KR101970377B1 - 클러치형 피동 장치 및 연관된 클러치 메커니즘 - Google Patents

클러치형 피동 장치 및 연관된 클러치 메커니즘 Download PDF

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앤드류 보이어스
이반 펄릭
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리텐스 오토모티브 파트너쉽
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Abstract

피동 부속장치(10)가 제공되고, 상기 피동 부속장치(10)는 제 1 회전 클러치 부분(50), 제 2 회전 클러치 부분(52), 랩 스프링(56) 및 액추에이터(60)를 포함한다. 상기 랩 스프링(56)은 상기 제 1 및 제 2 회전 클러치 부분(50, 52) 사이에서 회전 동력을 전달하도록 구성된다. 상기 액추에이터(60)는, 상기 랩 스프링(56)을 통한 토크 전달을 제어하기 위해서 상기 랩 스프링(56)으로 인가되는 항력을 생성하기 위해서 선택적으로 동작될 수 있다. 상기 액추에이터(60)는 액추에이터 입력 부재(140), 브레이크 슈(144), 및 모터(142)를 포함하고, 상기 모터(142)는 회전 축(70)을 따라서 축방향으로 상기 브레이크 슈(144)를 병진운동시키도록 구성된다. 상기 항력은 상기 모터(142)가 제 1 모드에서 동작할 때 생성되며, 그에 따라 상기 제 1 회전 클러치 부분(50)과 상기 제 2 회전 클러치 부분(52) 사이의 회전 동력의 전달이 중단된다.

Description

클러치형 피동 장치 및 연관된 클러치 메커니즘{CLUTCHED DRIVEN DEVICE AND ASSOCIATED CLUTCH MECHANISM}
관련 출원의 교차-참조
본원은 2011년 10월 6일자로 출원된 미국 가출원 제 61/544,015 호 및 2012년 2월 22일자로 출원된 미국 가출원 제 61/601,611 호의 이익 향유를 주장한다. 전술한 출원의 각각은, 그 전체가 여기에서 구체적으로 설명된 것과 같이, 참조로서 여기에서 포함된다.
본원 개시 내용은 클러치형 피동 장치 및 연관된 클러치 메커니즘에 관한 것이다.
본 항목은 본원 개시 내용과 관련된 배경 정보를 제공하고, 그러한 배경 정보가 반드시 종래 기술인 것은 아니다.
원동기로부터 직접적으로 또는, 벨트, 체인 및/또는 치형 기어를 채용할 수 있는 무한 동력 전달 요소를 통해서 전달되는 회전 동력을 장치로 동력 공급(power)하는 것이 종종 요구된다. 그러한 장치는, 예를 들어, 부속장치(accessory) 구동부 또는 타이밍 구동부를 통해서 모터 차량의 엔진에 연결될 수 있고 그리고 예를 들어 펌프(예를 들어, 워터 펌프, 진공 펌프, 파워 스티어링 펌프, 공기 압축기, 공조 압축기), 전기 발전 수단(예를 들어, 알터네이터, 발전기, 시동기-알터네이터, 시동기-발전기), 및/또는 팬을 포함할 수 있다.
장치의 출력이 필요하지 않거나 요구되지 않는 상황에서, 장치의 동작이 원동기의 감소된 효율과 연관될 것임을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 자동차 관련 상황(context)에서, 엔진이 저온일 때 그리고 시동될 때 엔진 워터 펌프를 동작시킬 필요가 없을 수 있고 그리고 그에 따라, 엔진이 저온일 때 그리고 시동될 때 엔진 워터 펌프의 동작은 엔진의 전체적인 연료 효율을 감소시킨다. 이러한 단점을 극복하기 위해서, 장치를 선택적으로 동작시키기 위한 클러치를 제공하는 것이 당업계에 공지되어 있다. 그러한 클러치는 전형적으로, 장치를 구동하기 위해서 회전 동력이 클러치를 통해서 전달되도록 허용하기 위한, 소정 종류의 동력, 일반적으로 전기 동력을 필요로 한다. 보다 최근에, 정상 상태 또는 동력이 전달되지 않는(unpowered) 상태에서 회전 동력을 피동 장치로 전달하도록 그리고 비교적 적은-동력 입력을 이용하는 동력 상태에서 피동 장치로 회전 동력을 전달하는 것을 방지하도록 구성될 수 있는 몇 가지 타입의 클러치가 Litens Automotive Partnership에 의해서 개발되었다.
그러한 클러치가 의도된 목적에는 적합하지만, 그럼에도 불구하고 그러한 클러치는 개선의 여지가 있다.
본 항목은 일반적으로 개시 내용의 요약을 제공하고, 그리고 개시 내용의 전체 범위 또는 그 특징의 전부를 포괄적으로 개시하는 것은 아니다.
본원 개시 내용의 제 1 양태에서, 제 1 회전 클러치 부분(50), 제 2 회전 클러치 부분(52), 랩(wrap) 스프링(56), 및 액추에이터(60)를 포함하는 피동 부속장치(10)가 제공된다. 제 1 회전 클러치 부분(50)이 회전 축(70) 주위로 배치되고 그리고 회전 입력을 수용하도록 구성된다. 제 1 회전 클러치 부분(50)은 클러치 표면(76)을 형성한다. 제 2 회전 클러치 부분(52)은 회전 축(70) 주위로 배치되고 그리고 입력 샤프트(40)에 커플링되도록 구성된다. 랩 스프링(56)은 제 1 단부(110), 제 2 단부(112), 및 상기 클러치 표면(76)과 결합하는 상기 제 1 단부(110)와 제 2 단부(112) 사이의 복수의 나선형 코일(114)을 가진다. 상기 랩 스프링(56)은 제 1 회전 클러치 부분(50)과 제 2 회전 클러치 부분(52) 사이에서 회전 동력을 선택적으로 전달하도록 구성되며, 그에 따라 회전 동력이 제 1 회전 클러치 부분(50)으로부터 나선형 코일(114)에 의해서 수용되고 그리고 제 1 단부(110)를 통해서 전달된다. 액추에이터(60)는 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112)로 인가되는 항력(drag force)을 생성하도록 선택적으로 동작될 수 있다. 액추에이터(60)는 액추에이터 입력 부재(140) 및 브레이크 슈(144)를 포함한다. 액추에이터 입력 부재(140)는 제 1 회전 클러치 부분(50)에 대해서 상대적으로 회전 축(70)을 중심으로 회전될 수 있고 그리고 브레이크 로터(152) 주위로 외주방향으로 배치된 복수의 치형부(T1)를 가지는 브레이크 로터(152)를 구비한다. 상기 브레이크 슈(144)는 상기 브레이크 로터(152)의 치형부(T1)와 맞물려 결합되는 복수의 정합(mating) 치형부(T2)를 포함한다. 상기 브레이크 슈(144)는 회전 축(70) 주위로 회전될 수 있고 그리고 회전 축(70)을 따라서 축방향으로 이동할 수 있다.
본원 개시 내용의 제 2 양태에서, 제 1 회전 클러치 부분(50), 제 2 회전 클러치 부분(52), 랩 스프링(56), 및 액추에이터(60)를 포함하는 피동 부속장치(10)가 제공된다. 제 1 회전 클러치 부분(50)이 회전 축(70) 주위로 배치되고 그리고 회전 입력을 수용하도록 구성되고, 상기 제 1 회전 클러치 부분(50)은 클러치 표면(76)을 형성한다. 제 2 회전 클러치 부분(52)은 회전 축(70) 주위로 배치되고 그리고 입력 샤프트(40)에 커플링되도록 구성된다. 랩 스프링(56)은 제 1 단부(110), 제 2 단부(112), 및 상기 클러치 표면(76)과 결합하는 상기 제 1 단부(110)와 제 2 단부(112) 사이의 복수의 나선형 코일(114)을 가진다. 상기 랩 스프링(56)은 제 1 회전 클러치 부분(50)과 제 2 회전 클러치 부분(52) 사이에서 회전 동력을 선택적으로 전달하도록 구성되며, 그에 따라 회전 동력이 제 1 회전 클러치 부분(50)으로부터 나선형 코일(114)에 의해서 수용되고 그리고 제 1 단부(110)를 통해서 전달된다. 액추에이터(60)는 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112)로 인가되는 항력을 생성하도록 선택적으로 동작될 수 있다. 액추에이터(60)는 액추에이터 입력 부재(140), 브레이크 슈(144), 및 모터(142)를 포함한다. 액추에이터 입력 부재(140)는 제 1 회전 클러치 부분(50)에 대해서 상대적으로 회전 축(70)을 중심으로 회전될 수 있고 그리고 브레이크 로터(152)를 가진다. 상기 브레이크 슈(144)는 회전 축(70) 주위로 회전될 수 있고 그리고 회전 축(70)을 따라서 축방향으로 이동할 수 있다. 상기 모터(142)는 회전 축(70)을 따라서 축방향으로 상기 브레이크 슈(144)를 병진운동시키도록 선택적으로 동작될 수 있다. 상기 항력은, 제 1 회전 클러치 부분(50)과 제 2 회전 클러치 부분(52) 사이의 회전 동력의 전달을 중단시키는 제 1 모드에서 상기 모터(142) 동작될 때, 발생된다. 상기 항력은, 상기 제 1 회전 클러치 부분(50)과 상기 제 2 회전 클러치 부분(52) 사이의 회전 동력의 전달을 허용하는 제 2 모드에서 모터(142)가 동작될 때, 발생되지 않는다.
추가적인 적용 분야는 여기에서 제공되는 설명으로부터 자명해질 것이다. 이러한 요약에서의 설명 및 구체적인 예는 단지 설명을 위한 것이고 그리고 본원 개시 내용의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
여기에서 개시된 도면은 모든 가능한 구현예가 아니라 단지 선택된 실시예를 설명하기 위한 것이고, 그리고 본원 개시 내용의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본원 개시 내용의 교시 내용에 따라 구축된 피동 부속장치의 길이방향 단면도이다.
도 2는 도 1의 피동 부속장치의 일부의 전방 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 피동 부속장치의 일부의 후방 분해 사시도이다.
도 4는 제 2 회전 클러치 부분을 보다 구체적으로 도시한, 도 1의 피동 부속장치의 일부의 사시도이다.
도 5는 도 1의 피동 부속장치의 일부의 길이방향 단면도이다.
도 6은 랩 스프링 및 캐리어를 보다 구체적으로 도시한, 도 1의 피동 부속장치의 일부의 후방 사시도이다.
도 7, 7a, 7b 및 8은 도 1의 피동 부속장치에서 채용될 수 있는 대안적으로 구성된 액추에이터의 부분의 사시도적인 단면도이다.
도 9 내지 13은 도 1의 피동 부속장치에서 사용되는 액추에이터에서 채용될 수 있는 여러 가지 치형부 프로파일의 확대도이다.
도 14는 본원 개시 내용의 교시 내용에 따라서 구축된 제 2 피동 부속장치의 분해 사시도이다.
도 15는 도 14의 피동 부속장치의 일부의 상부 평면도이다.
도 16은 본원 개시 내용의 교시 내용에 따라 구축된 제 3 부속장치의 일부의 확대된 길이방향 단면도이다.
도 17은 본원 개시 내용의 교시 내용에 따라 구축된 제 4 피동 부속장치의 일부의 확대된 길이방향 단면도이다.
도 18은 본원 개시 내용의 교시 내용에 따라 구축된 제 5 피동 부속장치의 일부의 확대된 길이방향 단면도이다.
도 19는 본원 개시 내용의 교시 내용에 따라 구축된 제 6 피동 부속장치의 일부의 확대된 길이방향 단면도이다.
도 20은 본원 개시 내용의 교시 내용에 따라 구축된 제 7 피동 부속장치의 일부의 확대된 길이방향 단면도이다.
도면의 몇몇을 통해서 상응하는 참조 번호는 상응하는 부분을 나타낸다.
여기에서 사용된 용어는 단지 특별한 예시적 실시예를 설명하기 위한 것이고 그리고 제한적인 것으로 의도된 것은 아니다. 여기에서 사용된 바와 같이, 단수 형태("a", "an", 및 "the")는, 문맥이 명확하게 달리 표시하지 않은 경우에, 복수 형태도 포함하는 것으로 의도될 수 있을 것이다. "포함하다", "포함하는(comprising)", "구비하는(including)" 및 "갖는(having)"이라는 용어는 포괄적이며, 그에 따라 기술된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 규정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소, 및/또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
하나의 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에 위치되거나", "그에 결합되거나", "그에 연결되거나", 또는 "그에 커플링되는" 것으로 지칭될 때, 그는 다른 요소 또는 층 상에 직접적으로 위치되거나, 결합되거나, 연결되거나, 커플링될 수 있고, 또는 개재하는 요소 또는 층이 존재할 수 있을 것이다. 대조적으로, 하나의 요소가 다른 요소 또는 층 "상에 직접적으로 위치되거나", "그에 직접 결합되거나", "그에 직접 연결되거나", 또는 "그에 직접 커플링되는" 것으로 지칭될 때, 개재 요소 또는 층이 존재하지 않을 수 있을 것이다. 요소들 사이의 관계를 설명하기 위해 사용되는 다른 단어들은 유사한 방식으로(예를 들어, "사이에" 대 "사이에 직접적으로", "인접한" 대 "직접적으로 인접한" 등으로) 해석되어야 한다. 여기에서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련된 나열 항목 중 임의의 그리고 모든 조합을 포함한다.
제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 여러 가지 요소, 구성요소, 영역, 층, 및/또는 섹션을 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소, 구성요소, 영역, 층, 및/또는 섹션은 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안 된다. 이러한 용어는 단지 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층, 또는 섹션을 다른 영역, 층, 또는 섹션으로부터 구분하기 위해 사용될 수 있을 것이다. "제 1", "제 2", 및 다른 수치적 용어와 같은 용어는, 여기에서 사용될 때, 문맥에 의해 명확하게 표시되지 않은 경우에 시퀀스 또는 순서를 암시하지 않는다. 따라서, 아래에서 설명되는 제 1 요소, 구성요소, 영역, 층, 또는 섹션은 예시적인 실시예의 교시 내용으로부터 벗어나지 않고도 제 2 요소, 구성요소, 영역, 층, 또는 섹션으로 지칭될 수 있을 것이다.
"내측", "외측", "밑", "아래", "하부", "위", "상부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는, 도면에 도시된 바와 같은 하나의 요소 또는 특징의 다른 요소(들) 또는 특징(들)에 대한 관계를 설명하기 위한 용이한 설명을 위해서 여기에서 사용될 수 있을 것이다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 추가하여 사용시에 또는 동작시에 장치의 상이한 배향을 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집힌다면, 다른 요소 또는 특징의 "아래" 또는 "밑"으로서 설명된 요소는 다른 요소 또는 특징의 "위"로 배향된다. 따라서, "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래의 배향을 모두 포함할 수 있을 것이다. 장치가 (90°회전되거나 다른 배향으로) 달리 배향될 수 있고, 여기에서 사용되는 공간적으로 상대적인 설명은 그에 따라 해석될 수 있을 것이다.
도면 중 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 교시 내용에 따라 구성된 클러치형 피구동 장치 또는 부속장치가 전체적으로 참조 번호 '10'에 의해 표시되어 있다. 클러치형 피구동 장치(10)는 입력 부재(12), 실질적으로 통상적인 부속장치 부분(14), 및 클러치 조립체(16)를 포함할 수 있다. 제공된 특별한 예에서, 부속장치 부분(14)은 워터 펌프 조립체(20)이지만, 당업자는 워터 펌프 조립체(20)의 도시는 본 교시 내용의 하나의 적용을 예시할 뿐이며, 본 교시 내용은 팬, 전기를 발생시키기 위한 수단(예를 들어, 알터네이터, 발전기, 시동기-알터네이터, 시동기-발전기), 다른 유형의 펌프(예를 들어, 공조 압축기, 파워 스티어링 펌프, 진공 펌프, 공기 압축기), 송풍기, 수퍼 차저, 동력 인출 장치, 및 모터(예를 들어, 전기 동력식 또는 유체 동력식 모터)를 포함한 다른 동력원에 의해 구동되는 부속장치와 같은, 다양한 다른 유형의 엔진 부속장치에 대한 적용을 갖는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 교시 내용이 자동차 또는 차량의 맥락에서 설명되어 있지만, 본 발명의 교시 내용은 일반적으로 구동 시스템(즉, 회전 운동을 전달하는 시스템을 포함하는, 운동을 전달하기 위한 시스템)에 대해 적용된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 입력 부재(12)는 무한 동력 전달 부재로부터 회전 동력을 수용하도록 구성될 수 있다. 다양한 무한 동력 전달 부재의 예에는 벨트, 체인, 및 기어가 포함된다. 제공된 특별한 예에서, 입력 부재(12)는 벨트(미도시)로부터 회전 동력을 수용하도록 구성된 풀리 시브(pulley sheave)(22)를 포함한다.
워터 펌프 조립체(20)는 하우징(30), 입력 샤프트(32), 베어링 세트(34), 밀봉 시스템(36), 및 임펠러(38)를 포함할 수 있다. 하우징(30)은 엔진과 같은 원동기에 클러치형 피구동 장치(10)를 장착하도록 구성될 수 있다. 입력 샤프트(32)는 입력 단부(40), 및 상기 입력 단부(40)에 대향하여 위치된 출력 단부(42)를 포함할 수 있다. 베어링 세트(34)는 하우징(30)과 입력 샤프트(32) 사이에 배치될 수 있고, 입력 샤프트(32)를 하우징(30)에 대해서 회전하도록 지지할 수 있다. 밀봉 시스템(36)은 베어링 세트(34) 내로의 오염물질(예를 들어, 먼지, 파편, 수분)의 유입 및/또는 베어링 세트(34)로부터의 윤활제의 유출을 방지하도록 구성된 밀봉부의 하나 이상의 세트를 포함할 수 있다. 임펠러(38)는 입력 샤프트(32)의 출력 단부(42)에 함께 회전하도록 고정식으로 커플링될 수 있다.
도 1 내지 3을 참조하면, 클러치 조립체(16)는 제 1 회전 클러치 부분(50), 제 2 회전 클러치 부분(52), 베어링(54), 랩 스프링(56), 캐리어(58), 및 액추에이터(60)를 포함할 수 있다.
제 1 회전 클러치 부분(50)은 회전 축(70)을 중심으로 함께 회전하기 위해서 입력 부재(12)에 커플링될 수 있도록 구성될 수 있다. 제 1 회전 클러치 부분(50)은 내부 클러치 표면(76)을 가지는 구동 부재(74)를 가질 수 있다. 제공된 특별한 예에서, 제 1 회전 클러치 부분(50)은 튜브형 허브(78), 및 상기 튜브형 허브(78)의 후방 단부에 고정식으로 커플링되고 그로부터 방사상 외측으로 연장하는 방사상 플랜지(80)를 포함한다. 내부 클러치 표면(76)은, 회전 축(70) 주위로 동심적으로 배치되도록, 튜브형 허브(78)의 내부 원주방향 표면 상에 형성될 수 있다. 방사상 플랜지(80)가 용접 또는 나사식 체결구(82)와 같은, 임의의 원하는 방식으로 입력 부재(12)에 고정식으로 커플링될 수 있다. 다른 예로서, 방사상 플랜지(80)가 입력 부재(12)와 일체로 그리고 단일체로(즉, 단일-피스 구성요소로서) 형성될 수 있다.
제 2 회전 클러치 부분(52)은 워터 펌프 조립체(20)의 입력 샤프트(32)에 회전 동력을 전달하도록 구성될 수 있다. 제공된 특별한 예에서, 제 2 회전 클러치 부분(52)은 외측 환형 벽(90), 내측 환형 벽(92), 적어도 하나의 구동 러그(lug)(94)(도 4), 그리고 외측 및 내측 환형 벽(90, 92)을 서로 연결하는 단부 벽(96)을 포함한다. 외측 환상 벽(90)은 제 1 회전 클러치 부분(50)의 튜브형 허브(78)에 대해 동심적으로 배치될 수 있고, 내측 환형 벽(92)은 튜브형 허브(78) 내에 동심적으로 배치될 수 있다. 내측 환형 벽(92)은 간섭형(interference) 끼워 맞춤, 용접, 스플라인 치형부 및/또는 나사식 체결구와 같은, 임의의 원하는 방식으로 입력 샤프트(32)의 입력 단부(40)에 회전 불가능하게 커플링될 수 있다. 구동 러그(94)(들)(도 4)는 외측 환형 벽(90), 내측 환형 벽(92), 및 단부 벽(96) 중 하나 이상에 함께 회전하도록 커플링될 수 있다. 제공된 특별한 예에서, 구동 러그(94)는 내측 환형 벽(92) 및 단부 벽(96)과 공동-형성되지만(co-formed), 구동 러그(94)는 외측 환형 벽(90), 내측 환형 벽(92), 및 단부 벽(96) 중 하나 이상에 조립되는(그리고 회전 불가능하게 커플링되는), 스러스트(thrust) 와셔와 같은, 다른 구조물 상에 형성될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
베어링(54)은 제 1 및 제 2 회전 클러치 부분(50, 52)들 사이에 수용될 수 있고, 제 2 회전 클러치 부분(52) 주위로 회전하도록 제 1 회전 클러치 부분(50)을 지지할 수 있다. 제공된 예에서, 베어링(54)은 외측 환형 벽(90)의 방사상 내부 표면 및 튜브형 허브(78)의 방사상 외부 표면에 결합된다. 베어링(54)은 임의 타입의 베어링일 수 있지만, 제공된 예에서, 회전 축(70)을 따라 서로로부터 축방향으로 이격된 베어링 요소(100a, 100b)들의 2개의 행(row)을 갖는 밀봉된 베어링이다.
도 3, 5, 및 6을 참조하면, 랩 스프링(56)은 대체로 정사각형 또는 직사각형 단면 형상을 가질 수 있는 적절한 와이어로 형성될 수 있다. 랩 스프링(56)을 형성하는 와이어가 코팅되지 않을 수 있거나(즉, 단순형(plain)), 예를 들어, 마찰, 마모, 및/또는 열을 제어하는 것을 도울 수 있는 적합한 재료로 코팅될 수 있다. 랩 스프링(56)은 베어링(54)의 방사상 내측에 배치될 수 있고, 제 1 단부(110), 상기 제 1 단부(110)에 대향하는 제 2 단부(112), 및 제 1 및 제 2 단부들(110, 112) 사이에서 연장할 수 있는 복수의 나선 코일(114)을 가질 수 있다. 상기 나선 코일(114)은 내부 클러치 표면(76)에 대해 수용될 수 있다. 제공된 특별한 예에서, 나선 코일(114)은 내부 클러치 표면(76)에 억지 끼워 맞춤(press-fit)되지만, 다른 유형의 끼워 맞춤이 대안적으로 채용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 모든 나선 코일(114)이 동일한 방식으로 내부 클러치 표면(76)에 끼워질 필요가 없다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 나선 코일(114) 중 일부가 간섭형 끼워 맞춤을 채용할 수 있는 한편, 내부 클러치 표면(76)과 나머지 나선 코일들 사이에는 간극 또는 가변 레벨의 간섭이 존재할 수 있을 것이다. 제 1 단부(110)는, 이하에서 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 나선 코일(114)로부터 제 2 회전 클러치 부분(52)으로 회전 동력을 전달하도록 구성될 수 있다. 제 2 단부(112)는, 이하에서 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 액추에이터(60)에 커플링될 수 있는 제어 탱(control tang)(118)을 포함할 수 있다.
캐리어(58)는 강철 또는 플라스틱과 같은 적합한 재료로 형성될 수 있고, 플랜지 부분(120), 슬리브 부분(122), 홈(124), 및 캐리어 접촉지지(abutment) 벽(126)을 포함할 수 있다. 플랜지 부분(120)은 전방 표면(130) 및 후방 표면(132)을 가지는 환형 구조물일 수 있고, 상기 전방 표면은 제 2 회전 클러치 부분(52)의 단부 벽(96)과 접촉지지될 수 있고 상기 후방 표면은 랩 스프링(56)의 나선 코일(114)들 중 인접한 나선형 코일과 접촉지지될 수 있다. 제공된 예에서, 랩 스프링(56)과 접촉지지되는 후방 표면(132)의 부분은 랩 스프링(56)의 나선 코일(114)의 외형과 정합하도록 나선형으로 윤곽화된다. 슬리브 부분(122)은 플랜지 부분(120)으로부터 축방향으로 연장할 수 있는 환형 구조물일 수 있다. 슬리브 부분(122)은 나선 코일(114)들 중 하나 이상을 지지하고 그리고/또는 회전 축(70)에 대해 캐리어(58) 및 랩 스프링(56)의 제 1 단부(110)를 유지하기 위해서, 랩 스프링(56)의 나선 코일(114) 내에 수용되는 크기일 수 있다. 홈(124)은 랩 스프링(56)의 제 1 단부(110)를 수용하도록 구성될 수 있고, 슬리브 부분(122)의 원주부를 통해서 그리고 선택적으로 캐리어 접촉지지 벽(126)을 통해 연장할 수 있다. 캐리어 접촉지지 벽(126)은 제 2 회전 클러치 부분(52) 상의 구동 러그(94) 중 하나 상의 접촉지지 면(138)(도 4)과 접촉지지될 수 있고, 그리고 홈(124)이 (제공된 예에 도시된 바와 같이) 캐리어 접촉지지 벽(126)을 통해서 연장하는 경우에, 랩 스프링(56)을 형성하는 와이어의 축방향 단부 면(141)이 또한 구동 러그(94)(도 4) 중 하나 상의 접촉지지 면(138)(도 4)과 접촉지지될 수 있다.
도 1, 3, 및 5를 참조하면, 랩 스프링(56)은 회전 동력이 클러치 조립체(16)를 통해 전달될 때 나선 코일(114)이 언코일링되거나 방사상 외측으로 확장하는 경향을 가지도록 권양될 수 있다. 더 구체적으로, 입력 부재(12)의 회전은 구동 부재(74)의 상응하는 회전을 일으킬 수 있고, 이는 결국 나선 코일(114)의 내부 클러치 표면(76)과 결합으로 인해서 랩 스프링(56)을 회전시키는 경향을 가질 수 있다. 랩 스프링(56)으로 입력되는 회전 동력은 (랩 스프링(56)의 제 1 단부(110) 및/또는 캐리어(58)를 통해서) 제 2 회전 클러치 부분(52)으로 전달될 수 있고, 이는 부속장치 부분(14)의 입력 샤프트(32)를 회전시키는 경향을 가질 수 있다. 부속장치 부분(14)의 입력 샤프트(32)가 저항이 없이 회전하지 않기 때문에(입력 샤프트(32)의 회전은 부속장치 부분(14)이 일을 생성하게 한다), 랩 스프링(56)의 나선 코일(114)은 내부 클러치 표면(76)을 더 양호하게 파지하도록 언코일링되거나 방사상 외측으로 확장하는 경향을 가진다. 따라서, 클러치 조립체(16)의 이러한 예는 자가-활성화된다.
도 1, 3, 및 5를 참조하면, 액추에이터(60)는, 랩 스프링(56)의 코일링을 선택적으로 개시하여 나선 코일(114)이 내부 클러치 표면(76)과 적어도 부분적으로 분리되도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 액추에이터(60)의 작동은 나선 코일(114)들 중 하나 이상이 더 타이트하게 코일링되거나 방사상 내측으로 수축하게 하도록 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112)를 당길 수 있다. 제공된 예에서, 액추에이터(60)는 액추에이터 입력 부재(140), 구동 모터(142), 및 브레이크 슈(144)를 포함한다.
액추에이터 입력 부재(140)는 허브 부재(150) 및 브레이크 로터(152)를 포함할 수 있다. 허브 부재(150)는 제 2 회전 클러치 부분(52)의 내측 환형 벽(92)과 튜브형 허브(78) 사이에 수용될 수 있는 튜브형 구조물일 수 있다. 허브 부재(150)는 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112)와 결합될 수 있는 스프링 장착부(156)를 가질 수 있다. 본 예에서, 스프링 장착부(156)는 허브 부재(150) 내에 형성된 길이방향 연장 슬롯(158)을 포함한다. 나선 코일(114)들 중 인접한 것으로부터 방사상 내측으로 연장할 수 있는 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112) 상의 탱(118)(도 6)은 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112)에 대한 미리 결정된 방향으로의 액추에이터 입력 부재(140)의 회전이 나선 코일(114)의 코일링을 일으키도록 슬롯(158) 내로 수용될 수 있다. 브레이크 로터(152)는 허브 부재(150)에 결합될 수 있고 그로부터 방사상 외측으로 연장할 수 있는 환형 구조물일 수 있다. 브레이크 로터(152)는, 상기 구동 모터(142)를 향해서 축방향을 따라 후방으로 연장할 수 있는 복수의 치형부(T1)에 의해서 형성될 수 있는 로터 표면(160)을 가질 수 있다.
액추에이터 입력 부재(140)는, 이하에서 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 액추에이터 입력 부재(140)가 제 1 회전 클러치 부분(50)과 함께 회전하거나 약간 지연되도록 제 1 회전 클러치 부분(50)과 실질적으로 함께 회전 축(70)을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 임의의 희망하는 수단이 제 1 회전 클러치 부분(50)에 대한 액추에이터 입력 부재(140)의 제한된 회전을 허용하는 방식으로 제 1 회전 클러치 부분(50)에 액추에이터 입력 부재(140)를 커플링시키도록 채용될 수 있다. 예를 들어, 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112) 상의 탱(118)(도 6)의 슬롯(158) 내로의 수용은 액추에이터 입력 부재(140)가 제 1 회전 클러치 부분(50)과 함께 실질적으로 회전하게 하도록 제 1 회전 클러치 부분(50)으로의 액추에이터 입력 부재(140)의 충분한 회전 커플링을 제공할 수 있다. 그러나, 제공된 특별한 예에서, 제 1 회전 클러치 부분(50)이 회전할 때 액추에이터 입력 부재(140)를 구동하는 경향이 있는 항력을 생성하고, 나선 코일이 내부 클러치 표면(76)과 추가로 결합되도록 하기 위해서 언코일링/방사상 확장하도록 나선 코일(114)을 "에너지화(energize)"하는 것을 돕는 마찰 계면이 제 1 회전 클러치 부분(50)과 액추에이터 입력 부재(140) 사이에 제공된다. 제공된 특별한 예에서, 허브 부재(150) 내에 형성된 밀봉 홈(172) 내에 수용되는 O-링 밀봉부(170)가 제 1 회전 클러치 부분(50) 및 허브 부재(150)와 마찰식으로 결합된다. 필요하다면, 하나 이상의 밀봉부가 랩 스프링(56)이 배치되는 제 1 및 제 2 회전 클러치 부분들(50, 52) 사이의 공동을 밀봉하도록 채용될 수 있다. 제공된 특별한 예에서, 제 2의 O-링 밀봉부(176)가 제 2 회전 클러치 부분(52)의 내측 환형 벽(92)과 허브 부재(150) 사이의 계면을 밀봉하고, O-링 밀봉부(170)는 허브 부재(150)와 튜브형 허브(78) 사이의 계면을 밀봉한다. 4각(quad) 링 밀봉부, X 링 밀봉부, 립 밀봉부, 동적 밀봉부, 오버몰드 등과 같은 임의의 원하는 타입의 밀봉부가 O-링 밀봉부(170, 176) 중 하나 또는 모두에 대해 채용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 원하는 경우에, 코팅, 건식-필름 윤활제, 그리스, 오일, 및/또는 견인 유체와 같은 적합한 윤활제가 나선 코일(114) 및 내부 클러치 표면(76)을 윤활하도록 채용될 수 있다.
제 2 회전 클러치 부분(52)에 대한 액추에이터 입력 부재(140)의 축방향 유격(endplay)을 제어하고 그리고/또는 캐리어(58)를 유지하고 캐리어(58) 및 랩 스프링(56)의 제 1 단부(110) 상에 축방향 클램핑력을 제공하기 위해서, 다양한 유격 제어 기술이 채용될 수 있다. 예를 들어, 스러스트 링(180)이 제 2 회전 클러치 부분(52)과, 액추에이터 입력 부재(140)의 전방 축방향 표면 사이에 배치될 수 있고, 그리고 제 2 회전 클러치 부분(52) 내의 링 홈(184) 내에 수용될 수 있는 유지 링(182)은 단부 벽(96)으로부터 멀리 축 방향을 따른 액추에이터 입력 부재(140)의 이동을 제한할 수 있다.
구동 모터(142)는 전자석 코일(200) 및 전기자(202)를 포함할 수 있다. 전자석 코일(200)은 코일 하우징(210) 및 와이어의 환형 코일(212)을 포함할 수 있다. 코일 하우징(210)은, 입력 샤프트(32)(도 1) 주위로 동심적인 것과 같이, 희망하는 위치에서 부속장치 부분(14)(도 1)의 하우징(30)(도 1)에 회전가능하지 않게 장착될 수 있는 환형 구조물일 수 있다. 코일 하우징(210)이 내측 하우징 벽(214), 외측 하우징 벽(216), 및 상기 내측 및 외측 하우징 벽들(214 및 216) 사이에 방사상으로 배치될 수 있는 후방 벽(218)을 포함할 수 있다. 상기 코일 하우징(210)은 브레이크 슈(144)의 전방 축방향 이동을 제한하도록 구성될 수 있다. 제공된 특별한 예에서, 외측 하우징 벽(216)의 전방 단부(220)가 롤링되어, 브레이크 슈(144)의 전방 축방향 이동을 제한하는 립을 생성한다.
와이어의 코일(212)이 코일 하우징(210)에 고정적으로 커플링될 수 있고 그리고 내측 하우징 벽(214) 주위로 동심적으로 배치될 수 있다. 제공된 특별한 예에서, 와이어의 코일(212)이, 예를 들어, 간섭형 끼워 맞춤 또는 본딩(예를 들어, 접착적, 점착적)을 통해서, 내측 하우징 벽(214)에 고정적으로 커플링되는 카트릿지 내에 수납된다. 와이어의 코일(212)이 에너지화되어, 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같이, 전기자(202)를 이동시키기 위한 자기장을 생성할 수 있다.
전기자(202)는, 와이어의 코일(212)과 외측 하우징 벽(216) 사이에 방사상으로 수용될 수 있는 링-형상의 구조물일 수 있다. 전기자(202)가 스틸과 같은 강자성 재료로 (전체적으로 또는 부분적으로) 형성될 수 있는 한편, 외측 하우징 벽(216)과 같은 코일 하우징(210)의 하나 이상의 부분이 알루미늄, 스테인리스 스틸, 또는 플라스틱과 같은 비-자성 재료로 형성될 수 있다. 하나의 예로서, 전기자(202)가, 도 7에 도시된 바와 같이, 스틸 링(SR)이 내부에 매립될 수 있는 플라스틱 재료(PM)로 부분적으로 형성될 수 있다. 예로서, 전기자(202)가, 도 8에 도시된 바와 같이, 스틸 충진재 재료(SFM)를 가지는 플라스틱(PM)을 포함하는 재료로 형성될 수 있다.
도 1, 3, 및 5를 다시 참조하면, 브레이크 슈(144)가 전기자(202)에 커플링될 수 있고 그리고 복수의 정합 치형부(T2)를 포함할 수 있다. 정합 치형부(T2)가 전기자(202)로부터 축방향을 따라 전방으로 연장할 수 있고 그리고, 일반적으로 (브레이크 슈(144)를 액추에이터 입력 부재(140)에 대해서 회전식으로 커플링시키는, 치형부(T2)와 치형부(T1)의 정합 결합으로 인해서) 전기자(202)와 액추에이터 입력 부재(140) 사이의 상대적인 회전을 방지하면서, 액추에이터 입력 부재(140)에 대한 브레이크 슈(144)의 축방향 이동을 허용하는 방식으로, 브레이크 로터(152)의 치형부(T1)와 맞물려 결합될 수 있다.
동작 시에, 전자석 코일(200)이 비에너지화된 상태에서 유지되거나 동작될 수 있고, 그에 따라 자기장이 생성되지 않고 그리고 전기자(202)가 비교적 방해받지 않는 방식으로 액추에이터 입력 부재(140)와 함께 회전될 수 있다. 전자석 코일(200)을 에너지화된 상태에서 동작시키기 위한 신호가 전자석 코일(200)로 제공될 때, 와이어의 코일(212)이 전기자(202)를 끌어 당기는 자기장을 생성할 수 있고, 그에 따라 전기자(202)가 코일 하우징(210)을 향해서 후방으로 이동할 수 있다. 전기자(202)의 후방 이동이 브레이크 슈(144)의 상응하는 후방 이동을 유발할 것임을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 브레이크 슈(144)의 축방향 이동을 수용하면서 결합을 유지하도록 치형부(T1) 및 정합 치형부(T2)가 구성될 수 있다.
전자석 코일(200)에 의해서 생성된 자기장은 와이어의 코일(212)과 외측 하우징 벽(216) 사이의 후방 벽(218)의 일부의 전방 표면(228)과 전기자(202)의 후방 표면(226) 사이의 접촉을 유발할 수 있다. 그러한 후방 표면(226)과 후방 벽(218) 사이의 접촉은 (랩 스프링(56)의 제 1 단부(110)에 대한) 전기자(202)의 회전을 순간적으로 느리게 할 수 있다. 브레이크 슈(144)가 회전을 위해서 전기자(202)에 커플링되기 때문에, 전기자(202)의 회전을 순간적으로 느리게 하는 것은 또한 랩 스프링(56)의 제 1 단부(110)에 대한 브레이크 슈(144)의 회전을 또한 순간적으로 느리게 할 수 있다. 정합 치형부(T2)가 치형부(T1)와 맞물려 결합되기 때문에, 브레이크 슈(144)를 순간적으로 느리게 하는 것은 정합 치형부(T2)의 프랭크가 치형부(T1)의 프랭크와 접촉하도록 유도할 것이고, 그 후에 브레이크 로터(152)가 브레이크 슈(144)에 회전식으로 커플링될 것이고, 그에 따라 브레이크 로터(152)(및 액추에이터 입력 부재(140)의 나머지)가 랩 스프링(56)의 제 1 단부(110)에 대해서 느려질 것이다. 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112) 상의 탱(118)이 액추에이터 입력 부재(140)에 결합되기 때문에, 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112)가 랩 스프링(56)의 제 1 단부(110)에 대해서 느려질 것이다. 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112)를 순간적으로 느려지게 하는 것은, 랩 스프링(56)이 내부 클러치 표면(76)과 미리 결정된 범위로 분리되어 제 1 회전 클러치 부분(50)과 제 2 회전 클러치 부분(52) 사이의 토크 전달을 제한하거나 중단시키도록, 나선형 코일(114) 중 하나 이상이 방사상 내측으로 코일링되거나 수축되게 유도하는 회전 방향으로, 제 2 단부(112)를 당길 수 있다. 본 예에서, 제한된 각도 오프셋을 통한 제 1 회전 클러치 부분(50)에 대한 브레이크 로터(152)의 상대적인 회전을 유발하면서 (각도 오프셋에 의해서 규정된 약간의 지연 조건에도 불구하고) 브레이크 로터(152)가 제 1 회전 클러치 부분(50)과 함께 계속 회전하도록, 전기자(202)와 코일 하우징(210) 사이의 접촉이 구성된다. 그러나, 희망하는 경우에, 브레이크 슈(144)와 로터 표면(160) 사이의 접촉이 브레이크 로터(152)의 회전을 중단시킬 수 있고, 그에 따라 브레이크 로터(152)가 정지 상태에서 또는 비-회전 조건에서 유지되는 한편 제 1 회전 클러치 부분(50)이 회전할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
회전 동력을 그 "정상" 또는 동력이 공급되지 않는 상태에서 전달하도록 구성된 클러치 조립체(16)를 채용하는 것으로서 피동 부속장치(10)를 앞서서 설명하였고 그리고 첨부 도면에서 도시하였지만, 본원 개시 내용의 교시 내용이 다른 클러치 조립체 및 피동 부속장치에도 적용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 예를 들어, 전기자(202)가 (예를 들어, 액추에이터 입력 부재(140)와 전기자(202) 사이에 배치된 스프링을 통해서) 편향되어 코일 하우징(210)과 접촉하도록 구성될 수 있고, 그리고 전기자(202)가 축방향 전방으로 이동되어 상기 전기자(202)의 후방 표면(226)을 상기 코일 하우징(210)의 후방 벽(218)으로부터 분리시키도록 구동 모터(142)가 구성될 수 있다. 이러한 예에서, 코일 하우징(210)이 스테인리스 스틸과 같은 비-강자성 재료로 형성될 수 있고, 그리고 액추에이터 입력 부재(140)가 강자성체 재료로 부분적으로 또는 전체적으로 형성될 수 있을 것이다.
치형부(T1) 및 정합 치형부(T2)가 특별한 치형 형태를 가지는 면(face) 기어 치형부인 것으로 설명되었지만, 치형부(T1) 및/또는 정합 치형부(T2)가 다소 달리 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 치형부(T1) 및 정합 치형부(T2) 중 하나가 스퍼 기어 치형부를 포함할 수 있는 한편, 치형부(T1) 및 정합 치형부(T2) 중 다른 하나가 상기 스퍼 기어 치형부와 맞물려 결합되는 면 기어 치형부를 포함할 수 있다. 또한, 치형부(T1) 및 정합 치형부(T2)가 회전 축을 통해서 방사상으로 연장하는 평면(즉, 접촉 평면) 내에서 서로 접촉하는 프랭크를 일반적으로 구비하는 것으로서 설명되었지만, 일부 상황에서, 브레이크 로터(152)에 대한 브레이크 슈(144)의 자유로운 축방향 이동을 저지하거나 허용하기 위해서 및/또는 2개의 부분의 맞물림으로 인한 소음 또는 진동을 제어하기 위해서, 상기 회전 축에 대해서 각을 이루는 접촉 평면을 제공하는 상이한 치형 프로파일을 제공하는 것이 바람직할 수 있을 것이다. 상이한 치형부 프로파일의 예가, 치형부(T1)와 정합 치형부(T2)가 전반적으로 삼각형의 치형부 프로파일을 가지는 도 9에, 치형부(T1)와 정합 치형부(T2)가 전반적으로 사인파형의 치형부 프로파일을 가지는 도 10에, 치형부(T1)와 정합 치형부(T2)가 전반적으로 반-원형의 치형부 프로파일을 가지는 도 11에, 치형부(T1)와 정합 치형부(T2)가 브레이크 슈(144)를 브레이크 로터(152)를 향해서 축방향으로 끌어 당기도록 구성된 전반적으로 나선형의 치형부 프로파일을 가지는 도 12에, 치형부(T1)와 정합 치형부(T2)가 브레이크 슈(144)를 브레이크 로터(152)로부터 축방향으로 멀리 가압하도록 구성된 전반적으로 나선형의 치형부 프로파일을 가지는 도 13에 도시되어 있다. 치형부(T1)와 정합 치형부(T2)가 외부 치형으로서 도시되어 있지만, 치형부(T1) 및 정합 치형부(T2) 중 하나(즉, 세트)가, 치형부(T1) 및 정합 치형부(T2) 중 다른 하나와 맞물려 결합할 수 있는 내부 치형부로서 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 14 및 15의 예에서, 베어링 볼(302)과 같은 하나 이상의 롤링 요소(300)가 치형부(T1)와 정합 치형부(T2) 사이에서 축방향으로 수용될 수 있다. 롤링 요소(300)가 금속(예를 들어, 스틸), 플라스틱 및/또는 세라믹과 같은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 롤링 요소(300)의 각각이 치형부(T1) 중 하나의 축방향 단부 면(310) 상에 그리고 정합 치형부(T2)의 인접한 쌍 사이의 상응하는 계곡(V)의 축방향 단부 면(312) 상에 배치될 수 있다. 제공된 특별한 예에서, 축방향 단부면(310 및 312)이, 치형부(T1) 및 정합 치형부(T2)의 프랭크(F)가 서로 접촉하기 전에, 롤링 요소(300)로 하여금 브레이크 슈(144)와 브레이크 로터(152) 사이에 쐐기 작용할 수 있게 허용하는 정합 방식으로 램핑되거나(ramped) 테이퍼링된다. 테이퍼링된 축방향 단부 면(310 및 312) 및 롤링 요소(300)에 의해서 제공되는 쐐기 작용은, 전기자(202)의 후방 표면(226)을 코일 하우징(210)의 후방 벽(218)의 전방 표면(228)과 접촉하도록 구동시키는데 필요한 노력을 절감시킬 수 있고, 그에 따라 비교적 적은 전자석 코일(200)이 채용될 수 있을 것이다.
브레이크 슈(144)가 와이어의 코일(212)의 방사상 외부에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 브레이크 슈(144)가 도 16에 도시된 바와 같이 와이어의 코일(212) 보다 적은 직경일 수 있고 그에 따라 전기자(202)가 와이어의 코일(212) 내에 슬라이딩식으로 수용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도 16의 예에서, 코일 하우징(210)의 부분이 희망에 따라서 알루미늄, 스테인리스 스틸, 또는 플라스틱과 같은 비-자성 재료로 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 17의 예는, 액추에이터(60)가 브래킷(400)으로 조립되고 그리고 베어링(54)이 그 외측 표면 상에서 제 2 회전 클러치 부분(52)(도 5)의 내측 환형 벽(92) 대신에 브래킷(400)에 장착된다는 것을 제외하고, 도 1의 예와 대체적으로 유사하다. 복수의 나사식 체결부(402)를 통해서 워터 펌프(20a)의 하우징(30a)에 조립될 수 있는 브래킷이 베어링 장착부(410)를 포함할 수 있고, 상기 베어링 장착부는 베어링(54), 및 상기 코일 하우징(210a)을 수용하도록 구성될 수 있는 코일 장착부(412)를 수용하도록 구성될 수 있다. 회전 동력이 랩 스프링(56)(그리고 선택적으로 캐리어(58))을 통해서 제 1 회전 클러치 부분(50)으로부터 전달되고, 제 2 회전 클러치 부분(52a)은 입력 샤프트(32)로 구동적으로 커플링된다. 제공된 특별한 예에서, 제 1 및 제 2 회전 클러치 부분(50, 52a)이 협력하여 랩 스프링(56) 및 캐리어(58)를 한정하고, 그에 따라 제 1 및 제 2 회전 클러치 부분(50, 52a) 사이에 베어링이 필요하지 않게 된다. 커버(420)가 제 1 회전 클러치 부분(50)에 의해서 형성된 공동을 밀봉하기 위해서 채용될 수 있을 것이다.
도 18을 참조하면, 대안적인 예에서, 브래킷(400b)이 워터 펌프 조립체(20b)의 하우징(30b)과 일체로 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 19의 예는, 액추에이터(60c)가 브래킷(400c)(제공된 특별한 예에서, 워터 펌프 하우징(30c)과 일체로 형성된 것으로 도시됨)에 조립된다는 점에서, 도 17 및 18과 대체로 유사하다. 브래킷(400c)이, 제 1 또는 외측 환형 벽(502) 및 제 2 또는 내측 환형 벽(504) 각각에 의해서 방사상 외측 및 내측 측부 상에서 경계지어질 수 있는 환형 공동(500)을 형성할 수 있다. 액추에이터(60c)의 브레이크 슈(144c) 및 구동 모터(142c)가 환형 공동(500) 내에 수용될 수 있다. 베어링(100c)이, 외측 환형 벽(502)에 대해서 회전가능하지 않게 결합(예를 들어, 억지 끼워 맞춤)될 수 있는 외측 베어링 레이스(510), 구성요소 부재(74c)에 대해서 회전가능하지 않게 결합(예를 들어, 억지 끼워 맞춤)될 수 있는 내측 베어링 레이스(512), 및 상기 외측 및 내측 베어링 레이스(510 및 512) 사이에 방사상으로 배치되는 복수의 볼(514)을 가질 수 있다. 상기 구동 부재(74c)가 슬리브 부재(520), 및 상기 슬리브 부재(520)를 풀리 시브(22c)에 커플링시킬 수 있는 시브 이격부재(522)로 형성될 수 있다. 상기 구동 부재(74c)는 랩 스프링(56)에 의해서 결합될 수 있는 내부 클러치 표면(76c)을 가질 수 있다. 액추에이터 입력 부재(140c)가 이전의 실시예에 대해서 앞서서 설명된 것과 유사한 방식으로 회전될 수 있고, 그에 따라 랩 스프링(56)의 제 2 단부에 대한 미리 결정된 방향을 따른 액추에이터 입력 부재(140c)의 회전은 나선형 코일(114)의 코일링을 유발한다.
클러치 조립체(602)를 동작시키기 위한 액추에이터(600)가 상기 클러치 조립체(602)와 선택적으로 결합하기 위해서 전자석 코일(606)에 의해서 선택적으로 이동되는 환형 전기자(604)를 포함하는 도 20의 배열체와 비교하면, 도 19의 배열체는 몇 가지 장점을 가진다. 하나의 장점은, 허브 부하 토크가 워터 펌프의 하우징으로 전달되는 방식과 관련된다. 도 19의 예에서, 선(HL1)으로 개략적으로 도시된 (집중된) 허브 부하는, 풀리 시브(22c)를 그 회전 축 주위로 피봇팅시키기 위해서 또는 당기기 위해서 풀리 시브(22c) 상으로 작용하는 벨트(B) 상의 장력으로부터 초래된다. 벨트(B)의 중심선을 따라 작용하는 것으로 도시된 허브 부하(HL1)는 풀리 시브(22c)를 통해서 제 1 회전 클러치 부분(50c)으로, 베어링(100c)을 통해서 브래킷(400c)의 외측 환형 벽(502)으로 그리고 베어링(100c)의 축방향 중심에 상응하는 위치에서 워터 펌프 조립체의 하우징(30c) 내로 지향된다. 허브 부하(HL1)가 워터 펌프 조립체의 입력 샤프트(32c)와, 하우징(30c)에 대한 회전을 위해서 상기 입력 샤프트(32c)를 지지하는 샤프트 베어링(550) 사이에서 전달되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 베어링(100c)이 축방향으로 (입력 샤프트(32c)의 회전 축을 따라서) 샤프트 베어링(550)과 중첩할 수 있다. 대조적으로, 도 20에 도시된 배열체가 허브 부하(HL2)를 풀리(22d), 제 1 회전 클러치 부분(50d), 클러치 베어링(100d), 제 2 회전 클러치 부분(52d), 입력 샤프트(32d), 샤프트 베어링(550d)을 통해서 하우징(30d) 내로 루트 연결한다. 샤프트 베어링(550d)이 허브 부하(HL2)를 지탱하기 때문에, 샤프트 베어링(550d)이 도 19의 예의 샤프트 베어링(550) 보다 상대적으로 더 큰 크기를 갖는다. 통상적으로, 보다 큰 베어링은 보다 작은 베어링에 비해서 보다 많은 비용이 소요되고, 보다 큰 중량을 가지고, 그리고 워터 펌프 내로 패키징하는 것이 보다 더 어렵다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
제 2 장점은 클러치 베어링에 관한 것이다. 도 19의 예에서, 클러치 베어링(100c)이 내부 베어링 레이스(512)를 통해서 클러치 조립체(즉, 구동 부재(74c))를 지지하도록 클러치 베어링(100c)이 배열되는 반면, 도 20의 예에서, 클러치 베어링(100d)은 외부 베어링 레이스(512d)를 통해서 클러치 조립체의 회전 부분(즉, 제 1 회전 클러치 부분(50c))을 지지한다. 당업자는 도 19의 클러치 베어링(100c)이 도 20의 클러치 베어링(100d) 보다 긴 수명을 가지는 경향이 있다는 것을 이해할 수 있을 것인데, 이는, 풀리 시브의 주어진 속도에 대해서, 도 19의 내측 베어링 레이스(512)의 표면 속도가 도 20의 외측 베어링 레이스(512d)의 표면 속도보다 느릴 것이기 때문이다.
또 다른 장점은 허브 부하에 의해서 생성되고 그리고 제 1 회전 클러치 부분(즉, 클러치 베어링)을 지지하는 베어링으로 인가되는 비교적 작은 커플과 관련된다. 도 19의 예에서, (집중된) 허브 부하(HL1)가 풀리 시브(22c)로 진입하는 위치와 (집중된) 허브 부하(HL1)가 베어링(100c)으로 진입하는 위치 사이의 거리가, 브래킷(400c)에 의해서 제공되는 가요성으로 인해서, 15 mm 이하인, 바람직하게 10 mm 이하인 그리고 보다 바람직하게 5 mm 이하인 거리와 같은 비교적 작은 방식으로 크기 결정될 수 있다. 제공된 특별한 예에서, 베어링(100c)과 (집중된) 허브 부하가 풀리 시브(22c)로 진입하는 지점들 사이의 오프셋이 1 mm 이고 그리고, 그에 따라 허브 부하(HL1)에 의해서 생성되는 커플이 비교적 작다. 대조적으로, 도 20의 예에서 클러치 베어링(100d)과 (집중된) 허브 부하(HL2)가 풀리(22d)로 진입하는 지점들 사이의 오프셋이 비교적 큰데(제공된 예에서 약 13.5 1 mm), 이는 피동 장치의 상당한 부분이 하우징(30d)의 전방(예를 들어, 제 2 회전 클러치 부분(52d), 클러치 베어링(100d), 랩 스프링(56))에 위치된다는 사실 때문이다. 또한, 클러치 베어링(100d)이 하우징(30d)의 축방향 전방에 배치되기 때문에(그에 의해서, 입력 샤프트(32d) 상에 작용하는 토크가 증가한다), 그리고 허브 부하(HL2)가 샤프트 베어링(550d)을 통해서 하우징(30d) 내로 지향되기 때문에, 허브 부하(HL2)의 힘에 더하여 입력 샤프트(32d) 상의 토크를 고려하여 샤프트 베어링(550d)의 크기가 결정되어야 한다.
상기 설명은 본질적으로 단지 예시적이며, 본원 개시 내용, 그 적용예, 또는 용도를 제한하려는 의도가 없다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 구체적인 예가 명세서에서 설명되고 도면에서 도시되었지만, 본원 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않고도, 청구범위에서 규정된 바와 같은 개시 내용의 요소들에 대해서 다양한 변화가 이루어질 수 있고, 균등물이 대체될 수 있다는 것을 당업자가 이해할 수 있을 것이다. 또한, 다양한 예들 사이의 특징, 요소, 및/또는 기능의 혼합 및 조합이 여기에서 명백하게 고려되어 있고, 그에 따라 당업자는, 다른 설명이 없는 경우에, 그러한 개시 내용으로부터, 하나의 예의 특징, 요소, 및/또는 기능이 적절하게 다른 예로 통합될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본원 개시 내용의 본질적인 범주로부터 벗어나지 않고도, 특정 상황 또는 재료를 본원 개시 내용의 교시 내용에 적응시키기 위한 많은 수정이 이루어질 수 있을 것이다. 그러므로, 본원 개시 내용이 본원 개시 내용의 교시 내용을 수행하기 위해 현재 고려된 최적의 모드로서 도면에 의해 도시되고 명세서에 설명된 특별한 예로 제한되지 않고, 본원 개시 내용의 범위가 상기 설명 및 첨부된 청구항에 포함되는 임의의 실시예를 포함할 것이다.
10 피동 부속장치
12 입력 부재
14 부속장치 부분
16 클러치 조립체
20 워터 펌프 조립체
20b 워터 펌프 조립체
22 풀리 시브
22c 풀리 시브
22d 풀리
30 하우징
30b 하우징
30c 하우징
32 입력 샤프트
32c 입력 샤프트
32d 입력 샤프트
34 베어링 세트
36 밀봉 시스템
38 임펠러
40 입력 단부
42 출력 단부
50 제 1 회전 클러치 부분
50c 제 1 회전 클러치 부분
50d 제 2 회전 클러치 부분
52 제 2 회전 클러치 부분
52a 제 2 회전 클러치 부분
52d 제 2 회전 클러치 부분
54 베어링
56 랩 스프링
58 캐리어
60 액추에이터
60c 액추에이터
70 회전 축
74 구동 부재
74c 구동 부재
76 내부 클러치 표면
76c 내부 클러치 표면
78 튜브형 허브
80 방사상 플랜지
82 나사식 체결부
90 외측 환형 벽
92 내측 환형 벽
94 구동 러그
96 단부 벽
100a 베어링 요소
100b 베어링 요소
100c 베어링
100d 베어링
110 제 1 단부
112 제 2 단부
114 나선형 코일
118 탱
120 플랜지 부분
122 슬리브 부분
124 홈
126 캐리어 접촉지지 벽
130 전방 표면
132 후방 표면
138 접촉지지 면
140 액추에이터 입력 부재
140c 액추에이터 입력 부재
142 축방향 단부 면
142 구동 모터
142c 구동 모터
144 브레이크 슈
144c 브레이크 슈
150 허브 부재
152 브레이크 로터
156 스프링 장착부
158 슬롯
160 로터 표면
170 O-링 밀봉부
172 밀봉 홈
176 O-링 밀봉부
180 스러스트 링
182 유지 링
184 링 홈
200 전자석 코일
202 전기자
210 코일 하우징
210a 코일 하우징
212 와이어의 코일
214 내측 하우징 벽
216 외측 하우징 벽
218 후방 벽
220 전방 단부
226 후방 표면
300 롤링 요소
302 베어링 볼
310 축방향 단부 면
312 축방향 단부 면
400 브래킷
400b 브래킷
400c 브래킷
402 체결구
410 베어링 장착부
412 코일 장착부
420 커버
500 환형 공동
502 외측 환형 벽
504 내측 환형 벽
510 외측 베어링 레이스
512 내측 베어링 레이스
514 볼
520 슬리브 부재
522 슬리부 이격부재
550 샤프트 베어링
550d 샤프트 베어링
600 액추에이터
602 클러치 조립체
604 전기자
606 전자석 코일
B 벨트
HL1 허브 부하
HL2 허브 부하
PM 플라스틱 재료
SFM 스틸 충진재 재료
SR 스틸 링
T1 치형부
T2 정합 치형부
V 계곡

Claims (28)

  1. 피동 부속장치(10)로서:
    회전 축(70) 주위로 배치되고 그리고 회전 입력을 수용하도록 구성된 제 1 회전 클러치 부분(50)으로서, 상기 제 1 회전 클러치 부분(50)이 클러치 표면(76)을 형성하는 제 1 회전 클러치 부분(50);
    상기 회전 축(70) 주위로 배치되고 그리고 입력 샤프트(40)에 커플링되도록 구성된 제 2 회전 클러치 부분(52);
    제 1 단부(110), 제 2 단부(112), 및 상기 제 1 단부(110)와 제 2 단부(112) 사이의 복수의 나선형 코일(114)을 가지는 랩 스프링(56)으로서, 상기 복수의 나선형 코일(114)이 상기 클러치 표면(76)과 결합하고, 상기 랩 스프링(56)은 제 1 회전 클러치 부분(50)과 제 2 회전 클러치 부분(52) 사이에서 회전 동력을 선택적으로 전달하도록 구성되며, 상기 회전 동력은 제 1 회전 클러치 부분(50)으로부터 상기 나선형 코일(114)에 의해서 수용되고 그리고 상기 제 1 단부(110)를 통해서 전달되는, 랩 스프링(56); 및
    상기 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112)로 인가되는 항력을 생성하도록 선택적으로 동작될 수 있는 액추에이터(60)로서, 상기 액추에이터(60)는 액추에이터 입력 부재(140) 및 브레이크 슈(144)를 포함하고, 상기 액추에이터 입력 부재(140)는 제 1 회전 클러치 부분(50)에 대해서 상대적으로 회전 축(70)을 중심으로 회전될 수 있고 그리고 브레이크 로터(152) 주위로 외주방향으로 배치된 복수의 치형부(T1)를 가지는 브레이크 로터(152)를 구비하며, 상기 브레이크 슈(144)는 상기 브레이크 로터(152)의 치형부(T1)와 맞물려 결합되는 복수의 정합 치형부(T2)를 포함하고, 상기 브레이크 슈(144)는 회전 축(70) 주위로 회전될 수 있고 그리고 회전 축(70)을 따라서 축방향으로 이동할 수 있는, 액추에이터(60)를 포함하는, 피동 부속장치(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 브레이크 슈(144)를 병진운동시키도록 구성된 모터(142)를 더 포함하는, 피동 부속장치(10).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 모터(142)가 선형 모터인, 피동 부속장치(10).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 선형 모터가 와이어의 코일(212) 및 전기자(202)를 포함하는, 피동 부속장치(10).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 브레이크 슈(144)가 상기 전기자(202)에 고정적으로 커플링되는, 피동 부속장치(10).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 브레이크 슈(144) 및 상기 전기자(202)가 단일의, 구분된(discrete) 구성 요소로서 단일체로 형성되는, 피동 부속장치(10).
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 브레이크 슈(144)가 상기 전기자(202)의 적어도 일부 상으로 오버몰딩되는, 피동 부속장치(10).
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 전기자(202)가 강자성 충진 재료를 가지는 플라스틱 재료로 형성되는, 피동 부속장치(10).
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 와이어의 코일(212)이 브래킷(400) 상에 장착되고 그리고 상기 전기자(202)가 상기 와이어의 코일(212) 내에 수용되는, 피동 부속장치(10).
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 정합 치형부(T2)가 면 기어 치형부인, 피동 부속장치(10).
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 치형부(T1)가 면 기어 치형부인, 피동 부속장치(10).
  12. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 롤링 요소(300)가 상기 치형부(T1)와 상기 정합 치형부(T2) 사이에 수용되는, 피동 부속장치(10).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 치형부(T1)가 제 1 축방향 단부 면(310)을 가지고, 상기 정합 치형부(T2)가 제 2 축방향 단부 면(312)을 가지고, 그리고 적어도 하나의 롤링 요소(300)가 상기 제 1 및 제 2 축방향 단부 면(310, 312)과 접촉지지되는, 피동 부속장치(10).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 축방향 단부(310, 312)가 테이퍼링되는, 피동 부속장치(10).
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 치형부(T1) 및 상기 정합 치형부(T2)가 90도 미만의 압력 각도를 가지는, 피동 부속장치(10).
  16. 피동 부속장치(10)로서:
    회전 축(70) 주위로 배치되고 그리고 회전 입력을 수용하도록 구성되는 제 1 회전 클러치 부분(50)으로서, 상기 제 1 회전 클러치 부분(50)이 클러치 표면(76)을 형성하는, 제 1 회전 클러치 부분(50);
    상기 회전 축(70) 주위로 배치되고 그리고 입력 샤프트(40)에 커플링되도록 구성되는 제 2 회전 클러치 부분(52);
    제 1 단부(110), 제 2 단부(112), 및 상기 제 1 단부(110)와 제 2 단부(112) 사이의 복수의 나선형 코일(114)을 가지는 랩 스프링(56)으로서, 상기 복수의 나선형 코일(114)이 상기 클러치 표면(76)과 결합하고, 상기 랩 스프링(56)은 제 1 회전 클러치 부분(50)과 제 2 회전 클러치 부분(52) 사이에서 회전 동력을 선택적으로 전달하도록 구성되며, 상기 회전 동력이 제 1 회전 클러치 부분(50)으로부터 나선형 코일(114)에 의해서 수용되고 그리고 제 1 단부(110)를 통해서 전달되는, 랩 스프링(56); 그리고
    상기 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112)로 인가되는 항력을 생성하도록 선택적으로 동작될 수 있는 액추에이터(60)로서, 상기 액추에이터(60)는 액추에이터 입력 부재(140), 브레이크 슈(144), 및 모터(142)를 포함하고, 상기 액추에이터 입력 부재(140)는 제 1 회전 클러치 부분(50)에 대해서 상대적으로 회전 축(70)을 중심으로 회전될 수 있고 그리고 브레이크 로터(152)를 가지며, 상기 브레이크 슈(144)는 회전 축(70) 주위로 회전될 수 있고 그리고 회전 축(70)을 따라서 축방향으로 이동할 수 있으며, 상기 모터(142)는 회전 축(70)을 따라서 축방향으로 상기 브레이크 슈(144)를 병진운동시키도록 선택적으로 동작될 수 있으며, 상기 항력은, 제 1 회전 클러치 부분(50)과 제 2 회전 클러치 부분(52) 사이의 회전 동력의 전달을 중단시키는 제 1 모드에서 상기 모터(142)가 동작될 때, 발생되며, 그리고 상기 항력은, 상기 제 1 회전 클러치 부분(50)과 상기 제 2 회전 클러치 부분(52) 사이의 회전 동력의 전달을 허용하는 제 2 모드에서 모터(142)가 동작될 때, 발생되지 않는, 액추에이터(60)를 포함하는, 피동 부속장치(10).
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 모터(142)가 선형 모터인, 피동 부속장치(10).
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 선형 모터가 와이어의 코일(212) 및 전기자(202)를 포함하는, 피동 부속장치(10).
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 브레이크 슈(144)가 상기 전기자(202)에 고정적으로 커플링되는, 피동 부속장치(10).
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 액추에이터 입력 부재(140)가 복수의 치형부(T1)를 포함하고, 그리고 상기 브레이크 슈(144)가 상기 치형부(T1)와 맞물려 결합되는 복수의 정합 치형부(T2)를 포함하는, 피동 부속장치(10).
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 치형부(T1)가 면 기어 치형부로서 형성되거나, 상기 정합 치형부(T2)가 면 기어 치형부로서 형성되고, 또는 상기 치형부(T1) 및 상기 정합 치형부(T2) 모두가 면 기어 치형부로서 형성되는, 피동 부속장치(10).
  22. 제 20 항에 있어서,
    적어도 하나의 롤링 요소(300)가 상기 치형부(T1)와 상기 정합 치형부(T2) 사이에 수용되는, 피동 부속장치(10).
  23. 피동 부속장치(10)로서:
    하우징(30c), 입력 샤프트(32c), 및 상기 하우징(30c) 내에서의 회전을 위해서 입력 샤프트(32c)를 지지하는 샤프트 베어링(550)을 구비하는 부속장치 부분(14);
    상기 하우징(30c)에 커플링된 브래킷(400c);
    회전 축(70) 주위로 배치되고 그리고 회전 입력을 수용하도록 구성된 제 1 회전 클러치 부분(50c)으로서, 상기 제 1 회전 클러치 부분(50c)이 클러치 표면(76c)을 형성하는 제 1 회전 클러치 부분(50c);
    상기 회전 축(70) 주위로 배치되고 그리고 상기 입력 샤프트(32c)에 커플링되도록 구성된 제 2 회전 클러치 부분(52);
    제 1 단부(110), 제 2 단부(112), 및 상기 제 1 단부(110)와 제 2 단부(112) 사이의 복수의 나선형 코일(114)을 가지는 랩 스프링(56)으로서, 상기 복수의 나선형 코일(114)이 상기 클러치 표면(76c)과 결합하고, 상기 랩 스프링(56)은 제 1 회전 클러치 부분(50c)과 제 2 회전 클러치 부분(52) 사이에서 회전 동력을 선택적으로 전달하도록 구성되며, 상기 회전 동력은 제 1 회전 클러치 부분(50c)으로부터 상기 나선형 코일(114)에 의해서 수용되고 그리고 상기 제 1 단부(110)를 통해서 전달되는, 랩 스프링(56);
    상기 랩 스프링(56)의 제 2 단부(112)로 인가되는 항력을 생성하도록 선택적으로 동작될 수 있는 액추에이터(60c)로서, 상기 액추에이터(60c)는 액추에이터 입력 부재(140c) 및 브레이크 슈(144c)를 포함하고, 상기 액추에이터 입력 부재(140c)는 제 1 회전 클러치 부분(50c)에 대해서 상대적으로 회전 축(70)을 중심으로 회전될 수 있고 그리고 브레이크 로터(152) 주위로 외주방향으로 배치된 복수의 치형부(T1)를 가지는 브레이크 로터(152)를 구비하며, 상기 브레이크 슈(144c)는 상기 브레이크 로터(152)의 치형부(T1)와 맞물려 결합되는 복수의 정합 치형부(T2)를 포함하고, 상기 브레이크 슈(144c)는 회전 축(70) 주위로 회전될 수 있고 그리고 회전 축(70)을 따라서 축방향으로 이동할 수 있는, 액추에이터(60); 및
    상기 브래킷(400c)에 대한 회전을 위해서 상기 제 1 회전 클러치 부분(50c)을 지지하는 클러치 베어링(100c)으로서, 상기 클러치 베어링(100c)이 상기 브래킷(400c) 내에 수용되는, 클러치 베어링(100c)을 포함하는, 피동 부속장치(10).
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 클러치 베어링(100c)이 상기 입력 샤프트(32c)의 회전 축을 따라서 축방향으로 상기 샤프트 베어링(550)과 중첩되는, 피동 부속장치(10).
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 회전 클러치 부분(52c)은 무한 동력 전달 요소(B)와 결합하도록 구성된 풀리 시브(22d)와 회전을 위해서 커플링되고, 상기 무한 동력 전달 요소(B)의 중심선이 상기 클러치 베어링(100c)의 축방향 중심의 15 mm 이내에 배치되는, 피동 부속장치(10).
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 무한 동력 전달 요소(B)의 중심선이 상기 클러치 베어링(100c)의 축방향 중심의 10 mm 이내에 배치되는, 피동 부속장치(10).
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 무한 동력 전달 요소(B)의 중심선이 상기 클러치 베어링(100c)의 축방향 중심의 5 mm 이내에 배치되는, 피동 부속장치(10).
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 회전 클러치 부분(50c)에 커플링되는 풀리 시브를 더 포함하고, 상기 풀리 시브가 무한 동력 전달 요소와 결합하도록 구성되고, 상기 무한 동력 전달 요소는 상기 풀리 시브로 허브 부하를 인가하고, 그리고 상기 허브 부하의 일부가 상기 샤프트 베어링(550)을 통해서 상기 하우징(30c)으로 전달되지 않는, 피동 부속장치(10).
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