KR101880318B1 - 제한된 오버러닝 능력을 갖는 디커플러 조립체 - Google Patents

제한된 오버러닝 능력을 갖는 디커플러 조립체 Download PDF

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Abstract

일 태양에서, 샤프트와 이 샤프트를 구동시키기 위해 사용되는 무단 구동 부재 사이에 사용하기 위한 디커플러 조립체가 제공된다. 디커플러 조립체는 풀리, 허브, 및 코일 토션 스프링이 바람직한 아이솔레이터 스프링을 포함한다. 스프링의 두 단부는 풀리와 허브 사이에서 토크를 전달하기 위해 풀리 및 허브와 적어도 간접적으로 결합될 수 있다. 스프링의 단부 중 적어도 하나는 나선형 축방향 숄더와 드라이버 벽을 포함하는 결합 구조물(풀리 또는 허브 상의)과 결합한다. 스프링은 (예를 들어 풀리가 허브를 오버런할 때) 드라이버 벽을 통해서 일 방향으로 토크를 전달하지만, 스프링 단부는 드라이버 벽에 고정 연결되지 않는다. 허브가 풀리를 오버런할 때, 스프링과 이 스프링이 고정 연결되지 않는 허브와 풀리 중 어느 하나 사이에는 상대 회전이 있게 된다. 따라서, 스프링 단부와 나선형 축방향 숄더 및 드라이버 벽 사이에는 상대 회전이 있게 된다. 이로 인해 스프링 단부가 드라이버 벽으로부터 분리되어 나선형 축방향 숄더 위로 올라가게 된다. 이는 스프링의 축방향 압축을 초래한다. 스프링이 축방향으로 선택된 양 만큼 압축될 수 있도록 스프링 코일은 선택된 양의 간격을 갖는다. 이것은 허브가 풀리를 오버런하는 상황에서 풀리와 허브 사이에서 달성 가능한 상대 회전의 양(및 오버런 양)을 설정한다.

Description

제한된 오버러닝 능력을 갖는 디커플러 조립체{DECOUPLER ASSEMBLY HAVING LIMITED OVERRUNNING CAPABILITY}
본 발명은 디커플러 조립체에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 교류발전기용 디커플러 조립체에 관한 것이다.
차량 내의 엔진으로부터 벨트에 의해 구동되는 교류발전기와 같은 부속물 상에 디커플링 기구를 제공하는 것은 공지되어 있다. 디커플러로서 지칭될 수 있는 이러한 디커플링 기구는 관련 부속물이 일시적으로 벨트의 속도와 다른 속도로 작동할 수 있게 한다. 예를 들어, 벨트가 가동하여 교류발전기 샤프트의 회전을 구동하고 있을 때 벨트가 급정지하는 경우, 디커플러는 교류발전기 샤프트가 항력으로 인해 감속되어 정지할 때까지 관성에 의해 일시적으로 계속 회전할 수 있게 하며, 따라서 교류발전기 샤프트에 대한 응력을 감소시킨다. 다른 예로서, 디커플러는 엔진으로부터의 크랭크샤프트가 피스톤의 운동과 관련한 감속 및 가속 사이클을 겪을 때에도 교류발전기 샤프트가 비교적 일정한 속도로 회전할 수 있게 한다.
이러한 디커플러는 차량의 동력전달장치에 매우 쓸모있는 부가물이다. 그러나, 여러가지 이유로 인해 제조 비용이 높아질 수 있다. 비용을 상승시키는 일 예는 디커플러와 함께 제공되는 풀리이다. 특정 디커플러에서, 풀리는 디커플러에 제공되는 랩(wrap) 스프링과 결합되기 때문에 통상 스틸로 만들어진다. 풀리는 외관 상의 이유로 코팅될 필요가 있을 수도 있다. 그러나, 풀리의 내표면은 랩 스프링과의 결합에 있어서 예측성을 제공하기 위해 매우 타이트한 공차를 갖는 선택된 치수를 갖도록 가공된다. 따라서, 보통 코팅 두께의 가변성이 비교적 높은 코팅은 통상 랩 스프링과 결합하는 풀리의 내표면에 적용될 수 없다. 따라서, 코팅 공정은 코팅 공정이 이루어지지 않을 경우에 비해서 더 어렵고 비용이 많이 든다. 또한, 코팅 자체에 스크래치가 생길 수 있으며 이로 인해 디커플러 전체가 검사에서 불합격되는 결과를 초래할 수 있다.
랩 스프링을 갖는 디커플러가 차량에서 BAS(Belt-Alternator-Start: 벨트-교류발전기-기동) 시스템과 함께 사용될 때는 다른 문제가 발생한다. 이러한 시스템에서, 교류발전기는 모터로서 구동되고 벨트를 구동하기 위해 사용되며, 따라서 벨트는 엔진을 기동시키기 위해 엔진의 크랭크샤프트를 구동시킨다. 그러나, 랩 스프링은 교류발전기 샤프트가 풀리를 구동시키는 것을 방지하며, 따라서 이 문제를 극복하기 위해 별도의 전기 클러치가 제안되었다. 그러나, 이러한 클러치는 비싸고 복잡하다.
그 비용을 절감하고, 그 작동 수명을 향상시키며, 그 복잡성을 감소시키고, 그 제조를 간단하게 하기 위한 요구가 지속적으로 있어왔다. 따라서, 이러한 지속적인 요구 사항 중 하나 이상을 해결하는 디커플러를 제공하는 것이 유익할 것이다.
제1 태양에서, 본 발명은 교류발전기 샤프트와 같은 회전 부재와 상기 회전 부재를 구동시키기 위해 사용되는 벨트 또는 다른 무단 구동 부재 사이에서 사용하기 위한 디커플러 조립체에 관한 것이다. 디커플러 조립체는 풀리, 허브, 및 코일 토션 스프링이 바람직한 아이솔레이터(isolator) 스프링을 포함한다. 스프링의 두 단부는 풀리와 허브 사이에서 토크를 전달하기 위해 풀리 및 허브와 적어도 간접적으로 결합될 수 있다. 스프링의 단부 중 적어도 하나는 나선형 축방향 숄더와 드라이버 벽을 포함하는 결합 구조물(풀리 또는 허브 상의)과 결합한다. 스프링은 (예를 들어 풀리가 허브를 오버런할 때) 드라이버 벽을 통해서 일 방향으로 토크를 전달하지만, 스프링 단부는 드라이버 벽에 고정 연결되지 않는다. 그 결과, 허브가 풀리를 오버런할 때, 스프링과 이 스프링이 고정 연결되지 않는 허브와 풀리 중 어느 하나 사이에는 상대 회전이 있게 된다. 따라서, 스프링 단부와 결합 구조물(즉, 나선형 축방향 숄더와 드라이버 벽) 사이에는 상대 회전이 있게 된다. 이로 인해 스프링 단부가 드라이버 벽으로부터 분리되어 나선형 축방향 숄더 위로 올라가게 된다. 이는 스프링의 축방향 압축을 초래한다. 스프링이 축방향으로 선택된 양 만큼 압축될 수 있도록 스프링의 코일은 선택된 양의 간격을 갖는다. 이것은 그 상황에서(예를 들어 허브가 풀리를 오버런하는 상황에서) 풀리와 허브 사이에서 달성 가능한 상대 회전의 양(및 따라서 오버런의 양)을 설정한다.
제1 태양의 보다 구체적인 실시예에서, 본 발명은 샤프트와 무단 구동 부재 사이에서 토크를 전달하기 위한 디커플러 조립체에 관한 것이다. 상기 디커플러 조립체는 샤프트가 회전축 주위로 허브와 공동 회전하도록 샤프트에 결합되도록 구성되는 허브, 무단 구동 부재와 결합되도록 구성되는 외주를 갖고 상기 허브에 회전 가능하게 결합되는 풀리, 복수의 갭에 의해 이격되는 복수의 코일을 갖고 상기 회전축과 동심 배치되며 제1 축방향 면과 제2 축방향 면을 갖는 나선형 토션 스프링, 상기 허브와 상기 풀리 중 하나와 상기 토션 스프링 사이에 배치되는 제1 결합 구조물, 및 상기 허브와 상기 풀리 중 다른 하나와 상기 토션 스프링 사이에 배치되는 제2 결합 구조물을 포함한다. 상기 제1 결합 구조물은 토션 스프링의 제1 축방향 면과 결합하기 위한 나선형 제1 축방향 숄더를 포함한다. 상기 제2 결합 구조물은 토션 스프링의 제2 축방향 면과 결합 가능한 제2 축방향 숄더를 포함한다. 허브에 대한 풀리의 제1 회전 방향으로의 회전은 토션 스프링을 통해서 허브를 회전 구동시킨다. 풀리에 대한 허브의 제1 방향으로의 회전은 토션 스프링과 나선형 제1 축방향 숄더 사이에 상대 회전을 발생시켜 토션 스프링이 제1 축방향 숄더와 제2 축방향 숄더 사이에서 축방향 압축되게 하고, 상기 복수의 갭은 토션 스프링의 선택된 양의 축방향 압축을 제공하도록 치수산정(sizing)된다.
디커플러 조립체는 차량용 BAS 시스템의 부품으로서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 차량은 크랭크샤프트를 갖는 엔진, 크랭크샤프트 풀리, 및 크랭크샤프트 풀리와 교류발전기에 결합되는 벨트를 포함한다. BAS 시스템은 교류발전기의 샤프트에 장착될 수 있는 디커플러 조립체를 포함한다. 상기 디커플러 조립체는 샤프트가 회전축 주위로 허브와 공동 회전하도록 샤프트에 결합되도록 구성되는 허브, 무단 구동 부재와 결합되도록 구성되는 외주를 갖고 상기 허브에 회전 가능하게 결합되는 풀리, 복수의 갭에 의해 이격되는 복수의 코일을 갖고 상기 회전축과 동심 배치되며 제1 축방향 면과 제2 축방향 면을 갖는 나선형 토션 스프링, 상기 허브와 상기 풀리 중 하나와 상기 토션 스프링 사이에 배치되는 제1 결합 구조물, 및 상기 허브와 상기 풀리 중 다른 하나와 상기 토션 스프링 사이에 배치되는 제2 결합 구조물을 포함한다. 상기 제1 결합 구조물은 토션 스프링의 제1 축방향 면과 결합하기 위한 나선형 제1 축방향 숄더를 포함한다. 상기 제2 결합 구조물은 토션 스프링의 제2 축방향 면과 결합 가능한 제2 축방향 숄더를 포함한다. 허브에 대한 풀리의 제1 회전 방향으로의 회전은 토션 스프링을 통해서 허브의 회전을 구동시킨다. 풀리에 대한 허브의 제1 방향으로의 회전은 토션 스프링과 나선형 제1 축방향 숄더 사이에 상대 회전을 발생시켜 토션 스프링이 제1 축방향 숄더와 제2 축방향 숄더 사이에서 축방향 압축되게 한다. 상기 복수의 갭은 토션 스프링의 선택된 양의 축방향 압축을 제공하도록 치수산정된다. 토션 스프링의 선택된 양의 압축은 풀리에 대한 허브의 360도 미만의 회전에서 도달된다.
이제 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 단지 예시적으로 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부속물 구동 벨트, 복수의 부속물, 및 디커플러 조립체를 갖는 엔진의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디커플러 조립체의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 디커플러 조립체의 측단면도이다.
도 4a는 풀리가 디커플러 조립체의 허브를 오버런하고 있는 상태에서의, 도 1에 도시된 디커플러 조립체 부분의 측면도이다.
도 4b는 허브가 디커플러 조립체의 풀리를 오버런하고 있는 상태에서의, 도 4a에 도시된 디커플러 조립체 부분의 측면도이다.
도 5a는 본 발명의 대체 실시예에 따른 디커플러 조립체의 분해 사시도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 디커플러 조립체의 측단면도이다.
도 5c는 도 5a에 도시된 디커플러 조립체의 부품인 슬리브의 사시도이다.
도 5d는 도 5b에 도시된 디커플러 조립체의 단부 단면도이다.
도 6a는 가변 토크에 대한 종래 기술의 아이솔레이터 조립체의 응답을 도시하는 그래프이다.
도 6b는 가변 토크에 대한 본 발명의 대체 실시예에 따른 디커플러 조립체의 응답을 도시하는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7g는 랩 스프링 클러치를 갖는 종래 기술의 디커플러 조립체 및 본 발명의 실시예에 따른 디커플러 조립체에 대해 실시된 테스트 및 테스트 결과를 도시하는 곡선이다.
도 8a는 본 발명의 대체 실시예에 따른 디커플러 조립체의 분해 사시도이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 디커플러 조립체의 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 대체 실시예에 따른 디커플러 조립체에 사용하기 위한 카트리지의 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 대체 실시예에 따른 디커플러 조립체에 사용하기 위한 카트리지의 측단면도이다.
도 11은 본 발명의 대체 실시예에 따른 디커플러 조립체에 사용하기 위한 카트리지의 측단면도이다.
도 11a는 도 11에 도시된 카트리지의 세부 사시도이다.
도 12는 본 발명의 대체 실시예에 따른 디커플러 조립체의 측단면도이다.
도 12a는 도 12에 도시된 디커플러 조립체의 세부 사시도이다.
도 1을 참조하면, 차량용 엔진(10)이 도시되어 있다. 엔진(10)은 예를 들어 벨트(14)일 수 있는 무단 구동 요소를 구동시키는 크랭크샤프트(12)를 포함한다. 벨트(14)를 거쳐서, 엔진(10)은 교류발전기 및 압축기와 같은 복수의 부속물(16)(점선으로 윤곽 도시됨)을 구동시킨다. 각각의 부속물(16)은, 벨트(14)에 의해 구동되며 그 위에 풀리(13)를 갖는 입력 구동 샤프트(15)를 포함한다. 벨트(14)와 임의의 하나 이상의 벨트 구동식 부속물(16)의 입력 샤프트(15) 사이에는 풀리 대신에 디커플러 조립체(20)가 제공된다. 디커플러 조립체(20)는 벨트(14)와 샤프트(15) 사이에서 토크를 전달하지만, 벨트(14)가 샤프트(15)에 대해 감속될 때 벨트(14)로부터 샤프트(15)를 자동적으로 결합해제시킨다. 또한, 디커플러 조립체(20)는 벨트(14)의 속도가 샤프트(15)에 대해 요동되게 할 수 있다. 따라서, 크랭크샤프트 속도의 요동(내연 피스톤 엔진의 고유 특성)의 결과인 벨트 속도의 요동이 디커플러 조립체(20)에 의해 감쇠되며, 그 결과 샤프트(15) 및 부품(16)에 의해 발생될 응력이 감소된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 디커플러 조립체(20)는 허브(22), 풀리(24), 제1 베어링 부재(26), 제2 베어링 부재(27) 및 아이솔레이션(isolation) 스프링(28)을 포함한다.
허브(22)는 임의의 적합한 방식으로 부속물 샤프트(15)(도 1)에 장착되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 허브(22)에는 샤프트 장착용 개구(36)가 관통 형성될 수 있으며, 상기 개구는 허브(22)와 샤프트(15)가 축(A) 주위로 공동 회전하도록 허브(22)를 샤프트(15) 단부에 장착시키기 위해 사용된다.
풀리(24)는 허브(22)에 회전 가능하게 결합된다. 풀리(24)는 벨트(14)와 결합하도록 구성된 외표면(40)을 갖는다. 외표면(40)은 홈(42)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 벨트(14)는 다중-V 벨트(multiple-V belt)일 수 있다. 그러나, 풀리(24)의 외표면(40)이 임의의 다른 적합한 구성을 가질 수 있으며 벨트(14)가 다중-V 벨트일 필요가 없다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 풀리(24)는 단일 홈을 가질 수 있고 벨트(14)는 단일 V 벨트일 수 있거나, 또는 풀리(24)는 평벨트(14)와 결합하기 위한 대체로 편평한 부분을 가질 수 있다. 풀리(24)는 또한 내표면(43)을 포함한다. 종래 기술의 일부 디커플러 조립체와 달리, 풀리(24)의 내표면(43)은 일방 클러치 스프링과 결합되지 않으며, 그 결과 풀리(24)는 이러한 클러치 스프링으로 인한 마손(galling) 또는 마모에 대한 내성을 갖는 재료로 만들어질 필요가 없다. 따라서, 풀리(24)는 페놀계 타입 또는 50% 유리 섬유 강화된 나일론-6과 같은 폴리머 재료 등의 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 그 결과, 풀리는 사출 성형될 수 있으며, 풀리 상에 제공되는 임의의 마감을 쉽게 가질 수 있다. 또한, 상기 재료는 선택된 색상의 것일 수 있으며, 따라서 풀리는 페인트에 대한 필요가 없이 외관 목적을 위한 선택된 색상을 갖는다. 금속재 풀리에 대해서는 페인트 또는 일부 유사 코팅이 필요하지만, 이것은 스크래치가 발생하기 쉬워서 아래의 기재가 드러날 수 있으며, 검사 과정 중에 조립체의 불합격이 초래된다. 그러나, 폴리머 풀리는 그 전체에 걸쳐서 색상이 미치고 있으므로 스크래치가 발생해도 동일한 색상이 유지되며, 따라서 스크래치에 의한 불합격 가능성이 감소된다. 이러한 불합격 가능성의 감소는 풀리의 전체 평균 제조 비용을 감소시킨다. 또한, 폴리머 풀리(24)는 재료 비용이 저렴하고 코팅 단계가 없어짐으로 인해, 코팅된 스틸 풀리보다 제조 비용이 상당히 저렴할 수 있다. 또한, 풀리(24)가 랩 스프링과 결합되지 않기 때문에, 풀리(24)의 내표면(43)은 매우 타이트한 공차를 갖고 형성될 필요가 없다. 대조적으로, 클러치 스프링과 직접 결합되는 종래 기술의 풀리는 일부 경우에, 클러치 스프링이 의도대로 작동하도록 클러치 스프링과 결합되는 풀리 내표면에 대한 엄격한 치수 제어를 요구할 수 있다.
그럼에도 불구하고 풀리(24)는 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속 재료로 제조될 수도 있다. 그러나, 스틸로 제조되는 경우에도, 풀리(24)는 디커플러 조립체에 사용되는 종래 기술의 일부 풀리보다 저렴할 수 있다. 예를 들어, 풀리(24)는 풀리 형상을 달성하기 위해 필요에 따라 스피닝 및 성형 공정(spinning and forming process)으로 제조될 수 있다. 이와 같은 풀리는 미국 특허 제4,273,547호에 기재되어 있다.
폴리머 재료로 제조되든 금속 재료로 제조되든, 풀리(24)는 랩 스프링과의 결합과 관련된 응력을 견딜 필요가 없기 때문에 종래 기술의 일부 풀리보다 가벼울 수 있다. 또한, 종래 기술의 일부 풀리와 관련된 타이트한 공차를 가질 필요가 없고, 따라서 벽 두께 등은 경량을 목적으로 선택될 수 있으며, 그 내표면에 대한 타이트한 공차 제공 능력의 보장을 덜 강조하면서 선택될 수 있다. 이 중량 감소는 회전 관성의 감소로 변환되며, 결과적으로 그 회전과 관련된 에너지 소비를 감소시킬 수 있다. 이는 풀리가 채용되는 차량에 있어서의 배기(emission) 감소 및/또는 연비 증가로 변환된다.
제1 베어링 부재(26)는 풀리(24)의 제1(근위) 축방향 단부(44)에서 허브(22) 상에 풀리(24)를 회전 가능하게 지지한다. 제1 베어링 부재(26)는 부싱과 같은 임의의 적합한 형태의 베어링 부재일 수 있다. 베어링 부재가 부싱인 경우 이는 나일론-4-6으로 제조될 수 있거나, 일부 적용에 있어서 베어링 부재는 미국 미시간주 버밍햄(Birmingham) 소재의 DSM에 의해 제조된 PX9A일 수 있거나, 또는 일부 다른 적합한 폴리머 재료로 제조될 수 있으며, 성형 풀리가 제공되는 실시예에서는 2단계 성형 공정으로 풀리(24) 상에 직접 성형될 수 있다. 이러한 경우에, 베어링은 몰드 공동에 삽입될 수 있으며 풀리(24)는 베어링(26) 위에 성형될 수 있다. 폴리머 부싱 대신에, 금속(예를 들면, 청동) 부싱이 제공될 수 있으며, 이는 전술한 베어링과 유사한 방식으로 풀리 성형 공정을 위해 몰드 공동에 삽입될 수 있다. 제1 베어링 부재(26)는 대안적으로 베어링(예들 들면, 볼 베어링 또는 롤러 베어링)일 수 있다.
제2 베어링 부재(27)는 허브(22)의 풀리 지지면(48) 상에 풀리(24)를 회전 가능하게 지지하기 위하여 풀리(24)의 제2(원위) 축방향 단부(46)에 배치된다. 제2 베어링 부재(27)는 볼 베어링, 롤러 베어링 또는 부싱과 같은 임의의 적합한 형태의 베어링 부재일 수 있다.
아이솔레이션 스프링(28)은 샤프트(15)에 대한 벨트(14) 속도의 요동을 수용하기 위해 제공된다. 아이솔레이션 스프링(28)은 반경방향 연장되는 드라이버 벽(52)과 충합하는 제1 나선형 단부(50)(도 4a) 및 허브(22) 상의 제1 나선형 축방향 숄더(51)와 결합되는 제1 나선형 축방향 면(63)(도 4a 및 도 4b)을 갖는 나선형 토션 스프링일 수 있다. 아이솔레이션 스프링(28)은 풀리(24) 상의 반경방향 연장되는 드라이버 벽(54)과 결합되는 제2 나선형 단부(53)(도 3), 및 제2 나선형 축방향 숄더(67)와 결합되는 제2 나선형 축방향 면(65)을 갖는다.
도시된 실시예에서, 아이솔레이션 스프링(28)은 제1 단부(50)와 제2 단부(53) 사이에 복수의 코일(58)을 갖는다. 이들 코일(58)은 복수의 갭(69)(도 4a)에 의해 이격되는 것이 바람직하며, 아이솔레이션 스프링(28)은 스프링(28)의 제1 및 제2 나선형 단부(50, 53)가 드라이버 벽(52, 54)을 갖는 나선형 축방향 숄더(51)와 각각 충합되도록 보장하기 위해 선택된 양의 축방향 압축 하에 있는 것이 바람직하다.
제1 나선형 축방향 숄더(51)와 제1 드라이버 벽(52)을 일괄하여 제1 결합 구조물로 지칭할 수 있다. 제2 나선형 축방향 숄더(67)와 제2 드라이버 벽(54)을 일괄하여 제2 결합 구조물로 지칭할 수 있다.
허브(22)에 대한 풀리(24)의 제1 회전 방향으로의 회전은 토션 스프링(28)을 통해서 허브(22)를 회전 구동시킨다. 풀리(24)에 대한 허브(22)의 제1 방향으로의 회전은 토션 스프링(28)과 나선형 제1 축방향 숄더(51) 사이에 상대 회전을 발생시켜 토션 스프링(28)이 제1 축방향 숄더(51)와 제2 축방향 숄더(67) 사이에서 축방향 압축되게 한다. 복수의 갭(69)은 디커플러 조립체(20)가 휴지 상태에 있을 때 토션 스프링(28)의 선택된 양의 축방향 압축을 제공하도록 치수산정된다.
아이솔레이션 스프링(28)은 적절한 스프링 스틸과 같은 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 아이솔레이션 스프링(28)은 임의의 적합한 단면 형상을 가질 수 있다. 도면에서, 아이솔레이션 스프링(28)은 직사각형 단면 형상을 갖는 것으로 도시되어 있으며, 이 직사각형 단면 형상은 주어진 점유 체적에서 아이솔레이션 스프링에 상대적 비틀림 저항(즉 스프링 상수)을 제공한다. 적합한 스프링 상수가 원형 단면 형상 또는 정사각형 단면 형상과 같은 다른 단면 형상에 의해 얻어질 수도 있다. 이것은 직사각형 단면을 갖는 와이어로 만들어진 아이솔레이션 스프링에 비해서 아이솔레이션 스프링의 비용을 감소시킬 수 있다는 점에서 유익할 수 있다.
사용 중에, 풀리(24)가 벨트(14)에 의해 구동될 때, 풀리(24)는 토션 스프링(28)과 제1 및 제2 드라이버 벽(52, 54)의 결합을 통해서 교류발전기 샤프트(또는 다른 부속물의 샤프트)의 회전을 구동시킨다. 엔진이 정지할 때와 같은 일시적 사건 중에, 풀리(24)는 벨트(14)에 의해 정지될 것이지만, 교류발전기 샤프트(15)는 짧은 시간 동안 계속 회전할 것이다. 도 4a 및 도 4b에 도시하듯이, 허브(22)는 샤프트(15)와 함께 회전하여 제1 드라이버 벽(52)을 스프링(28)의 단부(50)로부터 이격시킬 것이다. 나선형 축방향 면(51)도 허브(22)와 함께 회전하지만, 이 회전에 의해서 나선형 축방향 면은 스프링(28)의 축방향 면(63)을 축방향 근위로 밀어내며(도 4b), 따라서 스프링(28)을 축방향으로 압축시킨다. 이것은 샤프트(15)가 마찰력으로 인해 회전을 멈출 때까지 계속되거나, 또는 코일(58) 전체가 상호 접촉하고 그 시점에서 스프링(28)이 로크되어(즉, 축방향 압축이 더 이상 불가능) 허브(22)가 추가로 풀리(24)를 오버런하는 것을 더 이상 허용하지 않을 때까지 허브(22)가 스프링(28)의 축방향 압축을 구동시키기에 충분히 많이 회전할 때까지 계속된다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예에서, 허브(22)와 풀리(24) 사이에는 스프링(28)이 로크 업(lock up)되는 선택된 상대 각도가 존재한다. 이것은 디커플러(20)가 풀리(24)에 대한 허브(22)의 360도 미만의 상대 운동을 제공하는 것을 의미한다. 그러나, 스프링 로크 업 이전에 달성 가능한 상대 운동의 특정 양은 갭(69)의 크기에 기초해서 선택될 수 있다. 특히, 달성 가능한 상대 운동의 양은 대부분의 상황에서 요구되는 양을 초과하도록 선택될 수 있다. 많은 상황에서, 디커플러에서의 허브와 풀리 사이의 상대 운동은 70도 미만이도록 결정되었다. 따라서, 달성 가능한 상대 운동의 양이 약 70도보다 크도록 선택되면, 많은 상황이 디커플러(20)에 의해 처리될 수 있다. 스프링 로크 업 이전의 상대 운동 양은 360도 까지의 임의의 양이도록 또는 일부 실시예에서 심지어 그 이상이도록 선택될 수 있음을 알 것이다. 특정한 일 실시예에서, 달성 가능한 상대 운동의 양은 대략 360도 미만이며, 보다 바람직하게는 약 350도 미만이다.
갭(69)의 치수산정은 풀리(24)에 대한 허브(22)의 상대 회전이 완전한 360도이더라도 스프링(28)의 로크 업을 방지하기 위해 간극이 충분하도록 선택될 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 디커플러 조립체(20)와 유사하지만, 스프링(28)을 통해서 [예를 들어 풀리(24)로부터 허브(22)로] 전달되는 요동을 감쇠시키기 위한 수단을 포함하며, 스프링(28)이 자체적으로 처리해야 하는 토크의 양을 제한하기 위한 수단을 또한 포함하는 디커플러 조립체(129)가 도시되어 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예에서, 스프링(28)과 풀리(24) 사이에는 별도의 캐리어(130)가 제공된다. 캐리어(130)는 폴리머 재료와 같은 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 캐리어(130)는 키이(key), 가압-끼워맞춤, 스플라인 또는 임의의 기타 적합한 구조물에 의해 풀리(24)에 대해 회전식으로 고정 연결될 수 있다. 도 5d에서는 풀리(24)와 일체가 되는 키이(131)가 캐리어(130) 내의 키이 홈(keyway)(133)과 결합되는 것으로 도시되어 있다. 캐리어(130) 상에는 제2 결합 구조물이 구비될 수 있다. 스프링(28)이 사용 중에 팽창할 때, 스프링은 캐리어(130) 상의 감쇠면(132)에 대해 문질러지도록 충분히 팽창될 수 있다. 이러한 팽창 시에 스프링(28)과 풀리(24) 사이에 속도의 차이가 있을 때 일부 감쇠가 발생한다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c에는 슬리브(134)도 도시되어 있다. 슬리브(134)는 풀리(24)의 내표면과 접촉할 수 있지만 내표면에 연결되지 않을 수도 있다[즉, 풀리(24)에 대한 슬리브(134)의 움직임이 가능할 수도 있다]. 슬리브(134)는 임의의 적합한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 슬리브(134)는 도 5c에 도시하듯이 거의 완전한 원통형 형상이다. 다른 실시예에서, 슬리브(134)는 코일 스프링과 같은 형상일 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 슬리브(134)는 완전한 실린더의 형태일 수도 있다. 슬리브(134)는 스프링(28)을 둘러싸며, 스프링(28)에서 일어날 수 있는 반경방향 팽창의 양을 제한한다. 충분히 큰 토크가 스프링(28)을 통해서 인가되면, 스프링(28)은 충분히 팽창되어 슬리브(134)와 결합될 것이다. 도 5a 및 도 5b에 도시하듯이, 슬리브(134)는 풀리(24)의 내표면과 결합되며, 따라서 스프링(28)이 슬리브(134)와 결합되면 스프링(28)은 반경방향으로 더 이상 팽창될 수 없다. 스프링(28)을 통해서 인가되는 일체의 더 큰 토크는 슬리브(134)에 의해 지지된다. 이런 식으로, 슬리브(134)는 스프링(28)이 자체적으로 처리해야 하는 토크의 양을 제한한다. 또한, 슬리브(134)와 스프링(28)의 결합 및 풀리(28)의 내표면과 슬리브(134)의 결합은 스프링(28)을 통해서 전달되는 요동을 감쇠시키는 역할을 한다. 슬리브(134)는 플라스틱 재료(예를 들면 나일론) 또는 금속(예를 들면 스틸)과 같은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 슬리브(134)가 제공되는 실시예에서, 슬리브는 캐리어(130)와 허브(22) 상의 유사 부분(136) 사이에서 단지 축방향으로 '부유(float)'할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시하듯이, 디커플러 조립체(129)는 베어링 부재(27)를 포착하는 리테이너(138)를 더 포함한다. 또한, 도 5a 및 도 5b에 도시하듯이, 베어링 부재(26)는, 풀리(24)와 허브(22) 사이에 반경방향으로 배치되고 또한 풀리(24)와 캐리어(130) 사이에 축방향으로 배치되는 부싱(140)으로서 도시되어 있다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 디커플러 조립체(129)와 유사하지만, 요동을 감쇠시키기 위한 추가 수단을 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디커플러 조립체(150)가 도시되어 있다. 디커플러 조립체(150)에서, 베어링 부재(27)는 볼 베어링이 아니라 부싱(152)이다. 부싱(152)은 허브(22)와 풀리(24) 사이에 반경방향으로 배치되며, 또한 허브(22)의 원위 단부와 리테이너(154) 사이에 축방향으로 배치된다. 부싱(152)은 디커플러 조립체(129)에서 제공되는 감쇠에 비해서 디커플러 조립체(150)에 추가 감쇠를 제공한다.
도 9를 참조하면, 디커플러 조립체의 조립 중에 사용될 수 있는 카트리지(160)가 도시되어 있다. 카트리지(160)는 풀리-관련 캐리어(162), 슬리브(164), 및 허브-관련 캐리어(166)로 구성될 수 있다. 이들 세 개의 부품(162, 164, 166)은 함께 조립될 수 있고, 그 내부에 포착되어 있는 스프링(28)(도 9에 도시되지 않음)과 함께 로봇 또는 조립 라인 작업자에 의해 함께 유지될 수 있으며, 허브(168) 상에 모두 함께 장착될 수 있다. 허브-관련 캐리어(166)는 허브(168) 상의 지지면(170) 상에 착좌될 수 있다. 지지면(170) 내의 키이 홈(도 5d에 도시된 것과 유사함) 내에서 연장되는 키이가 제공될 수 있다. 풀리(24)와 캐리어(162) 사이에는 유사한 배치가 제공될 수 있다. 도시되지는 않지만 허브 상에 풀리(24)를 지지하기 위한 베어링 부재가 제공될 것이다.
도 10을 참조하면, 카트리지(180)가 단지 두 개의 부품, 즉 예를 들어 풀리(24)에 키이 결합될 수 있는 풀리-관련 캐리어(182), 및 허브(188) 상의 지지면(189)에 키이 결합될 수 있는 슬리브 부분(186)을 포함하는 허브-관련 캐리어(184)를 구비하는 것을 제외하고 카트리지(160)와 유사할 수 있는 카트리지(180)가 도시되어 있다. 도시되지는 않지만, 허브 상에 풀리(24)를 지지하기 위한 베어링 부재가 제공될 것이다.
도 11을 참조하면, 허브-관련 캐리어(192)와 풀리-관련 캐리어(194)가 클립 연결체(196) 등에 의해 함께 연결되는 것을 제외하고 카트리지(180)와 유사할 수 있는 카트리지(190)가 도시되어 있다. 클립 연결체(196)는 디커플러 조립체의 제조 중에 조립 라인 작업자 또는 로봇에 의한 용이한 운송 및 취급을 위해 카트리지(190)를 함께 유지한다. 카트리지(190)가 허브(198) 상에 장착되면, 풀리-관련 캐리어(192)와 허브-관련 캐리어(194)는 임의의 적합한 수단에 의해 상호 분리될 수 있다. 예를 들어 도 11a에 도시하듯이, 두 개의 캐리어(192, 194)의 서로에 대한 회전은 두 개의 클립 요소(200, 202)를 더 이상 중첩되지 않도록 슬라이딩 이격시킬 수 있으며, 따라서 스프링(28)이 두 개의 캐리어(192, 194)를 밀어서 이격시킬 수 있다[두 개의 캐리어(192, 194)가 함께 클립될 때 스프링(28)이 압축될 수 있다]. 사용 중에, 두 개의 캐리어(192, 194)는 이들 캐리어가 다시 결합되는 심각한 위험에 놓이지 않도록 충분히 분리 유지될 것이다. 도시되지는 않지만 허브 상에 풀리(24)를 지지하기 위한 베어링 부재가 제공될 것이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디커플러 조립체(210)가 도시되어 있다. 디커플러 조립체(210)에서, 제1 결합 구조물은 허브-관련 캐리어(218)의 제1 축방향 단부(216)와 결합되는 나선형 축방향 숄더(212)를 허브(214) 상에 포함한다. 캐리어(218)는 스프링(28)과 함께 회전하도록 스프링(28)과 결합된다. 허브(214) 상의 드라이버 벽(도 12a에서 220으로 도시됨)은 캐리어(218) 상의 대응 벽(222)과 결합된다. 허브(214)가 풀리(24)를 오버런할 때, 캐리어(218)에 대한 허브(214)[그리고 따라서 나선형 축방향 숄더(212)]의 상대 회전은 본 명세서의 다른 곳에 기재된 유사 방법으로 오버런을 허용하도록 스프링(28)(도 12에 도시되지 않음)을 축방향으로 압축시킨다. 슬리브는 224로 도시되고 풀리-관련 캐리어는 226으로 도시된다. 허브 상에서 풀리(24)를 지지하기 위한 베어링 부재는 도시되지는 않지만 제공될 것이다.
상기 실시예 중 적어도 일부에 따른 디커플러 조립체의 사용 중에, 감쇠력(즉, 마찰력)은 스프링(28)에 의해 제공되는 축방향 힘에 적어도 부분적으로 의존하는 것을 알 수 있다. 이러한 실시예에서는, 스프링(28)이 제1 결합면의 회전에 의해 축방향으로 압축됨에 따라, 스프링(28)에 의해 제공되는 축방향 힘이 증가하며 따라서 디커플러 조립체에 의해 제공되는 감쇠력이 증가한다.
감쇠는 허브와 관련된 마찰면과 함께 캐리어에 의해 제공되는 것으로 기술되었다. 감쇠의 일부 또는 거의 전부는 풀리 상에 제공되거나 풀리와 관련되는 마찰면과 함께 제공될 수 있음을 알 것이다.
도시 및 기재하듯이, 일부 실시예에서, 제1 및 제2 결합 구조물은 모두, 스프링(28)이 양 단부에서 허브 또는 풀리에 고정 연결되지 않도록 드라이버 벽 및 나선형 축방향 숄더를 포함한다. 그러나 스프링(28)의 일 단부는 풀리 또는 허브에 고정 연결하고 스프링의 다른 단부는 허브 또는 풀리 중 다른 하나에 고정 연결시키지 않는 것도 대안적으로 가능하다. 스프링(28)의 연결되지 않은 단부는 허브 상에 존재하거나 풀리 상에 존재할 수 있다.
종래 기술의 통상적인(비-오버러닝) 아이솔레이터에서는, 토션 스프링의 제1 및 제2 단부가 모두 [허브와 풀리 내의 슬롯과 결합하는 탱(tang)을 형성하도록 휘어짐으로써] 허브와 풀리에 각각 고정 연결된다. 도 6a는 이러한 종래 기술의 아이솔레이터의 응답 곡선(70)을 도시한다. 알 수 있듯이, 곡선(70)의 제1 부분(72)은 허브와 풀리 사이의 상대 각도와 토션 스프링을 통해서 전달되는 토크 사이의 선형 관계를 도시한다. 풀리가 허브를 구동할 때, 예를 들어, 풀리에 의해 스프링을 통해서 허브에 인가되는 토크는 포지티브한 것으로 간주될 수 있으며 그와 관련한 각도 변화는 포지티브한 것으로 간주될 수 있다. 토크가 증가할수록, 상대 각도는 상대적으로 선형 증가한다.
도 6a에 모델링 도시된 아이솔레이터에서는, 토션 스프링이 사용 중에 겪을 수 있는 반경반향 팽창의 최대 양을 규제하는 슬리브가 제공되었다. 곡선의 제2 부분(74)은 스프링이 팽창되어 슬리브에 의해 규제될 때 일어나는 것을 도시한다. 알 수 있듯이, 허브와 풀리의 상대 각도가 본질적으로 전혀 변하지 않는 상태에서 토크가 거의 수직하게 증가한다. 곡선 부분(76)에서 알 수 있듯이, 전달되는 토크가 감소할수록, 제2 곡선 부분(74)이 본질적으로 반영하는 상대 각도는 감소한다. 스프링이 슬리브로부터 내측으로 견인되면, 허브와 풀리 사이의 상대 각도의 감소는 비교적 선형이며 제1 곡선 부분(72)과 평행하다. 78에서 알 수 있듯이, 허브가 풀리를 구동할 때(예를 들어 엔진의 작동 정지 중에 회전하도록 허브가 풀리를 견인할 때) 스프링 단부는 휴지 위치를 지나서 이동하고, 상호 근접하는 밀어냄으로부터 허브 및 풀리에 의해 상호 이격되는 견인으로 이행된다(마이너스 각도 변화로 간주됨). 그러나, 이 이행 중에, 곡선에서는 스파이크가 관찰될 수 있다. 이 스파이크는 스프링 단부가 슬롯 내에서 밀어냄으로부터 견인으로 조절될 때 발생한다. 아이솔레이터의 사용 중에 그래프의 이 영역의 반복 통과는 결국 노이즈를 초래할 수 있거나 및/또는 스프링, 허브 및/또는 풀리의 항복과 고장을 초래할 수 있다. 허브가 풀리를 견인하는 시점으로부터 풀리가 허브를 밀어내는 시점으로의 이행을 도시하는 곡선 부분 상에 유사한 이행 영역(80)이 존재할 수 있음을 알 수 있으며, 이것은 다시 사용 중에 스프링, 허브 및/또는 풀리의 마모, 노이즈 및 고장의 원인이 된다.
일반적으로, 허브와 풀리에 고정 연결된 스프링의 양 단부를 갖는 아이솔레이터는 슬리브에 의해 큰 이득을 보는데, 그 이유는 슬리브가 스프링의 작동 수명을 증가시키는데 도움이 되기 때문이다. 보다 구체적으로, 스프링이 반경방향으로 팽창할 때(즉, 토크를 전달할 때), 제 위치에 고정되어 있는 스프링 단부는 응력을 받는다. 단부가 반복해서 응력을 받게 되면 결국 이들 지점에서 피로로 인한 스프링의 파손을 초래할 수 있다. 슬리브는 스프링이 반경방향으로 팽창할 수 있는 양을 규제함으로써 이 상황을 개선하지만, 이는 스프링이 제공할 수 있는 아이솔레이션의 양을 제한한다. 대조적으로, 본 명세서에 도시 및 기재된 적어도 일부 실시예에서의 스프링(28)의 양 단부는 허브와 풀리에 고정 연결되지 않는다. 따라서, 스프링(28)은 상기 응력을 받지 않는다. 그 결과, 스프링(28)은 이와 같이 스프링 단부에서 피로 파괴될 위험이 없이, (아이솔레이션을 제공하는 한편으로 처리 가능한 토크 범위가 증대되도록) 슬리브 없이 작동할 수 있다. (예를 들어 도 5a 내지 5c에 도시하듯이) 슬리브가 제공되면, 이 슬리브는 피로 파괴의 위험으로 인해 상기 종래 기술의 아이솔레이터에서의 스프링에 대해 실현되는 것에 비해서, 스프링(28)으로부터 더 멀리 이격될 수 있다.
도 6b는 (슬리브가 없는 상태에서) 사용 중의 디커플러(20)의 응답을 도시하는 곡선(81)을 도시한다. 곡선의 제1 부분(82, 88)은 도 6a의 곡선(70) 상의 부분(72, 78)과 매우 유사할 수 있다. 알 수 있듯이, 풀리가 허브를 구동하는 상황으로부터 허브가 풀리를 오버런하는 상황으로 곡선이 (영역 90에서) 이행될 때, 곡선은 이후 수평 연장되는 바, 이는 토크 전달이 전혀 없는 각도 변위가 있음을 (부분 92에서) 도시한다. 이는 제1 스프링 단부(50)가 드라이버 벽(52)으로부터 분리되는 시점을 도시한다. 결국 오버러닝이 충분히 오래 연장되면, 허브와 풀리는 스프링(28)이 로크 업되는[즉, 코일(58) 사이에 갭이 남지 않는] 상대 각도에 도달할 것이며, 토크는 94로 도시하듯이 상대 각도가 본질적으로 전혀 변하지 않는 상태에서 (마이너스 방향으로) 증가할 것이다. 곡선(81)에서 알 수 있듯이, 풀리를 오버러닝하는 허브와 허브를 오버러닝하는 풀리 사이에서는 스프링 이행으로서 발생하는 스파이크가 전혀 없다. 이는 스프링의 적어도 하나의 단부가 이 단부가 결합될 수 있는 허브 또는 풀리에 고정 연결되지 않기 때문이다.
도 7a 내지 도 7g는 디커플러(20)와, 일방(one-way) 랩 스프링 클러치를 포함하는 종래 기술의 디커플러의 비교를 도시한다. 도 7a의 그래프는 디커플러(20)와 랩 스프링을 갖는 디커플러 양자에 실시된 정상 상태(steady state) 테스트를 도시한다. 이 테스트에서는, 사인곡선형 비틀림 진동이 디커플러에 인가되었으며, 여기에서 인가된 토크는 곡선 93으로 도시하듯이 21.7 Hz의 주파수에서 2000 Nm +/- 300 Nm였다. 도 7b는 랩 스프링을 갖는 종래 기술의 디커플러의 성능을 도시한다. 95로 도시된 곡선은 풀리에 의해 인가되는 토크이다. 96으로 도시된 곡선은 허브에 인가되는 토크이다. 알 수 있듯이, 허브에서의 토크는 시간에 따라 상 변위(phase shift)되며, 풀리에서 인가되는 토크보다 낮다. 도 7c는 디커플러(20)의 성능을 도시한다. 98로 도시된 곡선은 풀리(24)에 의해 인가되는 토크이다. 100으로 도시된 곡선은 허브(22)에 인가되는 토크이다. 알 수 있듯이, 여기에서도 허브(22)에서의 토크는 시간에 따라 상 변위되며, 풀리(24)에서 인가되는 토크보다 낮다.
도 7d는 엔진의 기동 중인 과도 상태의 제1 형태 하에서의 종래 기술 디커플러의 성능을 도시하는 그래프이다. 풀리의 속도는 곡선 102로 도시되며, 허브의 속도는 곡선 104로 도시된다. 예시적 영역(106)에서 알 수 있듯이, 허브의 속도가 풀리의 속도보다 큰(즉, 허브가 풀리를 오버런하는) 상황이 존재한다. 도 7e는 디커플러(20)에 대한 유사 그래프이다. 풀리 속도 곡선은 108로 도시되고 허브 속도 곡선은 110으로 도시된다. 예시적 영역(112)에서 알 수 있듯이, 여기서에도 허브는 엔진 기동 중의 특정 시점에서 풀리를 오버런한다.
도 7f는 엔진 작동 정지 상태인 다른 과도 상태 중의 종래 기술 디커플러의 응답을 도시한다. 풀리 속도와 허브 속도는 각각 곡선 114와 116으로 도시된다. 알 수 있듯이, 랩 스프링은 영역(118)에 도시하듯이 허브가 풀리에 대해 비교적 긴 기간(약 0.4초) 오버런할 수 있게 한다. 도 7g는 엔진 작동 정지 도중의 디커플러(20)의 응답을 도시한다. 풀리 속도와 허브 속도는 각각 곡선 120과 122로 도시된다. 알 수 있듯이, 허브는 작동 정지 중에 짧은 기간 동안(영역 124 참조) 풀리를 반복적으로 오버런하며, 이는 기동 상황 중의 성능을 다소 반영한다. 일부 상황에서, 이는 어느 정도의 벨트 슬립으로 인해 찍찍소리(chirp)가 나게 할 수 있지만, 많은 상황에서, 벨트 찍찍소리는 방지되며, 벨트 찍찍소리가 존재하는 어느 경우에도 풀리, 샤프트 및 벨트에 대한 전체 응력은 아이솔레이션 또는 디커플링이 전혀 없는 구조에 비해서 감소된다.
본 명세서에 기재된 디커플러 조립체에 특히 유용한 적용은 엔진(10)용 BAS 시스템의 부품으로서의 적용이다. BAS 시스템은 시동기 모터 대신에 벨트를 거쳐서 크랭크샤프트를 회전시킴으로써 엔진을 기동시킨다. 벨트는 일시적으로 모터로서 작동하도록 급전되는 교류발전기에 의해 구동된다. 이러한 상황에서는, 일방 랩 스프링 클러치를 구비하는 종래 기술의 디커플러가 작동될 수 있을 것인 바, 왜냐면 허브가 풀리를 구동하는 것이 클러치에 의해 방지되기 때문이다. 이를 극복하기 위해, 일부 시스템이 제안되었으며, 이에 따르면 허브가 풀리를 구동해야 하는 엔진 기동 중에 작동되는 전동 클러치가 제공된다. 이러한 배치가 실시될 수 있지만, 이는 상대적으로 비싸고, 상대적으로 복잡하며, 많은 차량의 이미 비좁은 엔진 베이 내에서 비교적 큰 공간을 차지할 수 있다. 대조적으로, 스프링(28)을 허브와 풀리 사이에서 360도의 상대 회전 이내로 로크시키는 본 명세서에 기재된 디커플러 조립체는 자동으로 허브가 풀리를 구동시킬 수 있게 하며, 따라서 복잡하고 비싼 전동 클러치를 필요로 하지 않는다.
본 명세서에 기재된 디커플러 조립체는 일부 오버러닝 능력을 제공하는 한편으로, 랩 스프링 및 그와 연관된 정밀 가공된 풀리와 관련된 비용 및 복잡성을 제거하는 것을 알 수 있다. 풀리의 제조 비용 감소와 함께, 본 명세서에 기재된 디커플러 조립체에 의해 제공되는 다른 장점이 있다. 예를 들어, 풀리의 내표면과 결합하는 랩 스프링을 포함하는 디커플러에서는, 큰 풀리를 수용하도록 설계를 효과적으로 변경하기가 어렵다. 풀리의 내경이 변경되면, 랩 스프링이 교체되어야 하며 설계는 아마도 재평가되어야 할 것이다. 외경이 증가해도 풀리의 내경이 변경되지 않으면, 풀리는 쓸데없이 무거워진다. 대조적으로, 본 명세서에 기재된 디커플러 조립체는 랩 스프링을 채용할 필요가 없으며, 따라서 풀리의 내경 및 외경 양자의 증가를 쉽게 수용할 수 있다.
이상의 설명이 본 발명의 복수의 실시예를 구성하지만, 본 발명은 하기 청구범위의 공정한 의미를 벗어나지 않는 한도 내에서 추가적으로 수정 및 변경될 수 있음을 알 것이다.
(구성요소) (도면부호) (도면)
엔진 10 도 1
크랭크샤프트 12 도 1
풀리 13 도 1
벨트 14 도 1
구동 샤프트 15 도 1
부속물 16 도 1
디커플러 조립체 20 도 1
허브 22 도 2
풀리 24 도 3
제1 베어링 부재 26 도 2
제2 베어링 부재 27 도 2
아이솔레이션 스프링 28 도 2
외표면 40 도 3
홈 42 도 3
내표면 43 도 3
제1(근위) 축방향 단부 44 도 3
제2(원위) 축방향 단부 46 도 3
풀리 지지면 48 도 3
제1 나선형 단부 50 도 2
제1 나선형 축방향 숄더 51 도 4a
반경반향 연장되는 드라이버 벽 52 도 4a
제2 나선형 단부 53 도 3
반경방향 연장되는 드라이버 벽 54 도 2
코일 58 도 4a
제1 나선형 축방향 면 63 도 4a
제2 나선형 축방향 면 65 도 3
제2 나선형 축방향 숄더 67 도 3
갭 69 도 4a
응답 곡선 70 도 6a
곡선의 제1 부분 72 도 6a
곡선의 제2 부분 74 도 6a
곡선 부분 76 도 6a
곡선 부분 78 도 6a
곡선 81 도 6b
곡선 부분 82 도 6b
곡선 부분 88 도 6b
영역 90 도 6b
곡선 부분 92 도 6b
곡선 93 도 7a
상대 각도 94 도 6b
곡선 93 도 7a
곡선 95 도 7b
곡선 96 도 7b
곡선 98 도 7c
곡선 100 도 7c
곡선 102 도 7d
곡선 104 도 7d
풀리 속도 곡선 108 도 7e
허브 속도 곡선 110 도 7e
예시적 영역 112 도 7d
곡선 114 도 7f
곡선 116 도 7f
영역 118 도 7f
곡선 120 도 7g
곡선 122 도 7g
영역 124 도 7g
디커플러 조립체 129 도 5a
캐리어 130 도 5a
키이 131 도 5d
감쇠면 132 도 5b
키이 홈 133 도 5d
슬리브 134 도 5a
유사 부분 136 도 5b
리테이너 138 도 5a
부싱 140 도 5a
디커플러 조립체 150 도 8a
부싱 152 도 8a
리테이너 154 도 8b
카트리지 160 도 9
풀리-관련 캐리어 162 도 9
슬리브 164 도 9
허브-관련 캐리어 166 도 9
허브 168 도 9
지지면 170 도 9
카트리지 180 도 10
풀리-관련 캐리어 182 도 10
허브-관련 캐리어 184 도 10
슬리브 부분 186 도 10
허브 188 도 10
지지면 189 도 10
카트리지 190 도 11
허브-관련 캐리어 192 도 11
풀리-관련 캐리어 194 도 11
클립 연결체 196 도 11
허브 198 도 11
클립 요소 200 도 11
클립 요소 202 도 11
디커플러 조립체 210 도 12
나선형 축방향 숄더 212 도 12
허브 214 도 12
제1 축방향 단부 216 도 12
허브-관련 캐리어 218 도 12
드라이버 벽 220 도 12a
대응 벽 222 도 12a
슬리브 224 도 12a
풀리-관련 캐리어 226 도 12a

Claims (18)

  1. 샤프트와 무단 구동 부재 사이에서 토크를 전달하기 위한 디커플러 조립체이며,
    상기 디커플러 조립체는,
    샤프트가 회전축 주위로 허브와 공동 회전하도록 샤프트에 결합되도록 구성되는 허브;
    상기 허브에 회전 가능하게 결합되는 풀리로서, 상기 무단 구동 부재와 결합되도록 구성되는 외주를 갖는 풀리;
    복수의 갭에 의해 이격되는 복수의 코일을 갖고, 상기 회전축과 동심 배치되며, 제1 축방향 면과 제2 축방향 면을 갖는 나선형 토션 스프링;
    상기 허브와 상기 풀리 중 하나와 상기 토션 스프링 사이에 배치되는 제1 결합 구조물로서, 상기 토션 스프링의 제1 축방향 면과 결합하기 위한 나선형 제1 축방향 숄더를 포함하는 제1 결합 구조물; 및
    상기 허브와 상기 풀리 중 다른 하나와 상기 토션 스프링 사이에 배치되는 제2 결합 구조물로서, 상기 토션 스프링의 제2 축방향 면과 결합 가능한 제2 축방향 숄더를 포함하는 제2 결합 구조물을 포함하며,
    허브에 대한 풀리의 제1 회전 방향으로의 회전은 토션 스프링을 통해서 허브를 회전 구동시키고, 풀리에 대한 허브의 제1 방향으로의 회전은 토션 스프링과 나선형 제1 축방향 숄더 사이에 상대 회전을 발생시켜 토션 스프링이 제1 축방향 숄더와 제2 축방향 숄더 사이에서 축방향 압축되게 하고, 상기 복수의 갭은 토션 스프링의 선택된 양의 축방향 압축을 제공하도록 치수산정되어, 이에 따라 축방향 압축에 의한 갭 제거로 인한 스프링의 로크 업 이전에 허브와 풀리 사이에서 달성 가능한 선택된 한정된 양의 상대 회전이 있는 디커플러 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 토션 스프링의 선택된 양의 압축은 풀리에 대한 허브 회전의 360도 미만에서 도달되는 디커플러 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 토션 스프링의 선택된 양의 축방향 압축은 상기 나선형 제1 축방향 숄더에서 마찰력의 선택된 증가를 생성하는 디커플러 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 토션 스프링은 제1 나선형 단부와 제2 나선형 단부를 가지며, 상기 제1 결합 구조물은 제1 반경방향 숄더를 포함하고 상기 제2 결합 구조물은 제2 반경방향 숄더를 포함하며, 상기 제1 반경방향 숄더 및 상기 제2 반경방향 숄더는 각각 허브에 대한 풀리의 제1 회전 방향으로의 회전 중에 제1 나선형 단부 및 제2 나선형 단부와 적어도 간접적으로 결합하도록 배치되며, 상기 제1 반경방향 숄더는 풀리에 대한 허브의 제1 회전 방향으로의 회전 중에 제1 나선형 단부로부터 이격되는 디커플러 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 토션 스프링은 제1 나선형 단부와 제2 나선형 단부를 가지며, 상기 제1 결합 구조물은 상기 스프링의 제1 나선형 단부와 결합 가능한 제1 반경방향 숄더를 포함하고, 상기 제2 결합 구조물은 상기 스프링의 제2 나선형 단부와 회전식으로 고정 연결되는 디커플러 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 결합 구조물은 상기 풀리와 일체가 되며 상기 제2 결합 구조물은 상기 허브와 일체가 되는 디커플러 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 결합 구조물은 상기 허브와 일체가 되고 상기 제2 결합 구조물은 상기 풀리와 일체가 되는 디커플러 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 허브와 상기 풀리 중 다른 하나와 상기 토션 스프링의 제2 나선형 단부 사이에 배치되는 캐리어를 더 포함하며, 상기 제2 결합 구조물은 상기 캐리어와 일체가 되는 디커플러 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 풀리와 상기 허브 사이에 배치되는 베어링을 더 포함하는 디커플러 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 풀리와 상기 허브 사이에 배치되는 부싱을 더 포함하는 디커플러 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 토션 스프링의 반경방향 외측에 배치되고 선택된 마찰 계수를 갖는 슬리브를 더 포함하는 디커플러 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 상기 토션 스프링의 선택된 압축 양은 풀리에 대한 허브의 50도 초과의 회전에서 도달되는 디커플러 조립체.
  13. 제1항에 있어서, 상기 토션 스프링의 선택된 압축 양은 풀리에 대한 허브의 70도 초과의 회전에서 도달되는 디커플러 조립체.
  14. 제1항에 있어서, 상기 허브와 상기 풀리 중 하나와 상기 토션 스프링의 제1 나선형 단부 사이에 배치되는 캐리어를 더 포함하며, 상기 제1 결합 구조물은 상기 캐리어와 일체가 되는 디커플러 조립체.
  15. 제1항에 있어서, 상기 허브와 상기 풀리 중 하나와 상기 토션 스프링의 제1 나선형 단부 사이에 배치되는 제1 캐리어, 및
    상기 허브와 상기 풀리 중 다른 하나와 상기 토션 스프링의 제2 나선형 단부 사이에 배치되는 제2 캐리어를 더 포함하는 디커플러 조립체.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 캐리어는 상기 허브와 상기 풀리 중 하나에 고정 장착되며 상기 제1 결합 구조물은 상기 제1 캐리어와 일체가 되는 디커플러 조립체.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제1 캐리어는 상기 토션 스프링에 고정 장착되며 상기 제1 캐리어는 상기 나선형 제1 축방향 숄더와 결합되는 디커플러 조립체.
  18. 차량용 벨트-교류발전기-기동 시스템으로서, 상기 차량은 크랭크샤프트를 갖는 엔진, 크랭크샤프트 풀리, 및 크랭크샤프트 풀리 및 교류발전기에 결합되는 벨트를 포함하는 차량용 벨트-교류발전기-기동 시스템이며,
    상기 차량용 벨트-교류발전기-기동 시스템은 교류발전기의 샤프트에 장착될 수 있는 디커플러 조립체를 포함하고,
    상기 디커플러 조립체는,
    샤프트가 회전축 주위로 허브와 공동 회전하도록 샤프트에 결합되도록 구성되는 허브;
    상기 허브에 회전 가능하게 결합되는 풀리로서, 무단 구동 부재와 결합되도록 구성되는 외주를 갖는 풀리;
    복수의 갭에 의해 이격되는 복수의 코일을 갖고, 상기 회전축과 동심 배치되며, 제1 축방향 면과 제2 축방향 면을 갖는 나선형 토션 스프링;
    상기 허브와 상기 풀리 중 하나와 상기 토션 스프링 사이에 배치되는 제1 결합 구조물로서, 상기 토션 스프링의 제1 축방향 면과 결합하기 위한 나선형 제1 축방향 숄더를 포함하는 제1 결합 구조물; 및
    상기 허브와 상기 풀리 중 다른 하나와 상기 토션 스프링 사이에 배치되는 제2 결합 구조물로서, 상기 토션 스프링의 제2 축방향 면과 결합 가능한 제2 축방향 숄더를 포함하는 제2 결합 구조물을 포함하며,
    허브에 대한 풀리의 제1 회전 방향으로의 회전은 토션 스프링을 통해서 허브를 회전 구동시키고, 풀리에 대한 허브의 제1 방향으로의 회전은 토션 스프링과 나선형 제1 축방향 숄더 사이에 상대 회전을 발생시켜 토션 스프링이 제1 축방향 숄더와 제2 축방향 숄더 사이에서 축방향 압축되게 하고, 상기 복수의 갭은 토션 스프링의 선택된 양의 축방향 압축을 제공하도록 치수산정되며, 상기 토션 스프링의 선택된 양의 압축은 풀리에 대한 허브의 360도 미만의 회전에서 도달되는 차량용 벨트-교류발전기-기동 시스템.
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