이 자속(磁束)을 제공하는 영구자석(300)으로 구성된다.

여기서, 상기 풀리(100)는 워터펌프를 이루는 하우징(40)의 끝단에 회전 가능하게 설치되며, 상기 풀리(100)와 하우징(40)의 끝단 사이에는 베어링(50)이 설치된다.

이와 함께, 상기 풀리(100)의 배면에는 설치공간을 제공하는 장착홈(110)이 요입 형성되고, 상기 필드코일 어셈블리(200) 및 영구자석(300)은 상기 풀리(100)의 장착홈(110) 내에 설치된다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 필드코일 어셈블리(200)가 상기 장착홈(110) 내의 전방측 공간(도면상 좌측 공간)에 위치되도록 함과 동시에 상기 영구자석(300)은 상기 장착홈(110)의 내부 중 필드코일 어셈블리(200)의 후방측(도면상 우측)에 위치되도록 구성됨을 특징으로 제시한다.

상기한 영구자석(300)의 배치 구조는 상기 영구자석(300)을 슬립열이나 마찰 열 및 접촉 충격으로부터 보호하기 위한 일련의 구성이다.

즉, 영구자석(300)을 상기 장착홈(110) 내의 필드코일 어셈블리(200) 후방측에 배치함으로써 상기 풀리(100)의 전면과 후술될 디스크 간의 슬립이나 마찰에 의해 발생되는 열이 상기 영구자석(300)으로 직접 전도됨을 방지하여 상기 영구자석(300)의 열화로 인한 자기 성능의 저하가 방지될 수 있도록 하고, 상기 풀리(100)의 전면과 디스크(20) 간의 접촉에 따른 충격력이 상기 영구자석(300)으로 직접 전달됨을 방지하여 상기 영구자석(300)의 파손이 방지될 수 있도록 한 것이다.

또한, 전술된 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 풀리 조립체(10)의 각 구성 중 필드코일 어셈블리(200)는 전류의 인가에 의해 자속을 발생하는 여자코일(210)과, 상기 여자코일(210)이 설치되면서 자속의 자기회로를 형성하는 코어로 구성된다.

이때, 상기 여자코일(210)은 상기 영구자석(300)이 발생하는 자속 방향과는 반대 방향으로의 자속이 제공되도록 설계되며, 이로 인해 상기 여자코일(210)로부터 자속이 발생될 경우 이 발생된 자속은 상기 영구자석(300)의 흡인자속을 상계시키는 역할을 수행하게 된다.

이와 함께, 본 발명의 실시예에서는 상기한 코어가 내측 코어(220) 및 외측 코어(230)로 구성되면서 상기한 각 코어(220,230)의 하단 사이에 영구자석(300)이 개재되도록 구성됨을 특징으로 제시한다.

즉, 상기 내측 코어(220)는 상기 여자코일(210)의 어느 한 측편을 감싸는 제1측부단(221) 및 상기 여자코일(210)의 저부를 감싸는 제1저부단(222)으로 구성된 링 형상으로 형성되고, 상기 외측 코어(230)는 상기 여자코일(210)의 다른 한 측편을 감싸는 제2측부단(231) 및 상기 내측 코어(220)를 이루는 제1저부단(222)의 저부를 감싸는 제2저부단(232)으로 구성된 링 형상으로 형성되며, 상기 영구자석(300)은 상기 내측 코어(220)의 제1저부단(222)과 상기 외측 코어의 제2저부단(232) 사이에 개재되도록 구성되는 것이다.

상기한 구성에 의해, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석(300)은 열적 충격 및 접촉 충격으로부터 안전하게 보호될 뿐 아니라 상기 영구자석(300)을 풀리(100)의 장착홈(110) 내에 고정하기 위한 별도의 구성을 추가하지 않아도 된다는 장점을 가진다.

이와 함께, 본 발명의 실시예에서는 상기 여자코일(210)과 내측 코어(220)와 외측 코어(230) 및 영구자석(300)이 에폭시(240)로 일체화됨을 제시한다. 즉, 상기한 에폭시(240)에 의해 영구자석(300)이 안정적인 설치 상태를 유지할 수 있게 되는 것이다. 물론, 상기한 에폭시(240)는 상기 영구자석(300)뿐만 아니라 여자코일(210)로의 수분 침투 및 먼지 등의 각종 이물질 침입을 방지하는 역할도 함께 수행하게 된다.

다음으로, 상기 디스크(20)는 상기 풀리 조립체(10)의 풀리(100)에 선택적으로 접촉되어 풀리 조립체(10)와 함께 회전하면서 허브 조립체(30)를 회전시키는 일련의 구성이다.

상기한 디스크(20)는 풀리 조립체(10)의 풀리(100)와 허브 조립체(30) 사이에 개재되며, 더욱 구체적으로는 상기 허브 조립체(30)에 결합 고정되면서 상기 풀리 조립체(10)의 여자코일(210)이 흡인자속을 발생시킬 경우 상기 풀리 조립체(10)를 이루는 풀리(100)의 외표면(허브 조립체와 대향되는 면)에 접촉되면서 서로 간의 마찰력에 의해 상기 풀리 조립체(10)의 회전과 함께 회전되며, 이를 통해 허브 조립체(30)를 회전시키도록 구성된다.

다음으로, 상기 허브 조립체(30)는 상기 디스크(20)로부터 회전력을 제공받아 구동축(60)을 회전시키는 일련의 구성이다.

이와 같은 허브 조립체(30)는 구동축(60)과 결합되는 허브(31)와, 상기 디스크(20)와 풀리(100) 간의 자기흡착력이 해제될 경우 상기 디스크(20)를 상기 풀리(100)로부터 이격시키는 복원부재(32)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 구동축(60)의 타측 끝단에는 냉각수를 유동시키는 임펠러(도시는 생략됨)가 결합됨으로써, 상기 구동축(60)의 구동에 의한 임펠러의 동작으로 냉각수가 펌핑되면서 엔진의 과열을 방지하게 된다.

하기에서는, 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 전자 클러치의 동작 과정에 대하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

우선, 첨부된 도 2는 워터펌프의 동작 제어가 이루어지지 않은 상태이다.

이와 같은 워터펌프의 동작 제어가 이루어지지 않은 상태에서는 필드코일 어셈블리(200)를 이루는 여자코일(210)로 전원이 공급되고, 이로 인해 워터펌프의 구동축(60)은 동작되지 않은 상태로 유지된다.

즉, 영구자석(300)이 제공하는 자력에 의해 상기 디스크(20)가 상기 풀리(100)와 접촉되려고 하지만, 상기한 필드코일 어셈블리(200)의 여자코일(210)로 전원이 인가에 따른 자속이 발생됨과 더불어 이러한 여자코일(210)의 자속은 상기 영구자석(300)이 제공하는 자속과는 반대 방향의 자속이기 때문에 상기 여자코일(210)로부터 발생된 자속이 상기 영구자석(300)의 흡인자속을 상계시킴으로써 풀리(100)와 디스크(20) 간의 자기 흡착이 해제된다. 이에 따라 상기 디스크(20)는 복원부재(32)의 복원력에 의해 상기 풀리(100)로부터 이격됨으로써 워터펌프의 구동축(60)은 동작이 중단되는 것이다.

물론, 상기한 상태에서는 차량의 엔진 구동에 의해 풀리 조립체(10)가 회전될 수 있다. 그러나, 이렇게 풀리 조립체(10)의 회전이 이루어진다 하더라도 상기 디스크(20)는 상기 풀리 조립체(10)의 풀리(100)로부터 이격된 상태이기 때문에 그 회전이 이루어지지 않으며, 이로 인해 허브 조립체(30)의 회전 및 구동축(60)의 구동은 이루어지지 않는다.

그리고, 전술된 바와 같은 워터펌프의 동작이 이루어지지 않은 상태에서 엔진의 냉각수 온도가 미리 설정된 온도 이상으로 상승하면 여자코일(210)로 제공되는 전원이 차단된다. 이의 경우, 상기 여자코일(210)에서의 자속 발생이 중단되고, 이로 인해 영구자석(300)으로부터 제공되는 흡인자속만이 남게 되어 상기한 흡인자속에 의해 디스크(20)가 풀리(100)에 자기흡착된다. 이는, 첨부된 도 3과 같다.

따라서, 풀리 조립체(10)의 풀리(100)로 제공되는 엔진의 구동력은 상기 풀리(100)를 회전시킴과 동시에 상기 풀리(100)에 자기흡착된 디스크(20)를 함께 회전시키게 되고, 이로 인해 상기 디스크(20)와 결합된 허브 조립체(30)도 함께 회전되면서 구동축(60)을 구동시킨다.

또한, 상기한 구동축(60)의 회전이 이루어지면 이 구동축(60)에 결합된 임펠러(도시는 생략됨) 역시 회전됨으로써 냉각수의 펌핑 작업이 수행되며, 이렇게 펌핑되는 냉각수로 인해 엔진의 과열이 방지된다.

한편, 전술된 일련의 과정 중 영구자석(300)의 흡인자속에 의해 디스크(20)가 풀리(100)에 자기흡착되는 과정에서 상기 디스크(20)와 풀리(100) 간의 접촉 충격이 발생되고, 이렇게 발생된 접촉 충격은 풀리(100)로 제공된다.

하지만, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석(300)은 풀리(100)에 형성된 장착홈(110)의 내부 중 상기한 풀리(100)의 접촉 충격이 발생하는 부위와는 반대측 공간에 위치된 상태이기 때문에 상기 접촉 충격이 상기 영구자석(300)으로 직접 제공됨은 방지되며, 이로 인해 상기 영구자석(300)이 상기 접촉 충격에 의해 파손됨이 방지된다.

뿐만 아니라, 상기 풀리(100)와 상기 디스크(20) 간의 자기흡착에 따른 회전이 진행되는 도중에는 상기 두 구성(100,20) 간의 슬립에 따른 영향으로 마찰열이 발생하지만, 상기와 같이 마찰열이 발생하더라도 영구자석(300)이 상기 마찰열의 발생 부위와는 거리가 먼 곳에 위치되기 때문에 상기 영구자석(300)은 상기 마찰열에 의한 직접적인 영향을 받지 않으며, 이로 인해 마찰열에 의한 자기 성능의 저하가 방지된다.

특히, 풀리 조립체(10)가 결합되는 하우징(40)의 내부로는 냉각수의 유동에 따른 냉기의 제공이 이루어짐을 고려할 때 상기한 하우징(40)과의 인접 부위에 위치되는 영구자석(300)은 상기한 냉기에 의해 디스크(20)와 풀리(100) 간의 마찰열에 의한 영향을 거의 받지 않게 된다.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 영구자석(300)의 배치 구조로 인해 상기 영구자석(300)이 열적 충격에 의한 자기성능의 저하 및 접촉 충격에 의한 손상 등이 방지될 수 있게 되며, 이로 인해 영구자석(300)의 손상에 따른 동작 불량의 문제점은 해소될 수 있게 된다.

10. 풀리 조립체 20. 디스크
30. 허브 조립체 31. 허브
32. 복원부재 40. 전방 하우징
50. 베어링 60. 구동축
100. 풀리 110. 장착홈
200. 필드코일 어셈블리 210. 여자코일
220. 내측 코어 221. 제1측부단
222. 제1저부단 230. 외측 코어
231. 제2측부단 232. 제2저부단
240. 에폭시 300. 영구자석

Claims (4)

1. 배면에 장착홈(110)이 요입 형성된 풀리(100), 상기 장착홈(110) 내에 설치되는 필드코일 어셈블리(200) 및 영구자석(300)을 가지는 풀리 조립체(10)와, 상기 풀리 조립체(10)로부터 제공받은 흡인자속에 의해 허브 조립체(30)를 회전시키는 디스크(20)를 포함하는 전자 클러치에 있어서,
   상기 필드코일 어셈블리(200)는, 전류의 인가에 의해 자속을 발생하는 여자코일(210)과, 상기 여자코일(210)의 어느 한 측편을 감싸는 제1측부단(221) 및 상기 여자코일(210)의 저부를 감싸는 제1저부단(222)으로 구성되는 링 형상의 내측 코어(220)와, 상기 여자코일(210)의 다른 한 측편을 감싸는 제2측부단(231) 및 상기 내측 코어(220)의 제1저부단(222)의 저부를 감싸는 제2저부단(232)으로 구성되는 링 형상의 외측 코어(230)를 포함하고,
   상기 영구자석(300)은 상기 풀리(100)에 형성된 장착홈(110)의 내부 중 상기 필드코일 어셈블리(200)의 후방측에 위치되도록 구성되되, 상기 내측 코어(220)의 제1저부단(222)과 상기 외측 코어(230)의 제2저부단(232) 사이에 개재된 상태로 고정됨을 특징으로 하는 전자 클러치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 여자코일(210)과 내측 코어(220)와 외측 코어(230) 및 영구자석(300)은 에폭시(240)로 일체화함을 특징으로 하는 전자 클러치.
   

Images