KR102148713B1 - 클러치 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 클러치 구동 장치는, 차량에 설치된 압축기의 구동력을 단속하는 클러치를 동작시키는 클러치 코일; 차량에 설치된 배터리에서 상기 클러치 코일로 구동 전력을 공급하는 제1 전력 공급 경로를 단속하는 제1 스위치; 차량에 설치된 배터리에서 상기 클러치 코일로 구동 전력을 공급하는 제2 전력 공급 경로를 단속하는 제2 스위치; 및 클러치 구동 초기에 소정의 지연 시간이 경과하면, 상기 제1 스위치 및 제 2 스위치의 단속 상태를 전환하는 지연 스위칭 회로를 포함할 수 있다.

Description

클러치 구동 장치{CLUTCH DRIVING DEVICE}

본 발명은 차량용 압축기 내 클러치 구동 장치에 관한 것으로, 특히, 카에어컨용 압축기의 회전을 단속하는 전기적 연결장치에 적용하기 위한 것이다. 구체적으로 엔진과 밸트로 연결된 풀리의 회전력을 구동샤프트에 전달함과 동시에 로터와 대향하는 아마추어를 탄력적으로 지지하는 러버댐퍼를 삽입방식에 의해 고정한 압축기의 전자 클러치에 대한 구동 장치로 적용될 수 있다.

도 1은 종래 전자 클러치를 도시하고 있다. 전체를 부호 20으로 표시한 전자연결장치는 차량 에어컨용 압축기(32)에 장착된 전자 클러치이다. 부호 21은 구동측 풀리로, 도시하지 않은 밸트를 개재하여 차량 엔진에서 회전력을 받아 회전하게 된다. 부호 22는 단면이 ㄷ자 형상의 2중 원통형상으로 형성된 구동측 로터로, 풀리(21)와는 용접등의 접합수단으로 일체로 접합되어 있다. 이 로터(22)의 내주부에는 베어링(23)이 배설되고, 이 베어링(23)에 의해 로터(22)는 압축기의 프론트 하우징(33)의 원통 돌출부상에 회전자재하게 지지되어 있다. 로터(22)의 환상홈내에는 전기 코일(24)을 내설한 코일하우징(25)이 격간을 이루고 삽입되어 있다.

또한 스톱퍼 플레이트(26)가 동일 원주상에 간격을 갖고 복수개의 원통상의 주벽부가 형성되며, 이 주벽부로 위접된 공간을 댐퍼 수납부(27)로 하고 있다. 댐퍼 수납부(27)내에는 중심으로 토크 전달부재로 하여 토크핀(28)이 고착된 댐퍼(29)가 압입 감합되어 고착되어 있다. 각 토크핀(28)은 그 선단이 댐퍼 수납부(27)의 각 저부에 돌설된 관통공으로부터 돌설되며, 아마추어(30)와 리벳가공되어 고정되어 있다.

압축기(32)의 회전축(34)에는 허브(31)가 회전 가능하게 장착되어 있다. 이 허브(31)는 회전축(34)의 선단에 감합되어 스톱퍼 플레이트(26)의 반경방향 내측에 일체로 고정되어 있다.

이러한 구성에 있어서, 전기 코일(24)이 통전하면 자기회로가 형성되어 아마추어(30)는 회전하고 있는 로터(22)의 마찰면에 흡인됨과 동시에 로터(22)와 함께 회전하면서 압축기에 엔진의 회전력을 전달하게 된다. 반대로 전기 코일(24)에 비통전시 댐퍼(29)의 복원력에 의해 아마추어(30)가 로터(22)의 마찰면으로부터 원상태로 복원되어 엔진의 회전력을 차단하게 된다.

상기 전기 코일(24)을 통전시키기 위한 구동 회로를 도 2에 도시하였다. 도시한 구동 회로는 차량에 설치된 배터리(80), 전기 코일(24), 및 퓨즈(50)로 구성된 비교적 단순한 전력 인가 회로이다.

그런데, 도 2에 도시한 종래의 클러치를 위한 구동 회로는, 자기장 형성을 위한 전기 코일(24)이 전원을 공급하는 배터리에 직접 연결되어 있다. 클러치의 흡입력은 코일에 인가되는 전원에 비례하는데, 일반적으로 압축기 구동 토크는 구동 초기에 크고 점차 작아지게 되는데, 클러치에 인가되는 전압은 배터리에서 공급되는 전압이 계속 유지되기 때문에 실제 필요한 소비 전력대비 많은 양을 소비하게 된다. 이와 같이 압축기에 의한 불필요하게 높은 전압이 코일에 인가되는 상황은, 전체 차량 연비도 떨어뜨리는 문제로 유발하였다.

한국공개특허 2000-0002368호

본 발명은 소비 전력을 절감할 수 있는 차량용 압축기 내 클러치 구동 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 클러치 구동 장치는, 차량에 설치된 압축기의 구동력을 단속하는 클러치를 동작시키는 클러치 코일; 차량에 설치된 배터리에서 상기 클러치 코일로 구동 전력을 공급하는 제1 전력 공급 경로를 단속하는 제1 스위치; 차량에 설치된 배터리에서 상기 클러치 코일로 구동 전력을 공급하는 제2 전력 공급 경로를 단속하는 제2 스위치; 및 클러치 구동 초기에 소정의 지연 시간이 경과하면, 상기 제1 스위치 및 제 2 스위치의 단속 상태를 전환하는 지연 스위칭 회로를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제2 전력 공급 경로의 저항이 상기 제1 전력 공급 경로의 저항보다 크게 구성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 스위치는, 게이트가 상기 지연 스위칭 회로에 연결되며, 소스가 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결되며, 드레인에서 상기 클러치 코일로 구동 전류를 출력하는 P형 모스트랜지스터이며,

상기 제2 스위치는, 게이트가 상기 지연 스위칭 회로에 연결되며, 드레인이 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결되며, 소스에서 상기 클러치 코일로 구동 전류를 출력하는 N형 모스트랜지스터일 수 있다.

여기서, 일단이 상기 P형 모스트랜지스터의 드레인에 연결되고, 타단이 상기 N형 모스트랜지스터의 소스에 연결되는 부가 저항을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 N형 모스트랜지스터의 서브스트레이트는 접지단에 연결되며, 상기 P형 모스트랜지스터의 서브스트레이트는 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결될 수 있다.

여기서, 상기 지연 스위칭 회로는, 일단이 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결되는 입력 저항; 및 일단이 상기 입력 저항의 타단에 연결되며, 타단이 상기 N형 모스트랜지스터 및 P형 모스트랜지스터의 게이트에 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 지연 스위칭 회로는, 클러치 구동 시점부터 상기 지연 시간까지는, 상기 클러치에 초기 구동 토크를 인가할 수 있도록 상기 제1 스위치를 연결하며, 상기 지연 시간이 경과한 후에는 상기 클러치에 안정 구동 토크를 인가할 수 있도록 상기 제2 스위치를 연결할 수 있다.

상술한 구성에 따른 본 발명의 차량용 압축기 내 클러치 구동 장치를 실시하면, 소비 전력을 절감할 수 있는 이점이 있다.

또는, 본 발명의 차량용 압축기 내 클러치 구동 장치가 설치된 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 차량용 압축기를 위한 전자 클러치의 기계적 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 클러치 구동 장치를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러치 구동 장치를 도시한 회로도이다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클러치 구동 장치를 도시한 회로도이다. 도시한 회로도에서 L1은 클러치 코일의 인덕턴스 성분이고 R3는 클러치 코일의 저항 성분일 수 있으며, 상기 클러치 코일에는 스위치 수단으로서 두 개의 모스트랜지스터 중 하나를 통해 전원을 공급받는다.

도시한 클러치 구동 장치는, 차량에 설치된 압축기의 구동력을 단속하는 클러치를 동작시키는 클러치 코일(124); 차량에 설치된 배터리(80)에서 상기 클러치 코일(124)로 구동 전력을 공급하는 제1 전력 공급 경로를 단속하는 제1 스위치; 차량에 설치된 배터리에서 상기 클러치 코일로 구동 전력을 공급하는 제2 전력 공급 경로를 단속하는 제2 스위치; 및 클러치 구동 초기에 소정의 지연 시간이 경과하면, 상기 제1 스위치 및 제 2 스위치의 단속 상태를 전환하는 지연 스위칭 회로를 포함할 수 있다.

도면에서, 상기 제1 스위치는, 게이트가 상기 지연 스위칭 회로에 연결되며, 소스가 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결되며, 드레인에서 상기 클러치 코일로 구동 전류를 출력하는 P형 모스트랜지스터(144)로 구현하였다.

또한, 상기 제2 스위치는, 게이트가 상기 지연 스위칭 회로에 연결되며, 드레인이 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결되며, 소스에서 상기 클러치 코일로 구동 전류를 출력하는 N형 모스트랜지스터(143)로 구현하였다.

상기 N형 모스트랜지스터(143) 및 P형 모스트랜지스터(144)는 일반적인 3 단자형 모스트랜지스터로 구현할 수도 있지만, 게이트로 인가되는 전압에 의한 제어의 정확성을 높이기 위해, 도면에서는 서브스트레이트 단자를 더 포함하는 4 단자형 모스트랜지스터로 구현하였다.

도시한 상기 4 단자형 N형 모스트랜지스터(143)의 서브스트레이트는 접지단에 연결되며, 상기 4 단자형 P형 모스트랜지스터(144)의 서브스트레이트는 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결된다.

제1 스위치 기능을 수행하는 첫번째 모스트랜지스터(MOSFET)는 N형 모스트랜지스터(143)로 게이트 전압이 모스트랜지스터의 문턱전압(Vtn) 보다 낮을 때는 드레인에서 소스로 전류가 흐르지 않는 스위치-오프 상태가 된다.

제1 스위치 기능을 수행하는 두번째 모스트랜지스터는 P형 모스트랜지스터(144)로 게이트 전압이 모스트랜지스터의 문턱전압(Vtn) 보다 높을 때 드레인에서 소스로 전류가 흐르지 않는 스위치-오프 상태가 된다.

상기 지연 스위칭 회로는, 일단이 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결되는 입력 저항(141); 및 일단이 상기 입력 저항(141)의 타단에 연결되며, 타단이 상기 N형 모스트랜지스터(143) 및 P형 모스트랜지스터(144)의 게이트에 연결되는 커패시터(142)로 이루어질 수 있다. 도시한 지연 스위칭 회로는 아날로그 수동 소자로만 구성되었으나, 다른 구현에서는 아날로그 능동 소자나 디지털 소자를 포함하여 구현될 수 있다. 예컨대, 커패시터 및 반전기 어레이를 이용한 지연 스위칭 회로로 구현되거나, 소정의 회수를 카운트하는 카운터와, 상기 카운터 결과를 이용하는 논리 회로나 연산 장치를 포함한 회로로 구현될 수 있다.

도시한 바와 같이, 상기 N형 모스트랜지스터(143) 및 P형 모스트랜지스터(144)를 상기 클러치 코일(124)에 대하여 병렬로 연결하고, 2 모스트랜지스터로 게이트 전압이 인가되는 공통 게이트 노드에 상기 커패시터(142)를 배치하면, 초기 클러치 구동시에는 상기 커패시터(142)의 커패시턴스 성분(C1)에 의해서 상기 공통 게이트 노드에 정(+)의 게이트 턴온 전압이 형성되지 않기 때문에, N형 모스트랜지스터(143)는 스위치-오프 상태가 되고 P형 모스트랜지스터(144)는 스위치-온 상태가 된다.

한편, 클러치 구동 후 일정 시간이 지나면 상기 커패시터(142)가 충전 상태가 되어 상기 공통 게이트 노드에 정(+)의 게이트 턴온 전압이 되고, 앞의 경우와는 반대로 N형 모스트랜지스터(143)는 스위치-온 상태가 되고, P형 모스트랜지스터(144)는 스위치-오프 상태가 된다.

그런데, 상기 N형 모스트랜지스터(143)를 경유하는 상기 제2 전력 공급 경로의 저항 성분이, 상기 P형 모스트랜지스터(144)를 경유하는 상기 제1 전력 공급 경로의 저항 성분 보다 크다.

이는, 일단이 상기 P형 모스트랜지스터(144)의 드레인에 연결되고, 타단이 상기 N형 모스트랜지스터(143)의 소스에 연결되는 부가 저항(148, R2)을 구비함에서 기인한다. 도면에서 코일단 저항(149, R3)은 별도의 독립된 저항 소자일 수도 있으나, 상기 클러치 코일(124) 자체의 저항 성분일 수 있다.

도시한 구조에서, N형 모스트랜지스터(143)의 소스에는 부가 저항(R2)에 의한 저항 성분이 추가되어 있어서, 상기 제2 전력 공급 경로를 따르는 클러치 전력 공급 회로에 적용되는 저항은 R2 + R3가 된다. 반면, 상기 제1 전력 공급 경로를 따르는 클러치 전력 공급 회로에 적용되는 저항은 R3로 상대적으로 작다.

따라서, 클러치 구동 후 초기에는 R3가 저항 성분이 되고, 일정 시간 후에는 R2 + R3가 회로의 저항 성분이 되어, 클러치 구동 후 일정 시간이 흐른 뒤에는 저항이 커지게 된다. 이에 따라, 높은 전력을 필요한 클러치 구동 초기에 충분한 전력을 공급하면서도, 클러치 구동 후 이를 유지하는 기간에 클러치에서 소비되는 전력을 감소시킬 수 있다.

도시하지는 않았지만, 차량 압축기 제어 장치의 클러치 구동 명령에 따라, 상기 배터리와 도시한 클러치 구동 장치 회로를 연결하기 위한, 개시 스위치를 더 포함할 수 있다. 상기 개시 스위치는 종래기술의 경우와 유사하므로 중복되는 설명을 생략하겠다.

도 3에 도시한 본 발명의 차량용 압축기를 위한 클러치 구동 장치는, 도 1에 도시한 전자 클러치를 구동하도록 적용될 수 있다. 이 경우, 도 3의 클러치 코일(124)이 도 1의 전기 코일(24)이 되어, 도 3의 클러치 구동 장치는 도 1의 전기 코일(24)로 전력을 공급한다.

도 4는 차량용 압축기를 위한 클러치의 구동 시간별 요구 토크를 도시한 그래프이다.

도시한 그래프에서 O점이 클러치 구동 시작점이며, A점은 최대 토크를 요구하는 시점이며, B점은 클러치 구동이 안정화되는 시점이다. 도시한 바와 같이, O점부터 B점 까지는 상당한 크기의 토크가 상기 클러치에 인가되어야 하며, 특히, A점에서 요구하는 최대 토크 보다 같거나 높은 토크가 요청된다. 또한, 클러치 토크는 클러치의 자기력에 비례하고 자기력은 코일에 인가되는 전력량과 비례관계에 있기 때문에, 도시한 형태와 유사한 행태로, 압축기 구동 초기에 클러치에 필요한 소비전력이 크고, 안정화 시점 후 상대적으로 필요 소비전력이 낮아지게 된다.

이를 위해, 상기 지연 스위칭 회로는, 클러치 구동 시점부터 상기 지연 시간까지는, 상기 클러치에 초기 구동 토크를 인가할 수 있도록 상기 제1 스위치를 연결하며, 상기 지연 시간이 경과한 후에는 상기 클러치에 안정 구동 토크를 인가할 수 있도록 상기 제2 스위치를 연결하는 동작을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 지연 시간은, 그 시점이 도 4의 O점이며, 그 종점이 도 4의 A점과 B점 사이의 시각들 중 B점에 가까운 어느 한 시각이 될 수 있다.

즉, 도 4의 O점부터 상기 어느 한 시각까지는 상기 제1 스위치를 연결(제2 스위치는 off)하여, 상기 클러치에 초기 구동 토크(A점의 최대 구동 토크와 같거나 높은 토크)가 인가되도록 도 3의 클러치 코일(124)에 보다 많은 전력을 공급하며, 상기 어느 한 시각부터는 상기 제2 스위치를 연결(제1 스위치는 off)하여, 도시한 B점부터의 평행으로 안정화된 수준의 토크(즉, 안정 구동 토크)가 인가되도록 도 3의 클러치 코일(124)에 보다 적은 전력을 공급한다.

상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

80 : 배터리
124 : 클러치 코일
141 : 입력 저항
142 : 커패시터
143 : N형 모스트랜지스터
144 : P형 모스트랜지스터
148 : 부가 저항

Claims (7)

1. 차량에 설치된 압축기의 구동력을 단속하는 클러치를 동작시키는 클러치 코일;
   차량에 설치된 배터리에서 상기 클러치 코일로 구동 전력을 공급하는 제1 전력 공급 경로를 단속하는 제1 스위치;
   차량에 설치된 배터리에서 상기 클러치 코일로 구동 전력을 공급하는 제2 전력 공급 경로를 단속하는 제2 스위치; 및
   클러치 구동 초기에 소정의 지연 시간이 경과하면, 상기 제1 스위치 및 제 2 스위치의 단속 상태를 전환하는 지연 스위칭 회로; 를 포함하고,
   상기 제1 스위치는, 게이트가 상기 지연 스위칭 회로에 연결되며, 소스가 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결되며, 드레인에서 상기 클러치 코일로 구동 전류를 출력하는 P형 모스트랜지스터이고,
   상기 제2 스위치는, 게이트가 상기 지연 스위칭 회로에 연결되며, 드레인이 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결되며, 소스에서 상기 클러치 코일로 구동 전류를 출력하는 N형 모스트랜지스터인 것을 특징으로 하는
   클러치 구동 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 전력 공급 경로의 저항이 상기 제1 전력 공급 경로의 저항보다 큰 것을 특징으로 하는 클러치 구동 장치.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   일단이 상기 P형 모스트랜지스터의 드레인에 연결되고, 타단이 상기 N형 모스트랜지스터의 소스에 연결되는 부가 저항
   을 더 포함하는 클러치 구동 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 N형 모스트랜지스터의 서브스트레이트는 접지단에 연결되며,
   상기 P형 모스트랜지스터의 서브스트레이트는 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결되는 클러치 구동 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 지연 스위칭 회로는,
   일단이 상기 배터리의 플러스 전압단에 연결되는 입력 저항; 및
   일단이 상기 입력 저항의 타단에 연결되며, 타단이 상기 N형 모스트랜지스터 및 P형 모스트랜지스터의 게이트에 연결되는 커패시터
   를 포함하는 클러치 구동 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 지연 스위칭 회로는, 클러치 구동 시점부터 상기 지연 시간까지는, 상기 클러치에 초기 구동 토크를 인가할 수 있도록 상기 제1 스위치를 연결하며,
   상기 지연 시간이 경과한 후에는 상기 클러치에 안정 구동 토크를 인가할 수 있도록 상기 제2 스위치를 연결하는 클러치 구동 장치.
   

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