KR102452676B1

KR102452676B1 - 기어 클러치 타입 컴프레서 및 이를 적용한 차량

Info

Publication number: KR102452676B1
Application number: KR1020160087533A
Authority: KR
Inventors: 남용우
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2022-10-11
Also published as: KR20180006752A

Abstract

본 발명의 기어 클러치 타입 컴프레서(100)에는 베어링(6)을 매개로 클러치 하우징(2)과 결합된 풀리(5)에 마찰 디스크(4)를 연결 및 분리하도록 상승 및 하강하는 허브 어셈블리(3)와 연결된 구동축(21), 구동축(21)의 회전력을 전달받는 종동축(31), 구동축(21)과 종동축(31)을 연결하는 한 쌍의 기어(23,33), 한 쌍의 기어(23,33)의 이동을 기어 가이드 채널(40-1)로 가이드 하는 기어 캐리어(40), 전원 공급에 의한 자기력 생성으로 한 쌍의 기어(23,33)를 이동시키는 액추에이터(50), 한 쌍의 기어(23,33)의 초기 위치 복귀를 위한 탄성력이 발생되는 스프링(60)으로 구성된 기어 클러치(1)가 포함되고, 차량의 냉방시스템에 적용됨으로써 차량의 전력 소모가 클러치 결합과 분리 시의 짧은 순간에만 이루어지고, 특히 기어 클러치(1)의 분리 상태에서 엔진 동력의 완전한 차단으로 연비 개선도 이루어지는 특징을 갖는다.

Description

기어 클러치 타입 컴프레서 및 이를 적용한 차량{Compressor using Gear type Clutch and Vehicle thereby}

본 발명은 컴프레서에 관한 것으로, 특히 기어 클러치로 소비전력을 낮추고 동시에 엔진 동력 소모도 낮춘 컴프레서가 적용된 차량에 관한 것이다.

일반적으로 컴프레서(압축기)는 차량의 냉방시스템을 구성하여 증발기로부터 증발이 완료된 냉매를 흡입하여 액화하기 쉬운 고온과 고압상태로 만들어 응축기로 전달하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 컴프레서는 냉방시스템의 가동 시 엔진 동력이 전달되고 반면 중단 시 엔진 동력이 차단되도록 클러치와 함께 구성되며, 그 동작은 공조 컨트롤 유닛(climate control unit)으로 제어된다.

일례로, 클러치는 엔진 동력을 벨트로 전달받는 풀리와 디스크를 갖춘 허브 어셈블리 및 풀리에 디스크를 연결 및 분리하여 주는 전자석(마그넷 및 코일 어셈블리)으로 구성된다.

그러므로 컴프레서는 클러치타입 컴프레서와 클러치리스 타입 컴프레서(예, 사판식 컴프레서)로 대별된다.

통상, 클러치리스 타입 컴프레서는 컴프레서 오프(off) 조건(냉방 시스템 중지에 의한 정지 상태)에서도 구동축 회전을 지속함으로써 냉방시스템이 동작하지 않음에도 불구하고 불필요하게 엔진동력을 소비하는 측면이 있으나, 클러치 타입 컴프레서의 전자석 클러치 결속 소모동력 대비 불필요한 엔진동력소모 정도가 연비측면 실 주행모드에서 더 유리한 장점을 갖는다.

따라서 클러치리스 타입 컴프레서는 전력소모를 가져오는 클러치가 존재하지 않음으로써 클러치 타입 대비 원가/중량측면과 실연비도 유리한 장점을 갖는다.

국내특개10-2014-0098927(2014년08월11일)

하지만, 현행 연비 측정 모드는 컴프레서 오프(off) 조건에서 연비 계측이 이루어지고, 이는 연비측면 실 주행모드에서 전자석 클러치 결속 소모동력이 과다한 클러치 타입 컴프레서가 클러치 리스 타입보다 더 높은 연비로 판정되는 역효과를 가져올 수밖에 없다.

특히, 연비가 핫 이슈로 부각되고 있는 현 상황에서 실 주행모드에 반하는 연비 측정 모드용 클러치 타입 컴프레서의 차량 적용은 연비 개선에 역행함으로써 딜레마에 빠질 수밖에 없다.

그러므로 현행 연비 측정 모드가 실 주행모드를 반영하지 못하는 한 클러치 타입 컴프레서가 클러치리스 타입 컴프레서 대비 더 높은 연비를 갖도록 하는 기술 개발이 절실히 요구되고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 전력 소모가 클러치 결합과 분리 시의 짧은 순간에만 이루어짐으로써 컴프레서 구동을 위한 클러치 결합유지에 소모되는 전력을 차단할 수 있고, 특히 클러치 분리 상태에서 엔진 동력이 완전하게 차단됨으로써 불필요한 엔진 동력을 소모하지 않아 연비 개선도 이루어지는 기어 클러치 타입 컴프레서 및 이를 적용한 차량의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기어 클러치는 클러치 하우징에 결합되어 회전되는 풀리와 마찰 디스크를 연결 및 분리하도록 상기 클러치 하우징에 수용된 구동축, 상기 클러치 하우징에 수용되어 상기 구동축의 회전력을 전달받는 종동축, 상기 구동축과 상기 종동축을 연결하는 한 쌍의 기어, 상기 클러치 하우징에 고정된 상태에서 상기 한 쌍의 기어의 이동을 가이드 하는 기어 캐리어, 전원 공급에 의한 자기력 생성으로 상기 한 쌍의 기어를 이동시키는 액추에이터, 상기 한 쌍의 기어의 초기 위치 복귀를 위한 탄성력이 발생되는 스프링으로 구성된 클러치 어셈블리;가 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 한 쌍의 기어는 상기 구동축과 결합된 회전기어, 상기 종동축과 결합된 작동기어로 구분되고, 상기 액추에이터는 상기 작동기어를 상기 회전기어로 이동시키며, 상기 스프링은 상기 회전기어에 의해 압축되어 상기 탄성력을 상기 회전기어로 전달한다. 상기 회전기어와 상기 작동기어는 서로 맞물리는 기어이를 각각 형성하고 더불어 상기 기어 캐리어의 내경에 파여진 기어 가이드 채널에 끼워져 상기 이동이 가이드 되는 돌기를 각각 형성한다.

바람직한 실시예로서, 상기 기어 캐리어는 상기 클러치 하우징의 내경에 수용되어 고정된다. 상기 액추에이터는 전원공급으로 자기력을 발생하는 코일이 내장된 플런저 바디, 상기 자기력으로 상기 플런저 바디에서 빠져나와 상기 작동기어를 이동시키는 플런저, 상기 플런저의 반대쪽에서 상기 플런저 바디의 끝부위를 막아주는 플러그를 포함한다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기어 클러치 타입 컴프레서는 베어링을 매개로 클러치 하우징과 결합된 풀리에 마찰 디스크를 연결 및 분리하도록 상승 및 하강하는 허브 어셈블리와 연결된 구동축, 구동축의 회전력을 전달받는 종동축, 구동축과 종동축을 연결하는 한 쌍의 기어, 한 쌍의 기어의 이동을 기어 가이드 채널로 가이드 하는 기어 캐리어, 전원 공급에 의한 자기력 생성으로 한 쌍의 기어를 이동시키는 액추에이터, 한 쌍의 기어의 초기 위치 복귀를 위한 탄성력이 발생되는 스프링으로 구성된 기어 클러치가 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 기어 클러치의 자기력 발생은 전원을 공급 및 차단하는 컨트롤러로 제어되고, 상기 기어 클러치는 기어 클러치 타입 컴프레서의 컴프레서 축에 연결된다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량은 베어링을 매개로 클러치 하우징과 결합된 풀리에 마찰 디스크를 연결 및 분리하도록 상승 및 하강하는 허브 어셈블리와 연결된 구동축, 구동축의 회전력을 전달받는 종동축, 구동축과 종동축을 연결하는 한 쌍의 기어, 한 쌍의 기어의 이동을 기어 가이드 채널로 가이드 하는 기어 캐리어, 전원 공급에 의한 자기력 생성으로 한 쌍의 기어를 이동시키는 액추에이터, 한 쌍의 기어의 초기 위치 복귀를 위한 탄성력이 발생되는 스프링으로 구성된 기어 클러치; 전원을 공급 및 차단하여 상기 기어 클러치의 자기력 발생을 제어하는 공조 컨트롤 유닛(climate control unit); 상기 기어 클러치에 전원을 공급하는 배터리;를 포함한 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 컴프레서는 클러치가 기어 타입으로 구현됨으로써 다음과 같은 장점 및 효과를 구현할 수 있다.

첫째, 기어 클러치 타입 컴프레서는 컴프레서 구동축에 구동력 전달 단속기능을 추가함으로써 기존 클러치 타입 컴프레서 작동 시 발생하던 전자석 결속 전력소모를 최소화할 수 있다. 둘째, 기어 클러치 타입 컴프레서는 스프링 복원력을 활용함으로써 구동력 전달 시 흡착시간 연장과 함께 클러치 탈착 충격소음 최소화도 가능하다. 셋째, 기어 클러치 타입 컴프레서는 컴프레서 off조건에 의한 클러치 분리 상태에서 엔진 동력이 완전하게 차단됨으로써 기존 클러치리스 타입 컴프레서와 같은 불필요한 엔진 동력 소모를 가져오지 않는다.

또한, 본 발명의 차량은 기어 클러치 타입 컴프레서로 냉방 시스템을 구현함으로써 기존 클러치 타입 컴프레서 대비 전자석 클러치 결속 소모동력 절감과 기존 클러치리스 타입 컴프레서 대비 불필요한 엔진 동력 소모 방지가 이루어지고, 그 결과 연비가 핫 이슈로 부각되고 있는 현 상황에서 실제적인 향상된 연비 개선 효과로 상품성 향상과 시장 우위를 점유할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기어 클러치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 기어 클러치의 분리도이며, 도 3은 본 발명에 따른 기어 클러치의 기어 유닛의 세부 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 기어 클러치를 구성하는 기어 캐리어에 적용된 기어 가이드 채널의 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 기어 클러치에 적용된 액추에이터 구성의 예이고, 도 6은 본 발명에 따른 기어 클러치 타입 컴프레서의 구성도이며, 도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 컴프레서 오프(OFF)시 기어 클러치의 동작 상태이고, 도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 컴프레서 온(ON)시 기어 클러치의 동작 상태이며, 도 13은 본 발명에 따른 기어 클러치 타입 컴프레서가 냉방시스템에 적용된 차량의 부분 구성도이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 기어 클러치(1)는 클러치 하우징(2)의 내부로 수용된 클러치 어셈블리(10)를 포함하고, 상기 클러치 어셈블리(10)는 한쪽 부위를 클러치 하우징(2)의 외부로 위치된 허브 어셈블리(3)와 연결함으로써 마찰 디스크(4)를 매개로 풀리(5)의 회전력을 전달받고, 다른쪽 부위를 클러치 하우징(2)의 외부로 빼내줌으로써 회전력을 외부로 전달한다.

일례로, 상기 클러치 하우징(2)은 내경으로 클러치 어셈블리(10)를 수용하고 외경으로 베어링(6)을 결합한다. 상기 허브 어셈블리(3)는 클러치 하우징(2)외 외부에서 클러치 어셈블리(10)와 연계되어 클러치 어셈블리(10)의 축방향으로 움직임으로써 마찰 디스크(4)를 풀리(5)와 연결하거나 분리시켜준다. 상기 풀리(5)는 베어링(6)을 매개로 클러치 하우징(2)과 결합되어 외부 동력(예, 엔진회전력)으로 회전된다. 그러므로 상기 클러치 하우징(2), 상기 허브 어셈블리(3), 상기 마찰 디스크(4), 상기 풀리(5), 상기 베어링(6)은 통상적인 클러치의 구성요소이다.

반면, 상기 클러치 어셈블리(10)는 풀리(5)의 회전력을 전달받는 구동부(20), 구동부(20)와 연결 또는 분리되는 종동부(30), 구동부(20)와 종동부(30)를 직렬로 배열한 기어 캐리어(40), 종동부(30)를 축방향으로 올려주는 액추에이터(50), 종동부(30)에 의한 구동부(20)의 상승 시 압축되어 탄성복원력을 축적하는 스프링(60)을 포함한다. 그러므로 상기 클러치 어셈블리(10)는 클러치 하우징(2), 허브 어셈블리(3), 마찰 디스크(4), 풀리(5) 및 베어링(6)과 함께 기어 클러치(1)를 구성한다.

도 2를 참조하면, 상기 클러치 어셈블리(10)의 상세 구성을 나타낸다.

구체적으로, 상기 구동부(20)는 풀리(5)의 회전력을 마찰 디스크(4)로 전달받는 허브 어셈블리(3)와 볼트와 너트로 결합된 되어 회전되는 구동축(21), 구동축(21)과 결합된 상태에서 종동부(30)에 맞물리는 회전기어이(23-1)를 형성하지 않은 부위가 스프링(60)으로 탄발 지지되는 회전기어(23)로 구성된다. 또한, 상기 종동부(30)는 컴프레서(100)의 컴프레서 축(100-1)(도 6 참조)과 연결된 종동축(31), 종동축(31)과 결합된 상태에서 회전기어(23)의 회전기어이(23-1)와 맞물리는 작동기어이(33-1)를 형성한 작동기어(33)로 구성된다. 상기 기어 캐리어(40)는 중공 파이프 타입으로 이루어져 클러치 하우징(2)의 내경과 결합되고, 회전기어(23) 및 작동기어(33)의 축방향 승하강 이동과 회전기어(23)의 사선방향 회전을 안내한다. 따라서 상기 회전기어(23)와 상기 작동기어(33)는 상기 기어 캐리어(40)의 내경에 서로 마주보도록 끼워진 기어 유닛을 구성하고, 상기 기어 유닛은 작동기어(33)의 하사점(즉, 작동기어 걸림위치)과 상사점(즉, 작동기어 최대상승위치)에 연동된 회전기어(23)의 상승 및 사선방향회전으로 풀리(5)에 연결되거나 분리된다.

구체적으로, 상기 액추에이터(50)는 작동기어(33)를 밑에서 위쪽으로 밀어 올리도록 클러치 하우징(2)의 내경에서 기어 캐리어(40)의 하부부위로 수용되고, 컨트롤러(200)(도 6 참조)의 제어에 의한 전원 온 시 작동기어(33)를 밑에서 위쪽으로 밀어 올려주도록 하중을 가하고 반면 전원 오프 시 작동기어(33)에 하중을 가하지 않는 제1,2 액추에이터(50-1,50-2)로 구성된다. 바람직하게, 상기 제1,2 액추에이터(50-1,50-2)는 360도 구간에서 180도 서로 대향되도록 배열되고, 90도 간격으로 4개의 액추에이터로 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 스프링(60)은 구동부(20)의 구동축(21)에 결합된 상태에서 허브 어셈블리(3)와 회전기어(23)를 탄발 지지하도록 허브 어셈블리(3)와 회전기어(23)에 각각 고정된 코일 스프링 타입으로 이루어지고, 작동기어(33)에 의한 회전기어(23)의 상승 시 압축된 후 작동기어(33)의 하강 시 회전기어(23)를 밑으로 내려주는 탄성력을 가하여 준다.

한편 도 3 및 도 4를 참조하면, 회전기어(23)와 작동기어(33)는 기어 캐리어(40)의 세부 구조와 이들의 연계에 의한 기어 유닛의 동작을 나타낸다. 일례로, 일례로, 상기 기어 유닛의 동작은 내부 회전구조를 갖는 필기구 버튼에서 예시될 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 회전기어(23)는 환형 링 단면의 바디로 이루어지고, 상기 바디의 외주면에는 등 간격의 기어 사선회전각(a)으로 회전기어 돌기(23-2)가 다수개로 형성된다. 상기 작동기어(33)는 내주면에 컴프레서 축(100-1)(도 6 참조)과 연결된 종동축(31)으로 이어진 스플라인(33-3)을 형성한 환형 링 단면의 바디로 이루어지고, 상기 바디의 외주면에는 등 간격의 기어 물림각(b)으로 작동기어 돌기(33-2)가 다수개로 형성된다. 상기 기어 캐리어(40)는 환형 링 단면의 바디로 이루어지고, 상기 바디의 내주면에는 등 간격의 기어 사선회전각(a)으로 기어 가이드 채널(40-1)이 복수개로 형성된다. 특히, 상기 기어 가이드 채널(40-1)은 기어 물림각(b)으로 연속된 축 방향 홈(41)과 기어 사선회전각(a)으로 연속된 사선 방향 홈(47)으로 구분되고, 상기 축 방향 홈(41)과 상기 사선 방향 홈(47)은 사선회전경로(45)를 형성한다.

그러므로 상기 기어 캐리어(40)를 기준으로 하면, 상기 회전기어 돌기(23-2)는 축 방향 홈(41)에 끼워진 상태에서 축 방향 홈(41)을 따라 축방향 이동한 후 사선회전경로(45)를 타고 사선 방향 홈(47)으로 이동되고, 상기 작동기어 돌기(33-2)는 축 방향 홈(41)과 사선 방향 홈(47)에 각각 끼워진 상태에서 축 방향 홈(41)과 사선 방향 홈(47)을 따라 축방향 이동한다.

도 4를 참조하면, 상기 작동기어(33)의 작동기어 돌기(33-2)는 기어 캐리어(40)의 축 방향 홈(41)과 사선 방향 홈(47)에 각각 끼워진 상태에서 액추에이터(50)에 의해 밀려 올라감으로써 축 방향 홈(41)과 사선 방향 홈(47)을 따라 축방향 이동한다. 이때, 상기 작동기어(33)의 축방향 이동은 하사점(작동기어 걸림위치)에서 상사점(작동기어 최대상승위치)까지 이루어진다.

그러면, 상기 회전기어(23)의 회전기어 돌기(23-2)는 축 방향 홈(41)에 끼워진 상태에서 작동기어(33)의 이동으로 인해 축 방향 홈(41)을 따라 축방향 이동하여 사선회전경로(45)에 도달하고, 작동기어(33)의 계속된 이동으로 인해 축 방향 홈(41)에서 나와 사선회전경로(45)를 타고 사선방향으로 회전됨으로써 사선 방향 홈(47)에 끼워진다.

그 결과, 상기 작동기어(33)가 하사점에서 상사점으로 올라가는 경우 회전기어(23)는 최대로 상승됨으로써 클러치 어셈블리(10)와 풀리(5)가 동력 연결된 컴프레서 온(ON)을 형성함과 더불어 스프링(60)이 압축상태로 된다. 반면 상기 작동기어(33)가 상사점에서 하사점으로 내려오는 경우 회전기어(23)는 최대로 하강됨으로써 클러치 어셈블리(10)와 풀리(5)가 동력 분리된 컴프레서 오프(OFF)를 형성함과 더불어 스프링(60)의 압축이 풀려진다. 그러므로 상기 스프링(60)의 압축력은 회전기어(23)에 가해져 작동기어(33)의 초기 위치 복원력으로 전환된다.

한편 도 5를 참조하면, 상기 액추에이터(50)는 외부 전원과 제어 신호가 들어오는 커넥터(51a)를 외부로 갖추고 코일을 내부로 갖춘 원통 실린더형 플런저 바디(51), 플런저 바디(51)의 내경으로 수용되어 전원 공급에 의한 코일 자기화로 플런저 바디(51)에서 빠져나가는 플런저(53), 플런저 바디(51)의 한쪽 끝부위를 막아주는 플러그(55), 플런저(53)와 플러그(55)의 각각과 결합되어 플런저 바디(51)의 내부 기밀을 형성하는 한 쌍의 오링(57)으로 구성된다.

그러므로 제1,2 액추에이터(50-1,50-2)는 커넥터(51a)를 갖춘 플런저 바디(51), 플런저(53), 플러그(55), 한 쌍의 오링(57)을 구성요소로 하는 동일한 액추에이터(50)이며, 다만 액추에이터(50)가 2개 사용될 경우 이를 제1,2 액추에이터(50-1,50-2)로 구분하는 차이가 있을 뿐이다.

한편 도 6은 기어 클러치(1)가 적용된 기어 클러치 타입 컴프레서(100)를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 기어 클러치 타입 컴프레서(100)는 컴프레서 축(100-1)을 통해 기어 클러치(1)와 결합되고, 상기 기어 클러치(1)는 컨트롤러(200)로 제어되며, 상기 컨트롤러(200)는 기어 클러치 타입 컴프레서(100)의 가동 또는 중단을 위한 정보를 입력 데이터로 읽어 기어 클러치(1)에 전원을 공급 또는 중단한다.

여기서, 상기 기어 클러치(1)는 클러치 하우징(2), 허브 어셈블리(3), 마찰 디스크(4), 풀리(5), 베어링(6), 클러치 어셈블리(10)로 구성되고, 상기 클러치 어셈블리(10)는 구동축(21)과 회전기어(23) 및 회전기어이(23-1)와 회전기어 돌기(23-2)를 구비한 구동부(20), 종동축(31)과 작동기어(33) 및 작동기어이(33-1)와 작동기어 돌기(33-2)를 구비한 종동부(30), 기어 가이드 채널(40-1)을 갖춘 기어 캐리어(40), 제1,2 액추에이터(50-1,50-2)로 이루어진 액추에이터(50), 스프링(60)을 구성요소로 한다.

그러므로 상기 기어 클러치(1)는 도 1 내지 도 5를 통해 기술된 기어 클러치(1)와 동일하다. 다만, 종동부(30)의 종동축(31)은 기어 클러치 타입 컴프레서(100)의 컴프레서 축(100-1)과 연결되거나 또는 기어 클러치 타입 컴프레서(100)의 컴프레서 축(100-1)과 동일한 차이가 있다.

한편 도 7 내지 도 10은 기어 클러치 타입 컴프레서(100)의 오프(OFF)시 기어 클러치(1)의 동작 상태를 (가),(나),(다)로 구분한 예시도이다. 이 경우, 컨트롤러(200)는 클러치 어셈블리(10)에 전원을 공급한 후 차단하는 제어로 기어 클러치(1)를 오프(OFF)시킴으로써 기어 클러치 타입 프레서(100)가 오프(OFF)로 된다. 기어 클러치 타입 컴프레서(100)의 오프(OFF)는 기어 클러치 타입 컴프레서(100)의 동작 중지를 의미한다.

도 7 및 도 8의 (가)를 참조하면, 회전기어(23)와 작동기어(33)는 회전기어이(23-1)와 작동기어이(33-1)로 서로 맞물린 상태이므로 풀리(5)의 회전력은 마찰 디스크(4)와 허브 어셈블리(3) 및 구동축(21)을 거쳐 회전기어(23)와 작동기어(33) 및 종동축(31)을 통해 컴프레서 축(100-1)이 회전됨으로써 컴프레서(100)는 동작 상태가 된다. 이러한 상태에서 컨트롤러(200)의 제어로 액추에이터(50)에 공급된 전원은 플런저(53)의 코일 자기화에 의한 자기력을 발생시킴으로써 상기 자기력은 작동기어(33)의 하부부위에 가압력으로 작용한다.

도 7 및 도 8의 (나)를 도 4와 함께 참조하면, 액추에이터(50)의 전원공급지속은 작동기어(33)에 플런저(53)에 의한 가압력이 지속됨을 의미하므로 작동기어 돌기(33-2)는 하사점에서 축 방향 홈(41)을 따라 위로 올라감으로써 작동기어(33)의 작동기어이(33-1)와 회전기어(23)의 회전기어이(23-1)가 서로 맞물린 상태로 된다. 이어, 상기 작동기어(33)는 회전기어(23)를 밀어 올리면서 상사점까지 지속됨으로써 회전기어(23)의 회전기어 돌기(23-2)는 축 방향 홈(41)따라 최대 상승 위치인 사선회전경로(45)에 도달된다. 이때, 스프링(60)은 구동축(21)을 위로 올려주는 상기 회전기어(23)에 의해 압축된다. 그 결과, 허브 어셈블리(3)는 구동축(21)으로 올라감으로써 마찰 디스크(4)가 풀리(5)에서 분리되어 회전기어(23)를 통한 동력 전달은 차단된다. 이로 인해 풀리(5)의 회전력은 컴프레서 축(100-1)으로 전달되지 않아 기어 클러치 타입 컴프레서(100)가 오프(OFF)로 전환된다.

도 9 및 도 10의 (다)를 도 4와 함께 참조하면, 회전기어(23)의 상승 이동은 회전기어 돌기(23-2)가 축 방향 홈(47)에서 나와 사선회전경로(45)를 타고 사선 방향 홈(47)으로 위치되는 사선방향 회전을 발생한다. 그러면, 회전기어(23)는 회전기어 돌기(23-2)가 사선 방향 홈(47)에서 고정된다. 반면 컨트롤러(200)의 제어로 전원이 차단된 플런저 바디(51)는 자기력 생성을 중단함으로써 작동기어(33)는 플런저(53)에 의한 가압력을 더 이상 받지 못하게 된다. 그 결과, 작동기어(33)가 자중에 의한 중력낙하로 하사점까지 내려옴으로써 작동기어(33)의 작동기어이(33-1)와 회전기어(23)의 회전기어이(23-1)는 서로 분리된다. 따라서 기어 클러치(1)는 오프상태로 전환된다.

이와 같이 기어 클러치(1)의 오프상태는 액추에이터(50)에 대한 전원공급을 필요로 하지 않음으로써 전력 소모가 극히 적고, 특히 풀리(5)를 회전시키는 엔진 동력을 소모하지 않아 연비 개선을 가져온다.

한편 도 11 및 도 12는 컴프레서(100)의 온(ON)시 기어 클러치(1)의 동작 상태를 (가),(나),(다),(라)로 구분한 예시도이다. 이 경우, 컨트롤러(200)는 클러치 어셈블리(10)에 전원을 공급한 후 차단하는 제어로 기어 클러치(1)를 온(ON)시킴으로써 기어 클러치 타입 컴프레서(100)가 온(ON)으로 된다. 기어 클러치 타입 컴프레서(100)의 온(ON)은 기어 클러치 타입 컴프레서(100)의 동작 가동을 의미한다.

도 11의 (가),(나) 및 도 4를 참조하면, 기어 클러치 타입 컴프레서(100)는 정지 상태이므로 회전기어(23)와 작동기어(33)는 서로 분리된 상태이다. 이 상태에서 컨트롤러(200)의 제어로 액추에이터(50)에 공급된 전원은 플런저(53)의 코일 자기화를 발생시킴으로써 작동기어(33)가 가압력을 받게 된다. 그러면 액추에이터(50)의 전원공급지속은 작동기어(33)에 플런저(53)에 의한 가압력이 지속됨을 의미하므로 작동기어 돌기(33-2)는 하사점에서 축 방향 홈(41)을 따라 위로 올라감으로써 작동기어(33)의 작동기어이(33-1)와 회전기어(23)의 회전기어이(23-1)가 서로 맞물린 상태로 된다. 이어, 상기 작동기어(33)는 회전기어(23)를 밀어 올리면서 상사점까지 지속됨으로써 회전기어(23)의 회전기어 돌기(23-2)는 사선 방향 홈(47)에서 빠져나올 수 있게 된다. 이때, 스프링(60)은 압축 상태이고 마찰 디스크(4)와 풀리(5)의 분리 상태는 허브 어셈블리(3)의 위치로 유지된다.

도 12의 (다),(라) 및 도 4를 참조하면, 회전기어(23)의 회전기어 돌기(23-2)가 사선 방향 홈(47)에서 나오게 되면, 상기 회전기어 돌기(23-2)는 사선회전경로(45)를 타고 사선방향 회전을 발생시킴으로써 축 방향 홈(47)으로 위치된다. 이러한 상태에서 컨트롤러(200)의 제어로 전원이 차단된 플런저 바디(51)는 자기력 생성을 중단함으로써 작동기어(33)는 플런저(53)에 의한 가압력을 더 이상 받지 못하게 된다. 그러면, 회전기어(23)는 회전기어 돌기(23-2)가 사선 방향 홈(47)에 위치된 상태에서 작동기어(33)가 자중에 의한 중력낙하로 하사점까지 내려옴으로써 작동기어(33)의 작동기어이(33-1)와 회전기어(23)의 회전기어이(23-1)는 서로 분리된다. 동시에 회전기어(23)는 스프링(60)의 탄성 복원력에 의한 하방향 가압력과 함께 자중에 의한 중력낙하가 더해져 작동기어(33)쪽으로 내려간다. 그 결과, 회전기어(23)의 회전기어이(23-1)와 작동기어(33)의 작동기어이(33-1)가 서로 맞물리고 동시에 구동축(21)의 하강으로 허브 어셈블리(3)도 함께 하강됨으로써 마찰 디스크(4)와 풀리(5)가 연결 상태로 전환된다. 그러므로 풀리(5)의 회전력은 마찰 디스크(4)와 허브 어셈블리(3) 및 구동축(21)을 거쳐 서로 맞물린 회전기어이(23-1)와 작동기어이(33-1)를 매개로 회전기어(23)에서 작동기어(33)로 전달되고, 상기 작동기어(33-1)의 회전력은 종동축(31)과 연결된 컴프레서 축(100-1)을 회전시킴으로써 기어 클러치 타입 컴프레서(100)는 온(ON)으로 전환된다.

이와 같이 기어 클러치(1)의 온 상태는 클러치 결합과 분리 시의 짧은 순간에만 액추에이터(50)의 전원공급을 필요로 함으로써 전력 소모가 극히 적고, 전력 소모 시간 단축은 연비 개선으로 이어진다.

한편, 도 13은 컴프레서(100)가 냉방시스템에 적용된 차량의 부분 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 차량은 냉방시스템용 컴프레서(100), 공조 컨트롤 유닛(climate control unit)(200-1), 엔진(300), 배터리(400)를 포함한다.

구체적으로, 상기 컴프레서(100)는 도 1 내지 도 5를 통해 기술된 기어 클러치(1)를 갖추고, 도 6 내지 도 12를 통해 기술된 기어 클러치 타입 컴프레서(100)와 동일하다. 다만, 기어 클러치 타입 컴프레서(100)의 기어 클러치(1) 제어가 컨트롤러(200)대신 엔진 데이터와 공조시스템의 데이터를 입력정보로 하는 공조 컨트롤 유닛(climate control unit)(200-1)으로 대체되고, 전원이 차량에 탑재된 배터리(400)로 대체되는 차이만 있다.

그러므로 상기 차량은 전력 소모가 클러치 결합과 분리 시의 짧은 순간에만 이루어짐으로써 컴프레서 구동을 위한 클러치 결합유지에 소모되는 전력을 차단할 수 있고, 특히 클러치 분리 상태에서 엔진 동력이 완전하게 차단됨으로써 불필요한 엔진 동력을 소모하지 않아 연비 개선도 이루어진다.

1 : 기어타입 클러치 2 : 클러치 하우징
3 : 허브 어셈블리 4 : 마찰 디스크
5 : 풀리 6 : 베어링
10 : 클러치 어셈블리 20 : 구동부
21 : 구동축 23 : 회전기어
23-1 : 회전기어이 23-2 : 회전기어 돌기
30 : 종동부 31 : 종동축
33 : 작동기어 33-1 : 작동기어이
33-2 : 작동기어 돌기 33-3 : 스플라인
40 : 기어 캐리어 40-1 : 기어 가이드 채널
41 : 축 방향 홈 45 : 기어 사선회전경로
47 : 사선 방향 홈
50 : 액추에이터
50-1,50-2 : 제1,2 액추에이터
51 : 플런저 바디 51a : 커넥터
53 : 플런저 55 : 플러그
57 : 오링 60 : 스프링
100 : 컴프레서 100-1 : 컴프레서 축
200 : 컨트롤러 200-1 : 공조컨트롤유닛(climate control unit)
300 : 엔진 400 : 배터리

Claims

클러치 하우징에 결합되어 회전되는 풀리와 마찰 디스크를 연결 또는 분리하는 클러치 어셈블리가 포함되고;
상기 클러치 어셈블리는 상기 클러치 하우징에 수용된 구동축, 상기 클러치 하우징에 수용되어 상기 구동축의 회전력을 전달받는 종동축, 상기 구동축과 상기 종동축을 연결하는 한 쌍의 기어, 상기 클러치 하우징에 고정된 상태에서 상기 한 쌍의 기어의 이동을 가이드 하는 기어 캐리어, 전원 공급에 의한 자기력 생성으로 상기 한 쌍의 기어를 이동시키는 액추에이터, 상기 한 쌍의 기어의 초기 위치 복귀를 위한 탄성력이 발생되는 스프링
으로 구성된 것을 특징으로 하는 기어 클러치.
청구항 1에 있어서, 상기 한 쌍의 기어는 상기 구동축과 결합된 회전기어, 상기 종동축과 결합된 작동기어로 구분되고, 상기 액추에이터는 상기 작동기어를 상기 회전기어로 이동시키며, 상기 스프링은 상기 회전기어에 의해 압축되어 상기 탄성력을 상기 회전기어로 전달하는 것을 특징으로 하는 기어 클러치.
청구항 2에 있어서, 상기 회전기어와 상기 작동기어는 서로 맞물리는 기어이를 각각 형성하고 더불어 상기 기어 캐리어의 내경에 파여진 기어 가이드 채널에 끼워져 상기 이동이 가이드 되는 돌기를 각각 형성한 것을 특징으로 하는 기어 클러치.
청구항 3에 있어서, 상기 기어 캐리어는 상기 클러치 하우징의 내경에 수용되어 고정된 것을 특징으로 하는 기어 클러치.
청구항 2에 있어서, 상기 액추에이터는 전원공급으로 자기력을 발생하는 코일이 내장된 플런저 바디, 상기 자기력으로 상기 플런저 바디에서 빠져나와 상기 작동기어를 이동시키는 플런저, 상기 플런저의 반대쪽에서 상기 플런저 바디의 끝부위를 막아주는 플러그를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 클러치.
청구항 5에 있어서, 상기 액추에이터는 적어도 2개 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 기어 클러치.
청구항 1에 있어서, 상기 마찰 디스크는 허브 어셈블리를 매개로 상기 풀리와 연결 또는 분리되고, 상기 허브 어셈블리는 상기 구동축과 연결되어 움직이는 것을 특징으로 하는 기어 클러치.
청구항 1에 있어서, 상기 풀리는 상기 클러치 하우징과 베어링을 매개로 결합된 것을 특징으로 하는 기어 클러치.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 의한 기어클러치;
전원을 공급 또는 차단하여 상기 기어 클러치의 자기력 발생을 제어하는 컨트롤러;
가 포함된 것을 특징으로 하는 기어 클러치 타입 컴프레서.
청구항 9에 있어서, 상기 기어 클러치는 컴프레서 축을 회전시키도록 상기 컴프레서 축에 연결된 것을 특징으로 하는 기어 클러치 타입 컴프레서.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 의한 기어클러치;
컴프레서 축으로 상기 기어 클러치와 연결된 컴프레서;
전원을 공급 또는 차단하여 상기 기어 클러치의 자기력 발생을 제어하는 공조 컨트롤 유닛(climate control unit);
상기 기어 클러치에 전원을 공급하는 배터리;
를 포함한 것을 특징으로 하는 차량.