KR101946950B1 - 자속 누설 경로 인슐레이터를 가진 회전형 커플링 장치 - Google Patents

Abstract

회전형 커플링 장치에 결합되는 자기 회로로부터의 자속 누설을 최소화하는 회전형 커플링 장치가 제공된다. 이 회전형 커플링 장치는 대향하는 결합면들을 형성하는 로터 및 아마추어를 포함하고 있다. 로터, 아마추어, 및 로터의 한 쪽에 배치되어 전기 컨덕터를 하우징하는 계자 셸이, 컨덕터가 여자화될 때 아마추어를 끌어당겨 로터와 결합시키는 자기 회로의 부재들을 이룬다. 토크 전달 부재가 아마추어에 커플링되어, 베어링에 의해 지지된다. 하나의 실시형태에 있어서, 슬리브가 베어링의 반경방향 안쪽에 배치된다. 토크 전달 부재를 통한 자속 누설을 방지하기 위해, 슬리브는 자기 회로의 부재들의 투자율보다 더 낮은 투자율을 가진다. 다른 실시형태에 있어서는, 토크 전달 부재의 지지 컵이 로터로부터 지지 컵을 멀리 떨어져 있게 하는 반경방향 바깥쪽으로 구부려진 플랜지를 가진다.

Description

자속 누설 경로 인슐레이터를 가진 회전형 커플링 장치{ROTATIONAL COUPLING DEVICE WITH FLUX LEAKAGE PATH INSULATOR}

본 발명은 브레이크 및 클러치와 같은 회전형 커플링 장치에 관한 것이며, 특히 회전형 커플링 장치를 결합시키는 데 사용되는 자기 회로에서의 자속 누설을 감소시키는 구조를 가지는 회전형 커플링 장치에 관한 것이다.

클러치 및 브레이크와 같은 회전형 커플링 장치는 회전형 보디들 사이의 토크의 전달을 제어하는 데 사용된다. 종래 장치의 한 형태가 본 출원인에 양도된 미국 특허 제5,119,918호, 제5,285,882호, 제5,971,121호, 제7,493,996호, 제7,527,134호, 제7,732,959호 및 미국 특허출원공개 제2006-0278491호, 제2009-0229941호, 제2010-0116616호에 개시되어 있으며, 그 전체 개시내용이 여기에 참조된다. 이러한 형태의 장치는 회전 축선을 중심으로 샤프트와 함께 회전하도록 샤프트에 커플링되는 로터를 구비하고 있다. 또한, 계자 셸(field shell)이 회전 축선 둘레로 로터의 한쪽에 배치되어 회전에 대항하여 고정되어 있다. 계자 셸은 반경방향으로 이격되어 축선방향으로 뻗어 있는 내측 폴 및 외측 폴을 형성하고, 이 내측 폴과 외측 폴 사이에 전기 컨덕터가 배치되어 로터와 대향하고 있다. 브레이크 플레이트가 계자 셸에 커플링되어 계자 셸로부터 축선방향으로 이격되어 있다. 브레이크 플레이트는 로터의 컨덕터 반대편 측에 배치된다. 풀리와 같은 토크 전달 부재에 커플링된 아마추어가 로터의 브레이크 플레이트 동일 측에 배치되어 축선방향으로 로터와 브레이크 플레이트 사이에 배치되어 있다. 이 아마추어는 복수의 리프 스프링에 의해 토크 전달 부재에 커플링된다. 컨덕터를 여자화시키면, 계자 셸, 로터 및 아마추어에, 아마추어를 끌어당겨 로터와 결합시켜 샤프트와 토크 전달 부재를 함께 회전하도록 커플링시키는 자기 회로를 생성한다. 컨덕터를 탈여자화시키면, 리프 스프링이 아마추어를 끌어당겨 로터와의 결합을 해제시키고 브레이크 플레이트와 결합시켜 아마추어 및 토크 전달 부재를 제동한다. 또한, 영구 자석이 브레이크 플레이트에 커플링되어 브레이크 플레이트, 계자 셸 및 아마추어 사이에 또다른 자기 회로를 생성하도록 사용됨으로써, 아마추어 및 토크 전달 부재를 제동함에 있어 리프 스프링을 보조할 수 있다.

커플링 장치를 결합시키는 데 사용되는 계자 셸, 로터 및 아마추어 사이의 자기 회로는 다양한 경로를 따른 자속의 누설에 의해 약화될 수 있다. 특히, 자속은 아마추어 및/또는 브레이크 플레이트로부터 인접한 토크 전달 부재로 누설될 수 있다. 그러면, 자속은 로터로 복귀하기 전에 반경방향 안쪽으로 지지 베어링 및 가능하게는 커플링 장치가 장착되는 샤프트를 포함할 수 있는 모든 가능한 경로를 통해 진행한다. 이런 자속 경로(즉 누설 회로)의 존재는 로터/아마추어 경계부로부터 자속을 유출시켜, 그 경계부에서의 자속 밀도 및 로터와 아마추어 사이의 인력을 감소시킨다. 그 결과, 커플링 장치의 커플링 토크 및 마모 수명이 감소된다.

본 발명의 발명자들은 상기한 결점들 중의 하나 이상을 최소화 및/또는 제거하게 될 회전형 커플링 장치에 대한 필요성을 인지하였다.

본 발명은 회전형 커플링 장치를 제공한다.

본 발명의 하나의 실시형태에 따른 회전형 커플링 장치는 샤프트와 함께 회전하도록 샤프트에 커플링되도록 구성되어 있고, 회전 축선 둘레로 배치되는 로터를 포함하고 있다. 상기 로터는 제1 클러치 결합면을 형성한다. 상기 회전형 커플링 장치는 또한 상기 회전 축선 둘레로 배치되며, 회전에 대항하여 고정되는 계자 셸과, 상기 계자 셸 내의 상기 로터의 제1 측에 배치되는 전기 컨덕터를 포함하고 있다. 상기 회전형 커플링 장치는 또한 상기 컨덕터 반대편인 상기 로터의 제2 측에 배치되는 아마추어를 포함하고 있다. 상기 아마추어는 제2 클러치 결합면을 형성한다. 상기 아마추어, 상기 로터 및 상기 계자 셸이 자기 회로의 부재들을 구성한다. 상기 회전형 커플링 장치는 또한 상기 아마추어와 함께 회전하도록 상기 아마추어에 커플링되는 토크 전달 부재를 포함하고 있다. 상기 토크 전달 부재는 상기 회전 축선 둘레로 배치되어, 상기 회전 축선 둘레에 배치되는 베어링에 의해 지지된다. 상기 회전형 커플링 장치는 또한 상기 회전 축선 둘레의 상기 베어링의 반경방향 안쪽에 배치되는 슬리브를 포함하고 있다. 상기 슬리브는 상기 자기 회로의 상기 부재들의 투자율보다 더 낮은 투자율을 가진다.

A 본 발명의 또다른 실시형태에 따른 회전형 커플링 장치는 샤프트와 함께 회전하도록 샤프트에 커플링되도록 구성되어 있고, 회전 축선 둘레로 배치되는 로터를 포함하고 있다. 상기 로터는 제1 클러치 결합면을 형성한다. 상기 회전형 커플링 장치는 또한 상기 회전 축선 둘레로 배치되며, 회전에 대항하여 고정되는 계자 셸과, 상기 계자 셸 내의 상기 로터의 제1 측에 배치되는 전기 컨덕터를 포함하고 있다. 상기 회전형 커플링 장치는 또한 상기 컨덕터 반대편인 상기 로터의 제2 측에 배치되는 아마추어를 포함하고 있다. 상기 아마추어는 제2 클러치 결합면을 형성한다. 상기 회전형 커플링 장치는 또한 상기 아마추어와 함께 회전하도록 상기 아마추어에 커플링되는 토크 전달 부재를 포함하고 있다. 상기 토크 전달 부재는 상기 회전 축선 둘레로 배치되어, 상기 회전 축선 둘레에 배치되는 베어링에 의해 지지된다. 상기 토크 전달 부재는 상기 베어링 상에 지지되는 축선방향으로 뻗어 있는 부분과 상기 축선방향으로 뻗어 있는 부분으로부터 반경방향으로 뻗어 있는 플랜지를 가진 지지 컵을 구비하고 있다. 상기 회전형 커플링 장치는 또한 상기 아마추어와 상기 지지 컵의 상기 플랜지 사이에 뻗어 있는 스프링을 포함하고 있다. 상기 지지 컵의 상기 플랜지는 상기 지지 컵의 상기 축선방향으로 뻗어 있는 부분으로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어 있다.

본 발명에 따른 회전형 커플링 장치는 토크 전달 부재를 통한 경로를 따른 자속 누설을 감소시키거나 제거함으로써 통상적인 장치를 능가하는 향상을 나타낸다. 상술한 제1 실시형태에 있어서, 슬리브는 토크 전달 부재 및 지지 베어링을 통과하여 다시 로터로 이어지는 경로(즉 누설 회로)를 따른 자속 인슐레이터로서 기능하여, 경로를 따른 자속 누설을 감소시킨다. 상술한 제2 실시형태에 있어서는, 토크 전달 부재의 지지 컵의 반경방향 바깥쪽으로 구부려진 플랜지가 지지 컵과 샤프트 및/또는 로터와의 사이의 에어 갭을 증대시키는 것에 의해, 이들 경로를 따른 자속 누설을 감소시킨다.

본 발명의 이러한 장점 및 다른 장점들은 예시의 방법으로 본 발명을 설명하는 하기의 실시예와 첨부도면으로부터 당업자에게 보다 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 회전형 커플링 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 또다른 실시형태에 따른 회전형 커플링 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시형태에 따른 회전형 커플링 장치의 부분 단면도이다.

이제 여러 도면에서 동일한 구성요소를 식별하기 위해 동일한 도면부호가 사용되고 있는 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 회전형 커플링 장치(10)를 예시하고 있다. 장치(10)는 샤프트(12)와 또다른 장치(도시 안됨) 사이의 토크를 선택적으로 전달하는 클러치로서 기능한다. 장치(10)는 또한 토크가 전달되지 않을 때 브레이크로서 기능한다. 장치(10)는 승차식 제초기 또는 그와 유사한 장치에 사용되도록 제공될 수 있다. 하지만, 당업자는 장치(10)가 클러치 및/또는 브레이크를 필요로 하는 광범위하게 다양한 적용처에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 장치(10)는 로터(14), 스페이서(16, 18), 베어링(20, 22), 계자 셸(24), 전기전도 어셈블리(26), 아마추어(28), 브레이크 플레이트(30), 스프링(32), 토크 전달 부재(34) 및 슬리브(36)를 구비할 수 있다.

샤프트(12)는 입력 샤프트로서 기능하여, 당해 샤프트(12)가 시작되는 장치(도시 안됨)로부터 커플링 장치(10)를 거쳐 또다른 장치(도시 안됨)로 토크를 전달할 수 있다. 선택적으로, 샤프트(12)는 출력 샤프트로서 기능하여, 또다른 장치(도시 안됨)로부터 커플링 장치(10)를 거쳐 토크를 수취하고, 그 토크를 당해 샤프트(12)가 시작되는 장치(도시 안됨)로 전달할 수도 있다. 샤프트(12)는 통상적인 금속 및 금속 합금으로 제작될 수 있으며, 중실형 또는 튜브형일 수 있다. 샤프트(12)는 회전 축선(38)을 중심으로 중심맞춤되며, 입력 샤프트로서 기능할 때 엔진, 전기 모터 또는 다른 통상적인 동력원에 의해 구동될 수 있다. 예시의 실시형태에 있어서, 샤프트(12)는 장치(10)의 토크 전달 부재(34) 동일 측에서 장치(10) 내로 삽입된다("리버스 장착(reverse mount)"). 하지만, 샤프트(12)와 스페이서(16)의 배향은 샤프트(12)가 토크 전달 부재(34) 반대 측에서 장치(10) 내로 삽입되도록("표준 장착(standard mount)") 반전될 수도 있다는 것을 이해해야 한다.

로터(14)는 샤프트(12)와 동력 전달 부재(34) 사이에 토크를 전달하기 위해 아마추어(28)와 선택적으로 결합하도록 제공된다. 로터(14)는 축선(38)을 둘레에 배치되어, 샤프트(12)와 함께 회전하도록 슬리브(36)를 통해 샤프트(12)에 커플링되어 있다. 로터(14)는 통상적인 금속 및 금속 합금으로 제작될 수 있으며, 허브(40) 및 로터 디스크(42)를 구비하고 있다.

허브(40)는 튜브형이며, 내부에 샤프트(12) 및 슬리브(36) 및 슬리브(36)가 뻗어 있게 되는 중심 보어를 형성하고 있다. 보어의 직경(즉, 허브(40)의 내경)은 슬리브(36)의 한쪽 축선방향 단부 부분의 외경과 실질적으로 동일하고, 보어는 슬리브(36)의 이 단부 부분을 수용하는 크기로 되어 있다. 보어의 직경이 샤프트(12)의 외경보다 더 크기 때문에, 슬리브(36)의 이 축선방향 단부 부분의 범위를 넘어 샤프트(12)가 연장되어 있는 범위까지, 허브(40)와 샤프트(12) 사이에 에어 갭이 존재함으로써, 샤프트(12)를 통한 잠재적인 자속 누설을 더 감소시킨다. 허브(40)는 키(도시 안됨)와 상보적으로 형성되어 그 키를 수용하도록 구성된 축선방향으로 뻗어 있는 키웨이(도시 안됨)를 형성할 수 있다. 이 허브(40)의 키웨이는 장치(10)를 샤프트(12) 상에 조립할 때 내부에 키가 뻗어 있게 되는 대응하는 슬리브(36)의 키웨이와 대향할 수 있다. 선택적으로, 허브(40)와 슬리브(36) 중의 하나가 허브(40)와 슬리브(36) 중의 다른 하나의 키웨이에 수용되도록 구성된 일체형의 반경방향 키를 구비하여 형성될 수도 있다. 허브(40)는 양 축선방향 단부에 베어링(20, 22)에 당접하여 베어링(20, 22)을 지지하는 쇼울더를 형성하고 있다. 또한, 허브(40)는 당해 허브(40)의 양 축선방향 단부면에 배치되어, 그 전체 개시내용이 여기에 참조되는 미국 특허 제7,527,134호에 상세히 개시되어 있는 바와 같이 스페이스(16, 18)의 대응하는 노치 또는 러그와 결합하도록 구성되는 하나 이상의 노치(44) 또는 러그를 형성할 수 있다. 노치(44) 또는 러그의 개수, 형상 및 배향은 변경될 수 있으며, 양 단부의 노치 또는 러그는 동일 직선에 있거나 동위상에 있을 수 있으며, 또는 허브(40)의 개선된 제작을 가능하게 해주도록 위상변이될 수 있다(예컨대, 한쪽 단부면의 러그 또는 노치(44)가 반대쪽 단부면의 러그 또는 노치(44)에 대해 90도만큼 위상변이되어 있는 상태로 각각의 단부가 직경방향 반대편의 양 노치(44) 또는 러그를 구비할 수 있다). 허브(40)는 반경방향 외경부에 축선방향으로 뻗어 있는 내측 로터 폴(46)을 형성하고 있다. 허브(40)는 또한 아래에 설명되는 목적을 위해 폴(46)의 반경방향 안쪽에 축선방향으로 뻗어 있는 리세스(48)를 형성하고 있다.

디스크(42)는 허브(40)로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어 있고, 아마추어(28)와 대면하는 클러치 결합면을 형성하고 있다. 디스크(42)는 예컨대 압력 끼워맞춤을 통해 복수의 상보적인 러그 및 노치를 구비하고 있는 허브(40)에 커플링된다. 당해 기술분야에 알려진 바와 같이, 디스크(42)는 각도상으로 이격된 바나나 형상의 슬롯들로 이루어진 열을 복수 개 반경방향으로 이격시켜 구비할 수 있다. 전기전도 어셈블리(26)가 여자화되면, 슬롯들은 자속이 에어 갭을 가로질러 디스크(42)와 아마추어(28) 사이를 전후로 진행하게 만듦으로써 로터(14)와 아마추어(28) 사이의 높은 토크 결합을 가능하게 해준다. 디스크(42)는 외경부에 축선방향으로 뻗어 있는 외측 로터 폴(50)을 형성하고 있다. 폴(50)은 반경방향으로 폴(46)과 정렬되어 폴(46)의 반경방향 바깥쪽으로 이격되어 있다.

스페이서(16)는 장치(10)의 다른 구성요소들과 조립된 상태에서 계자 셸(24)을 지지하도록 제공되고, 분말 금속을 포함하는 통상적인 재료로부터 제작될 수 있다. 하지만, 본 발명의 하나의 양태에 따라, 스페이서(16)는 로터(14), 계자 셸(24) 및 아마추어(28)보다 더 낮은 투자율(magnetic permeability)을 가질 수 있으며, 예컨대 임의의 스테인리스 스틸과 같은 비강자성 재료로 제작될 수 있다. 스페이서(16)는 축선(38) 둘레에 배치되고, 전체적으로 원통형 형상으로 되어 있다. 스페이서(16)는 당해 스페이서(16)를 통해 샤프트(12) 내로 뻗어 있는 파스너(52)를 수용하도록 구성되어 있다. 스페이서(16)와 마찬가지로, 본 발명의 하나의 양태에 따라, 파스너(52)는 로터(14), 계자 셸(24) 및 아마추어(28)보다 더 낮은 투자율을 가지고 있고, 예컨대 임의의 스테인리스 스틸과 같은 비강자성 재료로 제작될 수 있다. 스페이서(16)는 파스너(52)에 토크를 가하는 동안 스페이서(16)가 고정될 수 있게 해주는 복수의 편평부를 한쪽 축선방향 단부에 가진 헤드(54)를 형성할 수 있다. 스페이서(16)는 또한 헤드(54)로부터 축선방향으로 뻗어 있는 보디(56)를 형성할 수 있다. 보디(56)는 전체적으로 원통형인 외면을 가지고 있고, 이 외면 상에 로터 허브(40) 및 스페이서(16)에 형성된 대향하는 양측 쇼울더 사이의 베어링(20)이 지지될 수 있다. 스페이서(16)는 또한 당해 스페이서(16)의 보디(56)의 한쪽 축선방향 단부면에 하나 이상의 축선방향으로 돌출하는 러그(58) 또는 노치를 형성할 수 있다. 러그(58)는 스페이서(16)와 로터 허브(40)를 회전가능하게 커플링시키도록 로터 허브(40)의 노치(44) 내에 수용되도록 구성된다. 러그(58)는 테이퍼형으로 형성될 수 있으며, 노치(44) 내에 압력 끼워맞춤될 수 있다. 러그(58) 또는 노치의 개수, 형상 및 배향은 다시 변경될 수 있다.

스페이서(18)는 장치(10)의 다른 구성요소들과 조립된 상태에서 베어링(22) 및 토크 전달 부재(34)를 지지하도록 제공되고, 분말 금속을 포함하는 통상적인 재료로 제작될 수 있다. 하지만, 본 발명의 하나의 양태에 따라, 스페이서(18)는 로터(14), 계자 셸(24) 및 아마추어(28)보다 더 낮은 투자율을 가지고 있고, 예컨대 비강자성 재료로 제작될 수 있다. 스페이서(18)는 축선(38) 둘레에 배치되며, 전체적으로 원통형 형상으로 되어 있다. 스페이서(18)는 슬리브(36)를 수용하기 위한 크기로 되어 있는 내경을 가지고 있으며, 슬리브(36) 상에 지지되어, 로터 허브(40)의 한쪽 축선방향 단부와 슬리브(36)의 반경방향으로 뻗어 있는 플랜지 사이에 축선방향으로 배치된다. 스페이서(18)는 전체적으로 원통형인 외면을 가지고 있고, 이 외면 상에 로터 허브(40) 및 스페이서(18)에 형성된 대향하는 양측 쇼울더 사이의 베어링(22)이 지지될 수 있다.

베어링(20)은 계자 셸(24)에 대한 로터 허브(40) 및 스페이서(16)의 회전을 가능하게 해주도록 제공된다. 베어링(20)은 당해 기술분야에 통상적인 베어링이다. 베어링(20)의 내측 레이스는 스페이서(16) 및 로터 허브(40) 상에 지지되고, 스페이서(16) 및 로터 허브(40)에 형성된 대향하는 양쪽 쇼울더에 당접한다. 베어링(20)의 외측 레이스는 계자 셸(24)을 지지한다.

베어링(22)은 입력 샤프트(12), 로터(14) 및 슬리브(36)에 대한 토크 전달 부재(34)의 회전을 가능하게 해주도록 제공된다. 베어링(22)은 당해 기술분야에 통상적인 베어링이다. 베어링(22)의 내측 레이스는 스페이서(18) 및 로터 허브(40) 상에 지지되고, 스페이스(18) 및 로터 허브(40)에 형성된 대향하는 양측 쇼울더에 당접한다. 베어링(22)의 외측 레이스는 토크 전달 부재(34)를 지지한다.

계자 셸(24)은 전기전도 어셈블리(26)를 하우징하도록 제공된다. 셸(24)은 또한 로터(14)와 아마추어(28)의 선택적 결합을 일으키는 자기 회로의 일부분을 형성한다. 계자 셸(24)은 스틸을 포함하는 통상적인 금속 및 금속 합금으로 제작될 수 있다. 셸(24)은 원통형이며, 축선(38) 둘레에 배치되고, 베어링(20)의 외측 레이스 상에 지지된다. 셸(24)은 예컨대 당해 셸(24) 내의 슬롯(도시 안됨)을 통해 뻗어 있는 파스너(도시 안됨)를 통하여 회전에 대항하여 고정된다. 셸(24)은 전체적으로 단면 U자 형상이며, 반경방향 내측 환형 부재 및 반경방향 외측 환형 부재(60, 62)를 구비하고 있다.

내측 부재(60)는 베어링(20)의 외측 레이스 상에 지지된다. 부재(60)는 전체적으로 단면 L자 형상이며, 축선방향으로 뻗어 있는 내측 폴(64)을 형성하고 있다. 폴(64)은 로터(14)의 허브(40)의 리세스(48) 내로 뻗어 있어, 내측 로터 폴(46)의 반경방향 안쪽에 배치된다. 그 전체 개시내용이 여기에 참조되는 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제7,493,996호에 보다 상세히 설명되어 있는 바와 같이, 폴(46, 64)의 이 상대적 배치는 여러 가지 이유로 유리하다. 첫째, 로터(14), 계자 셸(24) 및 아마추어(28)를 포함하는 자기 회로 내의 적어도 얼마간의 자속에 대한 에어 갭의 수를 감소시킴으로써, 로터(14), 계자 셸(24) 및 아마추어(28)를 포함하는 자기 회로의 자기 효율이 향상된다. 둘째, 전기전도 어셈블리(26)가 배치되는 환형 갭이 확대됨으로써, 계자 셸(24) 내부에서의 전기전도 어셈블리(26)의 삽입 및 고정을 용이하게 해줄 수 있다.

외측 부재(62)는 내측 부재(60)에 커플링되어 내측 부재(60)에 지지된다. 외측 부재(62)는 단부 벽(66), 축선방향으로 뻗어 있는 외측 폴(68) 및 플랜지(70). 단부 벽(66)은 부재(60)로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어 있다. 폴(68)은 단부 벽(66)과 일체형이며, 단부 벽(66)으로부터 축선방향으로 뻗어 있다. 폴(68)은 로터(14)의 폴(50)의 반경방향 바깥쪽에 배치된다. 플랜지(70)는 폴(68)과 일체형이며, 폴(68)의 단부 벽(66) 반대편 단부에서 폴(68)로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어 있다. 플랜지(70)는 폴(68)의 외주부의 적어도 일부분을 따라 형성되어 있다.

전기전도 어셈블리(26)는 로터(14)와 결합하게 되는 아마추어(28)의 이동 및 샤프트(12)와 토크 전달 부재(34) 사이의 토크의 전달을 발생시키기 위해, 로터(14), 계자 셸(24) 및 아마추어(28) 사이에 자기 회로를 생성하도록 제공된다. 전기전도 어셈블리(26)는 전체적으로 환형이며, 계자 셸(24) 내에서 축선(38) 둘레로 배치된다. 보다 상세하게는, 전기전도 어셈블리(26)는 셸(24)의 내측 폴(64)과 외측 폴(68) 사이에 배치된다. 전기전도 어셈블리(26)는 컨덕터(72) 및 컨덕터 셸(74)을 구비하고 있다.

컨덕터(72)는 선택적으로 다른 알려진 컨덕터가 사용될 수도 있겠지만 통상적인 구리 코일을 포함할 수 있다. 컨덕터(72)는 배터리 등의 전원(도시 안됨)에 전기적으로 연결될 수 있다. 컨덕터(72)를 여자화시키면, 로터(14), 계자 셸(24) 및 아마추어(28) 사이에 자기 회로가 형성된다. 자속이 셸(24)의 외측 폴(68)로부터 에어 갭을 가로질러 로터(14)의 외측 폴(50)로 흐른다. 다음으로 자속은 디스크(42)와 아마추어(28) 사이의 에어 갭을 가로질러 전후로 진행한다. 다음으로 자속은 로터(14)의 디스크(42)로부터 로터(14)의 허브(40)로 흐른다. 마지막으로, 자속은 다시 허브(40)로부터 여러 경로를 따라 계자 셸(24)의 부재(60, 62)로 흐른다. 보다 상세하게는, 자속의 일부는 곧바로 내측 로터 폴(46)로부터 셸(24)의 외측 부재(62)로 흐른다. 자속의 또다른 일부는 허브(40)로부터 외측 부재(62)로 흐르기 전에 내측 부재(60)에 의해 형성되는 셸(24)의 내측 폴(64)을 통해 흐른다. 자속의 또다른 일부는 허브(40)로부터 베어링(20)의 반경방향 안쪽의 스페이서(16)(스페이서(16)가 다른 경로들을 따라 있는 구조체들보다 더 낮은 투자율을 가진 재료로 제작되는 적어도 이 실시형태에 있어서)로 흐른 다음 내측 부재(60) 및 외측 부재(62)로 흐를 수 있어, 자속의 일부는 로터(14)의 내측 로터 폴(46) 및 계자 셸(24)의 내측 폴(64)의 높은 자속 밀도 영역을 회피할 수 있게 해주어, 자기 회로의 자기 효율을 더 향상시킨다.

컨덕터 셸(74)은 컨덕터(72)를 하우징하도록 제공되며, 컨덕터(72)를 계자 셸(24) 내에 장착하기 위한 것으로도 사용된다. 셸(74)은 통상적인 플라스틱으로 몰드 성형될 수 있다. 셸(74)은 컨덕터(72)가 전원에 전기적으로 연결될 수 있게 해주는 일체형 단자 커넥터(76)를 구비할 수 있다. 셸(74)은 또한 전기전도 어셈블리(26)의 회전을 방지하기 위해 계자 셸(24)의 단부 벽(66)의 리세스 내에 수용되는 크기로 된 하나 이상의 러그를 형성할 수도 있다. 셸(74)은 그 전체 개시내용이 여기에 참조되는 본 출원인에게 양도된 미국 특허출원공개 제11/150,670호에 개시되어 있는 바와 같이, 계자 셸(24)의 외측 폴(68)에 근접하여 배치되어 셸(24)의 복수의 지점에 부착되는 반경방향 바깥쪽으로 뻗어 있는 플랜지를 구비할 수 있다.

아마추어(28)는 토크 전달 부재(34)에 제동 토크를 전달하고, 로터(14)와 토크 전달 부재(34) 사이에 구동 토크를 선택적으로 전달하도록 제공된다. 아마추어(28)는 스틸을 포함하는 다양한 통상적인 금속 및 금속 합금으로 제작될 수 있다. 아마추어(28)는 축선(38) 둘레에 배치되는 환형 구조이며, 로터 디스크(42)와 대면하는 클러치 결합면을 형성하고 있다. 아마추어(28)는 에어 갭만큼 로터 디스크(42)로부터 축선방향으로 이격되어 있다. 로터 디스크(42)와 마찬가지로, 아마추어(28)는 전기전도 어셈블리(26)가 여자화될 때 로터(14)와 당해 아마추어(28) 사이의 자속의 전후 진행을 용이하게 하는 각도상으로 이격된 슬롯들(도시 안됨)로 이루어진 열을 복수 개 반경방향으로 이격시켜 구비할 수 있다. 아마추어(28)는 토크 전달 부재(34)에 커플링되어 있다. 보다 상세하게는, 아마추어(28)는 복수의 리프 스프링(32)에 의해 토크 전달 부재(34)에 커플링될 수 있다.

브레이크 플레이트(30)는 토크 전달 부재(34)를 제동하기 위해 아마추어(28)에 의해 결합되는 제동면을 제공한다. 브레이크 플레이트(30)는 스틸 등의 통상적인 금속 및 금속 합금을 포함하는 상대적으로 높은 투자율을 가진 통상적인 재료로 제작될 수 있다. 브레이크 플레이트(30)는 장치(10)의 외주부의 적어도 일부분의 둘레에, 바람직하게는 장치(10)의 외주부의 일부분의 둘레에만 형성되며, 계자 셸(24)에 커플링되어 있다. 보다 상세하게는, 브레이크 플레이 트(30)는 계자 셸(24)의 플랜지(70)에 커플링되어 하나 이상의 파스너(78)에 의해 플랜지(70)로부터 연직방향으로 설치되어 있다. 파스너(78)는 로터(14), 계자 셸(24) 및 아마추어(28)의 투자율보다 더 낮은 투자율을 가지는 재료(비자기성 재료를 포함)로 제작되어, 브레이크 플레이트(30)와 계자 셸(24) 사이의 자속 전달을 감소시키거나 제거함으로써, 전기전도 어셈블리(26)가 여자화되었을 때의 클러치 결합을 용이하게 해줄 수 있다. 브레이크 플레이트(30)는 그 전체 개시내용이 여기에 참조되는 본 출원인에게 양도된 미국 특허출원공개 제2010-0116616호에 개시된 바와 같은 스페이서 및 심(shim)과 같은 하나 이상의 스페이서(80) 또는 심을 사용하여 계자 셸(24)의 플랜지(70)로부터 축선방향으로 이격될 수 있다. 스페이서(80)는 로터(14)와 아마추어(28)의 각각의 클러치 결합면 및 아마추어(28)와 브레이크 플레이트(30)의 각각의 브레이크 결합면의 마모를 보정하기 위한 브레이크 플레이트(30)의 위치 조절을 가능하게 해준다. 스페이서(80)는 파스너(78)가 관통하는 보어를 구비할 수 있다. 스페이서(80)도 마찬가지로 로터(14), 계자 셸(24) 및 아마추어(28)의 투자율보다 더 낮은 투자율을 가지는 재료(비자기성 재료 포함)로 제작되어, 브레이크 플레이트(30)와 계자 셸(24) 사이의 자속 전달을 감소시키거나 제거할 수 있다. 예컨대, 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제7,732,959호를 참조하면, 브레이크 플레이트(30)는 토크 전달 부재(34)에 제동 토크를 전달하기 위해 아마추어(28)를 끌어당겨 브레이크 플레이트(30)와 결합시키는 데 있어 스프링(32)을 보조하도록 하기 위해, 하나 이상의 자석(도시 안됨)을 하우징하여 아마추어(28)와 자석으로 자기 회로의 일부분을 형성할 수 있다.

스프링(32)은 아마추어(28)로부터 토크 전달 부재(34)로 구동 및 제동 토크를 전달하며, 토크 전달 부재(34)에 대해 상대적이면서 또한 로터 디스크(42)에 대해 접근 및 이격하는 아마추어(28)의 축선방향 이동을 가능하게 해준다. 스프링(32)은 스테인리스 스틸로 제작될 수 있으며, 한쪽 단부가 아마추어(28)에 연결되고 반대쪽 단부가 리벳, 스크루, 볼트 또는 핀 등의 통상적인 파스너(82)를 사용하여 토크 전달 부재(34)에 연결된다.

토크 전달 부재(34)는 샤프트(12)와 제초기 블레이드 등의 또다른 장치 사이에 토크를 전달한다. 토크 전달 부재(34)는 둘레에 토크 전달 벨트가 권취되는 통상적인 풀리(84)를 구비할 수 있으며, 토크 전달 부재는 상기 또다른 장치에 커플링된다. 토크 전달 부재(34)는 또한 그 위에 풀리(84)가 지지되어 그것으로부터 풀리(84)가 반경방향 바깥쪽으로 뻗어 있게 되는 지지 컵(86)을 구비하고 있다. 컵(86)은 베어링(22)의 외측 레이스 상에 지지되며, 축선방향으로 뻗어 있는 부분(88) 및 부분(88)에 대해 반경방향으로 뻗어 있는 플랜지(90)를 구비하고 있다. 각각의 스프링(32)의 한쪽 단부가 파스너(82)를 사용하여 통상적인 방식으로 플랜지(90)에 커플링된다.

슬리브(36)는 자속 인슐레이터(flux insulator)이며, 로터(14), 계자 셸(24) 및 아마추어(28)를 포함하는 자기 회로로부터의 자속 누설을 감소시키는 수단을 제공한다. 보다 상세하게는, 슬리브(36)는 아마추어(28)로부터 토크 전달 부재(34)를 통과하여 베어링(22), 샤프트(12) 내로 그리고 다시 로터(14)로 이어지는 경로(즉 누설 회로)를 따른 자속 누설을 감소시키는 수단을 제공한다. 슬리브(36)는 예컨대 오스테나이트계 스테인리스 스틸 등의 비강자성 재료를 포함하는, 자기 회로의 부재들(즉, 로터(14), 계자 셸(24) 및 아마추어(28))보다 더 낮은 투자율을 가지는 재료로 제작된다. 그 결과, 로터/아마추어 경계부에 더 많은 자속이 유지됨으로써, 로터/아마추어 경계부에서의 자속 밀도 및 인력을 증가시킨다. 슬리브(36)는 축선(38) 둘레의 베어링(22)의 반경방향 안쪽에 배치되며, 전체적으로 원통형 형상이다. 슬리브(36)는 샤프트(12)를 수용하기 위한 크기로 되어 있는 내경을 가진다. 예시의 실시형태에 있어서는, 슬리브(36)는 샤프트(12)의 한쪽 축선방향 단부에서의 샤프트(12)의 감소된 직경부를 수용하고 있다. 슬리브(36)는 통상적인 키/키웨이 연결을 사용하여 샤프트(12)에 결합될 수 있다. 보다 상세하게는, 슬리브(36)는 키(도시 안됨)와 상보적으로 형성되어 그 키를 수용하도록 구성된 축선방향으로 뻗어 있는 키웨이(도시 안됨)를 형성할 수 있다. 이 슬리브(36)의 키웨이는 슬리브(36)를 샤프트(12) 상에 조립할 때 내부에 키가 뻗어 있게 되는 대응하는 샤프트(12)의 키웨이와 대향할 수 있다. 선택적으로, 슬리브(36)와 샤프트(12) 중의 하나가 슬리브(36)와 샤프트(12) 중의 다른 하나의 키웨이에 수용되도록 구성된 일체형의 반경방향 키를 구비하여 형성될 수도 있다. 슬리브(36)는 당해 슬리브(36)의 축선방향 길이를 따라 변경되는 외경을 가지고 있다. 보다 상세하게는, 슬리브(36)는 허브(40)의 일부분과 스페이서(18)의 일부분이 모두 반경방향으로 베어링(22)과 당해 슬리브(36) 사이에 배치되도록 하는 위치에, 로터 허브(40) 및 스페이서(18) 내에 수용되기 위한 크기로 되어 있는 외경을 구비한 하나의 부분(92)을 가지고 있다. 슬리브(36)는 한쪽 축선방향 단부에, 상기 부분(92)의 외경보다 더 큰 외경을 구비한 또다른 부분(96)을 가지고 있다. 부분(92, 96)은 함께 스페이서(18)의 한쪽 축선방향 단부가 당접하게 되는 쇼울더를 형성한다.

이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시형태에 따른 회전형 커플링 장치(110)가 예시되어 있다. 장치(110)는 장치(10)와 유사하다. 따라서, 동일한 구조는 동일한 도면부호로 식별되고, 동일한 구조의 설명은 상술한 설명을 참조하기로 한다. 장치(110)는 축선방향으로 로터(114)의 허브(140)와 스페이서(18) 사이에 배치되어 있는 슬리브(136)를 구비하고 있다는 점에서 장치(10)와 상이하다. 슬리브(136)는 기본적으로 장치(10)의 허브(40)에 비해 로터 허브(140)가 축선방향으로 단축되도록 로터 허브의 부분을 대체하고 있다. 슬리브(136)는 역시 자속 인슐레이터이며, 로터(114), 계자 셸(24) 및 아마추어(28)를 포함하는 자기 회로로부터의 자속 누설을 감소시키는 수단을 제공한다. 보다 상세하게는, 슬리브(136)는 아마추어(28)로부터 토크 전달 부재(34)를 통과하여 베어링(22), 샤프트(112) 내로 그리고 다시 로터(114)로 이어지는 경로(즉 누설 회로)를 따른 자속 누설을 감소시키는 수단을 제공한다. 슬리브(136)는 예컨대 오스테나이트계 스테인리스 스틸 등의 비강자성 재료를 포함하는, 자기 회로의 부재들(즉, 로터(114), 계자 셸(24) 및 아마추어(28))보다 더 낮은 투자율을 가지는 재료로 제작된다. 그 결과, 로터/아마추어 경계부에 더 많은 자속이 유지됨으로써, 로터/아마추어 경계부에서의 자속 밀도 및 인력을 증가시킨다. 슬리브(136)는 축선(38) 둘레의 베어링(22)의 반경방향 안쪽에 배치되며, 전체적으로 원통형 형상이다. 슬리브(136)는 샤프트(112)를 수용하기 위한 크기로 되어 있는 내경을 가진다. 슬리브(136)는 통상적인 키/키웨이 연결을 사용하여 샤프트(112)에 결합될 수 있다. 보다 상세하게는, 슬리브(136)는 키(도시 안됨)와 상보적으로 형성되어 그 키를 수용하도록 구성된 축선방향으로 뻗어 있는 키웨이(도시 안됨)를 형성할 수 있다. 이 슬리브(136)의 키웨이는 슬리브(136)를 샤프트(112) 상에 조립할 때 내부에 키가 뻗어 있게 되는 대응하는 샤프트(112)의 키웨이와 대향할 수 있다. 선택적으로, 슬리브(136)와 샤프트(112) 중의 하나가 슬리브(136)와 샤프트(112) 중의 다른 하나의 키웨이에 수용되도록 구성된 일체형의 반경방향 키를 구비하여 형성될 수도 있다. 슬리브(136)는 당해 슬리브(136)의 축선방향 길이를 따라 변경되는 외경을 가지고 있다. 보다 상세하게는, 슬리브(136)는 그것의 한쪽 축선방향 단부에, 로터 허브(140)의 한쪽 축선방향 단부면에 형성된 리세스 내에 수용되기 위한 크기로 되어 있는 외경을 구비한 하나의 부분(192)을 가지고 있다. 슬리브(136)는 한쪽 축선방향 단부에, 상기 부분(192)의 외경보다 더 작은 외경을 구비한 또다른 부분(196)을 가지고 있다. 부분(192, 196)은 함께 베어링(22)의 한쪽 축선방향 단부가 당접하게 되는 쇼울더를 형성한다.

이제 도 3을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시형태에 따른 회전형 커플링 장치(210)가 예시되어 있다. 장치(210)는 장치(10, 110)와 유사하다. 따라서, 동일한 구조는 동일한 도면부호로 식별되고, 동일한 구조의 설명은 상술한 설명을 참조하기로 한다. 장치(210)는 토크 전달 부재(234)가 축선방향으로 뻗어 있는 부분(288)으로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어 있는 플랜지(290)를 가진 지지 컵(286)을 구비하고 있다는 점에서 장치(10, 110)와 상이하다. 플랜지(290)가 반경방향 바깥쪽으로 뻗어 있기 때문에, 플랜지(290)와 로터 허브(40) 및 샤프트(12)와의 사이의 에어 갭이 증대된다. 그 결과, 로터/아마추어 경계부에 더 많은 자속이 유지됨으로써, 로터/아마추어 경계부에서의 자속 밀도 및 인력을 증가시킨다.

본 발명에 따른 회전형 커플링 장치는 토크 전달 부재를 통한 경로를 따른 자속 누설을 감소시키거나 제거함으로써 통상적인 장치를 능가하는 향상을 나타낸다. 상술한 몇 가지 실시형태에 있어서, 슬리브(36, 136)는 아마추어(28)로부터 토크 전달 부재(34), 지지 베어링(22), 샤프트(12, 112)를 통과하여 그리고 다시 로터(14, 114)로 이어지는 경로(즉 누설 회로)를 따른 자속 인슐레이터로서 기능하여, 경로를 따른 자속 누설을 감소시킨다. 상술한 다른 실시형태에 있어서는, 토크 전달 부재(234)의 지지 컵(286)의 반경방향 바깥쪽으로 구부려진 플랜지(290)가 지지 컵(286)과 샤프트(12) 및/또는 로터(14)와의 사이의 에어 갭을 증대시키는 것 및/또는 상대적으로 낮은 투자율을 가지는 재료로 제작되는 것에 의해, 이들 경로를 따른 자속 누설을 감소시킨다.

본 발명이 하나 이상의 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 범위로부 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (21)

1. 회전형 커플링 장치에 있어서,
   샤프트와 함께 회전하도록 샤프트에 커플링되도록 구성되어 있고, 회전 축선 둘레로 배치되며, 제1 클러치 결합면을 형성하는 로터;
   상기 회전 축선 둘레로 배치되며, 회전에 대항하여 고정되는 계자 셸;
   상기 계자 셸 내의 상기 로터의 제1 측에 배치되는 전기 컨덕터;
   상기 컨덕터 반대편인 상기 로터의 제2 측에 배치되며, 제2 클러치 결합면을 형성하는 아마추어로서, 상기 아마추어, 상기 로터 및 상기 계자 셸이 자기 회로의 부재들을 이루도록 구성되어 있는 아마추어;
   상기 아마추어와 함께 회전하도록 상기 아마추어에 커플링되고, 상기 회전 축선 둘레로 배치되어, 상기 회전 축선 둘레에 배치되는 베어링에 의해 지지되는 토크 전달 부재; 및
   상기 회전 축선 둘레의 상기 베어링의 반경방향 안쪽에 배치되는 슬리브;를 포함하고 있고,
   상기 슬리브는 상기 자기 회로의 상기 부재들의 투자율보다 더 낮은 투자율을 가지는 것을 특징으로 하는 회전형 커플링 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 축선 둘레의 상기 베어링의 반경방향 안쪽에 배치되며, 상기 자기 회로의 상기 부재들의 투자율보다 더 낮은 투자율을 가지는 스페이서를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 회전형 커플링 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 스페이서는 반경방향으로 상기 슬리브와 상기 베어링 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전형 커플링 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 슬리브는 축선방향으로 상기 스페이서와 상기 로터 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전형 커플링 장치.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 로터의 일부분은 반경방향으로 상기 슬리브와 상기 베어링 사이에 배치되어 상기 슬리브에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 회전형 커플링 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전 축선 둘레로 배치되는 스페이서; 및
   상기 스페이서를 통해 뻗어 있으며, 상기 샤프트와 결합하도록 구성되어 있는 파스너;를 더 포함하고 있고,
   상기 스페이서와 상기 파스너 중의 적어도 하나는 상기 자기 회로의 상기 부재들의 투자율보다 더 낮은 투자율을 가지는 것을 특징으로 하는 회전형 커플링 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 토크 전달 부재는 풀리를 포함하고 있고, 상기 풀리는 상기 자기 회로의 상기 부재들의 투자율보다 더 낮은 투자율을 가지는 것을 특징으로 하는 회전형 커플링 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 로터의 일부분은 반경방향으로 상기 슬리브와 상기 베어링 사이에 배치되어 상기 슬리브에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 회전형 커플링 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 토크 전달 부재는 상기 베어링 상에 지지되는 축선방향으로 뻗어 있는 부분과 상기 축선방향으로 뻗어 있는 부분으로부터 반경방향으로 뻗어 있는 플랜지를 가진 지지 컵을 구비하고 있고,
   회전형 커플링 장치는 상기 아마추어와 상기 지지 컵의 상기 플랜지 사이에 뻗어 있는 스프링을 더 포함하고 있고,
   상기 지지 컵의 상기 플랜지는 상기 지지 컵의 상기 축선방향으로 뻗어 있는 부분으로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 회전형 커플링 장치.
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