KR20020002245A

KR20020002245A - 외부 제어식 팬 커플링 장치

Info

Publication number: KR20020002245A
Application number: KR1020010036908A
Authority: KR
Inventors: 시오자키켄; 와타나베에이지; 이이다요시노부
Original assignee: 우스이유따로; 우수이 고쿠사이 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2002-01-09
Also published as: FR2811035A1; GB0115772D0; US20020003075A1; KR100370445B1; US6550596B2; DE10131402A1; FR2811035B1; DE10131402B4; GB2364113B; GB2364113A

Abstract

구성이 단순하고 동력 소모가 절감되는, 외부 제어식 팬 커플링 장치가 마련되는데, 이 장치는 (전기 시스템의 고장의 경우에도 작동 오일의 순환이 정지되지 않게 하는 기능을 갖춘) 기능상의 안전성을 갖추고, 다양한 작동 조건에 따라 오일량을 정확히 조절함으로써 팬의 회전을 자유롭고 적절하게 제어할 수 있게 해준다. 고정된 구동 디스크를 구비한 구동축에 의해 지지되고 지탱되는 밀봉 하우징 내부가 오일 공급 조절 구멍을 갖춘 칸막이판에 의해 오일 저장고와 토오크 전달 챔버로 분리되고, 토오크 전달 챔버에는 구동 디스크가 수용되어 토오크 전달 챔버로 공급된 오일에 의해 피동 측으로 구동 토오크가 전달되는 것인 팬 커플링 장치에 있어서, 밀봉 하우징의 오일 저장고에 배치된 영구 자석을 이용하는 비여기식 전자석이 베어링을 통하여 회전축 주위에 지지되고, 밸브 부재는 전자석에 의해 가동되어 오일 공급 조절 구멍의 개폐를 제어하는 메커니즘을 제공한다.

Description

외부 제어식 팬 커플링 장치{EXTERNALLY CONTROLLED FAN COUPLING DEVICE}

본 발명은 주변 온도의 변화 또는 회전의 변화에 따라 차량의 엔진 냉각용 등의 팬의 회전 속도를 제어하는 외부 제어식 팬 커플링 장치에 관한 것이다.

종래의 팬 커플링 장치로서는, 케이스와 커버에 의해 구성되는 밀봉 하우징의 내부가 오일 공급 조절 구멍을 갖춘 칸막이판에 의해 오일 저장고와 내부에 수용된 구동 디스크를 갖춘 토오크 전달 챔버로 분리되고; 댐(dam)과 이 댐에 인접하여 토오크 전달 챔버로부터 오일 저장고로의 연통을 이루는 순환 채널은 회전 중에 오일이 수집되는 구동 디스크의 외측 둘레 벽과 마주보는 밀봉 하우징의 내측 둘레 벽의 일부에 형성되며; 구동 디스크와 그 외부 근처에 배치되고 이에 대향하는 밀봉 하우징의 벽 사이에 마련된 토오크 전달 간극에서 오일의 유효 접촉 표면을 증감함으로써 주변 온도가 설정값을 초과하는 경우에 칸막이판상의 공급 조절 구멍을 개방하고 온도가 설정값 이하인 경우에 칸막이판상의 공급 조절 구멍을 폐쇄하여 밀봉 하우징의 구동 측으로부터 피동 측으로 토오크의 전달을 제어하도록 밸브 부재가 마련된다. 밀봉 하우징의 전면 또는 후면에는 한 쌍의 전자석이 마련되고; 공급 조절 구멍의 개폐용 자기 밸브 부재가 하나의 전자석의 대향하여 마련되고; 순환 채널을 개폐하는 자기 부밸브 부재가 다른 전자석에 대향하여 마련되는 종류의 것이 있다(일본 특허 제2911623호 참조).

대체로 그러한 종래의 외부 제어식 팬 커플링 장치는 메커니즘이 복잡하고 큰 동력이 소모되고 주로 전기적으로 제어되어 비용이 많이 들며, 전기 시스템이 고장나면 작동 오일의 순환이 불가능하게 되어 팬 커플링 장치가 손상될 수 있다는 문제가 있다. 그러나, 외부 제어식 팬 커플링 장치는 수온, 엔진 속도, 공기 조화기와 같은 보조 장치 등의 제어 인자가 임의적으로 선택될 수 있고, 적절한 팬 제어가 이루어질 수 있다는 점에서 유리하므로, 전술한 문제를 해결하여 개선을 이루려는 요청이 있다.

본 발명은 전술한 상황을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 동력 소모를 줄일 수 있도록 단순한 메커니즘을 갖추고, (전기 시스템의 고장의 경우에도 정지되는 일이 없이 작동 오일이 순환되게 하는 기능을 갖춘) 기능상의 안전성을 갖추고, 다양한 작동 조건에 따라 오일량을 정확히 조절함으로써 팬의 회전 속도를 자유롭고 적절하게 제어할 수 있는 외부 제어식 팬 커플링 장치를 제공하려는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 외부 제어식 팬 커플링 장치의 실시예의 수직 단면도이고,

도 2는 상기 장치의 주요부의 확대된 수직 단면도이며,

도 3a 및 도 3b는 상기 장치의 밸브 부재의 개폐 동작을 나타내는 도면으로, 도 3a는 영구 자석에 의해 생성되는 자계의 방향과 동일한 방향으로 자계를 생성하도록 전자석에 전류를 인가하거나 전자석을 오프로 절환하여 오일 공급 조절 구멍이 개방되는 상태를 나타내고, 도 3b는 영구 자석에 의해 생성되는 자계의 방향과 반대 방향으로 자계를 생성하도록 전자석에 전류를 인가함으로서 오일 공급 조절 구멍이 폐쇄되는 상태를 나타내며,

도 4는 본 발명에 따른 외부 제어식 팬 커플링 장치의 다른 실시예의 주요부의 수직 단면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 외부 제어식 팬 커플링 장치의 또 다른 실시예의 주요부의 수직 단면도이고,

도 6은 본 발명에 따른 외부 제어식 팬 커플링 장치의 또 다른 실시예의 주요부의 수직 단면도이고,

도 7은 본 발명에 따른 외부 제어식 팬 커플링 장치의 또 다른 실시예의 주요부의 수직 단면도이고,

도 8은 본 발명에 따른 이중 밸브 구조를 갖춘 외부 제어식 팬 커플링 장치의 실시예의 수직 단면도이고,

도 9a 및 도 9b는 도 1에 도시된 단일 밸브 구조와 도 8에 도시된 이중 밸브 구조에서 팬 회전과 시간 사이의 관계의 비교를 나타내는 특성 선도로서, 도 9a는 단일 밸브 구조의 특성 선도이고, 도 9b는 이중 밸브 구조의 특성 선도이며,

도 10은 본 발명에 따른 이중 밸브 구조를 갖춘 외부 제어식 팬 커플링 장치의 다른 실시예의 수직 단면도이고,

도 11a 및 도 11b는 도 10에 도시된 이중 밸브 구조에서 팬 회전 속도과 시간 사이의 관계의 비교를 나타내는 특성 선도로서, 도 11a는 소직경의 오일 공급 조절 밸브만이 개방된 경우에 얻어지는 특성 선도이고, 도 11b는 소직경과 대직경의 2개의 오일 공급 조절 구멍 모두가 개방된 경우에 얻어지는 특성 선도이며,

도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 이중 밸브 구조를 갖춘 팬 커플링 장치의 밸브 개방/폐쇄 제어 시스템의 작용 및 효과를 나타내는 도면으로, 도 12a는 3단계의 회전 속도를 얻기 위한 제어 중에 팬의 회전 속도와 구동축(엔진측)의 회전 속도 사이의 관계를 나타내는 선도이고, 도 12b는 중위의 회전 속도를 얻기 위한 제어 중에 팬의 회전 속도와 구동축의 회전 속도 사이의 관계를 나타내는 선도이고, 도 12c는 임의의 회전 속도를 얻기 위한 제어 중에 팬의 회전 속도와 구동축의 회전 속도 사이의 관계를 나타내는 선도이며,

도 13은 상기 장치에서 구동축의 회전 속도는 일정하게 유지하면서 3단계의팬 회전 속도를 얻기 위한 제어의 예를 나타내는 선도이고,

도 14는 가속 시에 상기 장치의 공주를 방지하기 위한 제어의 예를 나타내는 선도이고,

도 15는 엔진 회전 속도가 3000 rpm으로 일정하게 유지되는 경우에 상기 장치의 팬 회전 속도에 대한 제어의 예를 나타내는 선도이며,

도 16은 엔진 회전 속도가 3500 rpm으로 일정하게 유지되는 경우에 상기 장치의 팬 회전 속도에 대한 제어의 예를 나타내는 선도이고,

도 17은 엔진 회전 속도가 변화하는 경우에 상기 장치에서 팬 회전 속도를 일정하게 유지하기 위한 제어의 예를 나타내는 선도이며,

도 18은 엔진 회전 속도가 변화하는 경우에 상기 장치에서 팬 회전 속도의 상한값을 유지하기 위한 제어의 예를 나타내는 선도이고,

도 19는 피드백 제어를 행하는 일이 없이 중위의 회전 속도로 상기 장치의 팬 회전 속도를 유지하기 위한 제어의 예를 나타내는 선도이다.

본 발명은 기본적으로 오일 저장고로부터 토오크 전달 챔버로 작동 오일을 공급하는 오일 공급 조절 구멍의 개폐용 밸브 부재가 영구 자석을 이용하는 비여기식 전자석(non-excited electromagnet)에 의해 제어되는 방법을 채용한다. 대체로, 베어링을 통하여 그 단부에 고정된 구동 디스크를 구비한 구동축 본체에 의해 지지되고 지탱되는 케이스와 이 케이스에 부착된 커버로 구성되는 밀봉 하우징의 내부는 오일 공급 조절 구멍을 갖춘 칸막이판에 의해 오일 저장고와 그 내부에 수용된 구동 디스크를 갖춘 토오크 전달 챔버로 분리되고; 댐(dam)과 이 댐에 인접하여 토오크 전달 챔버로부터 오일 저장고로의 연통을 이루는 순환 채널이 회전 중에 오일이 수집되는 구동 디스크의 외측 둘레 벽과 마주보는 밀봉 하우징의 내측 둘레 벽의 일부에 형성되며; 구동 측과 피동 측에 의해 정해지는 토오크 전달 간극에서 오일의 유효 접촉 표면을 증감함으로써 구동 측으로부터 피동 측으로의 회전 토오크의 전달을 제어하도록 오일 공급 조절 구멍을 개폐하는 밸브 부재가 오일 저장고에 마련되는 팬 커플링 장치로서, 밀봉 하우징의 오일 저장고에 배치된 영구 자석을 이용하는 비여기식 전자석이 베어링을 통하여 회전축 본체 주위에 지지되어 전자석으로 밸브 부재를 가동하고, 이로써 오일 공급 조절 구멍의 개폐를 조절하는 메커니즘이 제공되는 것을 특징으로 팬 커플링 장치가 마련된다.

본 발명은 또한 복수 개의 오일 공급 조절 구멍이 마련되고, 각각의 오일 공급 조절 구멍에 대해 밸브 부재가 마련되는 이중 밸브 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.

영구 자석은 밀봉 하우징 또는 전자석 또는 이들 양자에 부착될 수 있다. 밸브 부재는 판 스프링과 자석편에 의해 구성될 수 있고, 코일 스프링과 자석편으로도 구성될 수 있다. 또한, 본 발명은 케이스가 비자성 소재로 만들어질 수 있는 것도 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 영구 자석을 이용한 비여기식 전자석을 이용하여 오일 공급 구멍의 개폐를 제어하는 시스템을 채용하는, 밸브 부재의 개폐를 제어용 메커니즘의 원리는 통상의 비여기식 가동 밸브의 원리와 동일하다. 이 원리에 따르면, 영구 자석에 의해 생성되는 자계의 방향과 반대 방향으로 자계가 발생하도록 전자석에 전류를 인가하는 경우에, 영구 자석의 자계는 상쇄되어 영구 자석의 인력이 절멸되는데, 이로써 스프링의 작용을 통하여 칸막이판에 대하여 밸브 부재를 압박함으로써 오일 공급 조절 구멍이 폐쇄되고, 스프링에 반하여 영구 자석을 향하여 밸브 부재를 끌어당기도록 전자석을 오프(off)시킴으로써 오일 공급 조절 구멍을 개방하는 메커니즘이 제공된다.

영구 자석에 의해 생성되는 자계의 방향과 동일 방향으로 자계를 생성하도록전자석에 전류를 인가함으로써, 영구 자석의 인력과 전자석의 인력의 상승적인 효과의 결과로서 오일 공급 구멍이 순간적으로 개방될 수 있다.

따라서, 개방/폐쇄 제어 메커니즘을 이용함으로써, 전기 시스템의 고장으로 인하여 전자석이 오프되는 경우에도 칸막이판에 마련된 오일 공급 조절 구멍이 개방 상태로 유지되는 상태 또는 "안전 보장" 상태를 유지할 수 있게 되고, 이로써 작동 오일이 순환되어 팬 커플링 장치는 팬이 계속 회전되게 유지되게 해주고, 과열에 기인한 엔진의 손상이 방지될 수 있게 해준다.

이중 밸브 구조를 형성하도록 복수 개의 오일 공급 조절 구멍이 마련되는 경우에, 각각의 밸브가 단계적으로 개폐되도록 전자석을 여기시키는 전류의 강도는 단계적으로 변화할 수 있고, 이로써 팬의 회전 속도를 단계적으로 증가시키거나 속도 증가율을 변화시킬 수 있게 된다.

케이스는 자기 플러스의 누설이 방지되도록 비자기 소재로 만들어진다. 케이스를 철로 만드는 경우에는 케이스의 일부는 자기 플러스의 누설을 방지하도록 절단되고, 이 부분은 밀봉제로 밀봉된다.

제시된 실시예에서, 부호 1은 구동축을 나타내고, 부호 2는 밀봉 하우징을 나타내며, 부호 2-1은 케이스를 나타내고, 부호 2-2는 커버를 나타내며, 부호 3은 구동 디스크를 나타내고, 부호 4는 칸막이판을 나타내고, 부호 5는 오일 저장고를 나타내며, 부호 6은 토오크 전달 챔버를 나타내고, 부호 7은 오일 공급 조절 구멍을 나타내고, 부호 8은 순환 채널을 나타내며, 부호 9는 밸브 부재를 나타내고, 부호 9-1은 판 스프링을 나타내며, 부호 9-2와 19-2는 자석편을 나타내고, 부호 10은영구 자석을 나타내고, 부호 11은 전자석을 나타내며, 부호 12는 전자석 지지체를 나타내고, 부호 13과 14는 베어링을 나타내며, 부호 15는 댐을 나타내고, 부호 19-1은 코일 스프링을 나타내는 것이다.

도 1에 도시된 외부 제어식 팬 커플링 장치(단일 밸브 구조)에서, 케이스(2-1)와 커버(2-2)로 이루어지는 밀봉 하우징(2)은 베어링(13)을 통하여 회전축 본체(구동축)(1) 둘레에 지지되어 있고, 구동축(1)은 회전을 위하여 구동부(엔진)에 의해 구동되며; 밀봉 하우징(2)의 내부는 오일 공급 조절 구멍(7)을 갖춘 칸막이 판(4)에 의해 오일 저장고(5)와 토오크 전달 챔버(6)로 분리되어 있고; 회전축 본체(1)의 단부에 고정된 구동 디스크(3)는, 디스크와 토오크 전달 챔버의 내측 둘레 표면 사이에 토오크 전달 간극이 형성되도록 토오크 전달 챔버(6)에 수용되어 있다.

오일 공급 조절 구멍(7)을 개폐하는 밸브 부재(9)는 판 스프링(9-1)과 자석편(9-2)으로 이루어져 있고, 판 스프링(9-1)으로 칸막이 판(4)에 마련된 오일 공급 조절 구멍(7)을 개폐하는 메커니즘을 갖추고 있는데, 판 스프링(9-1)은 오일 저장고(5)의 기저부에서 그 내벽에 고정되어 칸막이 판(4)으로 힘을 지속적으로 인가한다.

밀봉 하우징(2)의 구동부 측에는 전자석(11)이 전자석 지지체(12)에 지지되어 있는데, 이 지지체는 베어링(14)을 통하여 회전축 본체(1)에 의해 지지 및 지탱되어 있고, 전자석(11)과 쌍을 이루는 영구 자석(10)이 밸브 부재(9)와 마주보는 관계로 케이스(2-1)의 외측 표면에 부착되어 있다. 부호 11-1은 링 형상의 자석소재를 나타낸다. 즉, 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계의 방향과 반대 방향으로 자계를 생성하도록 전류가 전자석(11)에 인가되는 경우, 영구 자석(10)의 자계는 상쇄된다. 그 결과, 영구 자석(10)의 인력은 소실되고, 밸브 부재(9)는 판 스프링(9-1)의 작용에 의해 칸막이 판(4)에 대해 압박되어 오일 공급 조절 구멍(7)을 폐쇄한다. 전자석(11)이 오프로 절환되거나 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계의 방향과 동일 방향으로 자계를 생성하도록 전자석(11)에 전류가 인가되는 경우에, 밸브 부재(9)는 판 스프링(9-1)에 반하여 영구 자석(10)을 향하여 끌어당겨져 오일 공급 조절 구멍(7)이 개방된다.

전술한 구성을 갖춘 팬 커플링 장치에서, 전자석(11)이 오프로 절환되거나 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계의 방향과 동일 방향으로 자계를 생성하도록 전자석(11)에 전류가 인가되는 경우에, 영구 자석(10)의 작용의 결과로서 밸브 부재(9)의 자석편(9-2)이 판 스프링(9-1)에 반하여 끌어당겨져, 도 3a에 도시된 바와 같이 오일 공급 조절 구멍(7)이 개방되어 이 개방 상태를 유지하게 된다. 그 결과, 오일 저장고(5)의 오일은 칸막이 판(4)상의 오일 공급 조절 구멍(7)을 통하여 토오크 전달 챔버(6)로 공급된다. 토오크 전달 챔버(6)로 공급된 오일은 구동 디스크(3)의 구동 토오크를 케이스(2-1)로 전달하여 케이스에 부착된 냉각 팬(도시하지 않음)의 회전 속도가 증가된다.

영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계의 방향과 반대 방향으로 자계를 생성하도록 전자석(11)에 전류가 인가되는 경우에, 영구 자석(10)과 전자석(11)의 자계가 서로 상쇄되어 영구 자석(10)의 인력이 소실되므로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 밸브 부재(9)는 판 스프링(9-1)의 힘에 의해 칸막이 판(4)에 대하여 압박되어 오일 공급 조절 구멍(7)이 폐쇄되고 이 폐쇄 상태가 유지된다. 그 결과, 오일 저장고(5)로부터 토오크 전달 챔버(6)로의 오일 공급이 중지되고, 토오크 전달 챔버(6)의 오일은 댐(15)에 의해 순환 채널(8)을 통하여 오일 저장고(5)로 복귀되는데, 이로써 토오크 전달률이 감소되고 케이스(2-1)의 회전 속도가 감소되어 냉각 팬의 속도가 감소된다.

도 4 내지 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예를 참조하면, 도 4에 도시된 팬 커플링 장치는, 전자석(11)을 이용하여 밸브 부재(9)를 작동함으로써 오일 공급 조절 구멍(7)의 개폐를 제어하는 메커니즘에 밸브 부재(9)의 개폐와 개폐 상태의 유지에 조력하도록 칸막이 판(4)에 부착되고 오일 공급 구멍(20-1)을 갖춘 영구 자석(20)이 포함되는 구성을 취하고 있다. 이 경우, 영구 자석(20)의 인력은 전자석(11)과 결합된 영구 자석(10)의 인력보다 작다.

이러한 팬 커플링 장치에서, 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계의 방향과 반대 방향으로 자계를 생성하도록 전자석(11)에 전류가 인가되는 경우에, 영구 자석(10)과 전자석(11)의 자계는 전술한 바와 같이 서로 상쇄되어 영구 자석(10)의 인력이 소실된다. 그 결과, 밸브 부재(9)는 판 스프링(9-1)의 힘에 의해 칸막이 판(4)에 대하여 압박되어 오일 공급 조절 구멍(7)을 폐쇄하고, 이와 동시에 판 스프링(9-1)은 칸막이 판(4)에 마련된 영구 자석(20)에 의해 끌어당겨지고, 이로써 오일 공급 조절 구멍(7)이 증진된 신뢰성을 가지고 폐쇄되며, 이 폐쇄 상태의 유지가 조력될 수 있게 된다. 전자석(11)이 오프로 절환되거나 영구 자석(10)에 의해생성되는 자계와 동일 방향으로 자계가 생성되도록 전자석(11)에 전류가 인가되는 경우에, 밸브 부재(9)의 자석편(9-2)은 케이스(2-1)에 마련된 영구 자석(10)의 작용에 의해 영구 자석(20)의 인력에 반하여 끌어당겨져 오일 공급 조절 구멍(7)을 개방하게 된다.

도 5에 도시된 팬 커플링 장치에서, 밸브 부재(19)는 칸막이 판(4)에 마련된 오일 공급 조절 구멍(7)을 개폐하는 수단으로서 코일 스프링(19-1)과 자석편(19-2)으로 형성되어 있다. 이 경우, 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계와 반대 방향으로 자계를 생성하도록 전자석(11)에 전류가 인가되면, 영구 자석(10)과 전자석(11)의 자계는 전술한 바와 같이 서로 상쇄되어 영구 자석(10)의 인력이 소실된다. 그 결과, 자석편(19-2)은 코일 스프링(19-1)의 작용에 의해 칸막이 판(4)에 대하여 압박되어 오일 공급 조절 구멍(7)을 폐쇄하게 된다. 전자석(11)이 오프로 절환되거나, 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계의 방향과 동일 방향으로 자계가 생성되도록 전자석(11)에 전류가 인가되면, 밸브 부재(9)의 자석편(19-2)은 영구 자석(10)의 작용에 의해 코일 스프링(19-1)에 반하여 끌어당겨져 오일 공급 조절 구멍(7)이 개방된다.

도 6에 도시된 팬 커플링 장치는, 영구 자석(10)이 전자석(11)과 동일 측에 마련된 예를 나타내고 있다. 이 경우, 영구 자석(10)과 전자석(11)은 일체로 전자석 지지체(12)에 부착되어 있다. 이러한 구성에서, 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계와 반대 방향으로 자계가 발생하도록 전자석(11)에 전류가 인가되면, 영구 자석(10)과 전자석(11)의 자계는 서로 상쇄되어 도 1에 도시된 구성에서와 마찬가지 방식으로 영구 자석(10)의 인력이 소실된다. 그 결과, 자석편(9-2)은 판 스프링(9-1)의 작용에 의해 칸막이 판(4)에 대하여 압박되어 오일 공급 조절 구멍(7)이 폐쇄된다. 전자석(11)이 오프로 절환되거나 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계와 동일 방향으로 자계가 생성되도록 전자석(11)에 전류가 인가되면, 밸브 부재(9)의 자석편(9-2)은 영구 자석(10)의 작용에 의해 판 스프링(9-1)에 반하여 끌어당겨져 오일 공급 조절 구멍(7)이 개방된다.

도 7에 도시된 팬 커플링 장치는 링 형상 구조 대신에 블록형 구조를 갖추고 그 폭이 링 형상 자석 소재(11-1)와 유사한 자석체(21)가 밀봉 하우징(2)의 케이스(2-1)에 마련되어 있는 예를 나타내고 있다. 자석체(21)는 구동축(1, 도 1 참조) 둘레에서 케이스(2-1)의 후면에 마련될 수도 있다. 이 경우, 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계와 반대 방향으로 자계가 생성되도록 전자석(11)에 전류가 인가되면, 영구 자석(10)과 전자석(11)의 자계는 서로 상쇄되어 영구 자석(10)의 인력이 소실된다. 그 결과, 자석편(9-2)은 판 스프링(9-1)의 작용에 의해 칸막이 판(4)에 대하여 압박되어 오일 공급 조절 구멍(7)이 폐쇄된다. 전자석(11)이 오프로 절환되거나 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계와 동일 방향으로 자계가 생성되도록 전자석(11)에 전류가 인가되면, 밸브 부재(9)의 자석편(9-2)은 영구 자석(10)의 작용에 의해 판 스프링(9-1)에 반하여 끌어당겨져 오일 공급 조절 구멍(7)이 개방된다.

도 8 및 도 10의 팬 커플링 장치는, 2조의 오일 공급 조절 구멍(7, 7-1, 7-2)과 밸브 부재(9) 및 이 오일 공급 조절 구멍(7, 7-1, 7-2)의 개폐 조절용으로 각각 밸브 부재(9)와 영구 자석(10)으로 이루어지는 2조의 메커니즘이 마련된다는 점을 제외하고는 도 1의 단일 밸브 구조의 팬 커플링 장치와 구조상 동일하다.

특히, 도 8의 이중 밸브 구조를 갖춘 팬 커플링 장치에는 2개의 오일 공급 조절 구멍(7)이 칸막이 판(4)에서 직선의 직경 상에 마련되어 있다. 2개의 오일 공급 조절 구멍(7)은 칸막이 판(4)의 중심으로부터 그 반경 방향으로 상이한 거리에 마련되어 있다. 도 10의 이중 밸브 구조를 갖춘 팬 커플링 장치에서는 상이한 직경의 오일 공급 조절 구멍(7-1, 7-2)이 칸막이 판(4)에, 바람직하게는 그 직선의 반경 상에 마련되어 있다.

각각의 오일 공급 조절 구멍(7, 7-1, 7-2)에는 판 스프링(9-1)과 자석편(9-2)으로 이루어지는 밸브 부재(9)가 갖추어져 있는데, 이는 판 스프링(9-1)을 이용하여 각각의 오일 공급 조절 구멍(7, 7-1, 7-2)을 개폐하는 메커니즘으로 제공하는 역할을 하는데, 판 스프링은 오일 저장고(5)의 기저부에서 그 내벽에 고정되어 칸막이 판(4)을 향하여 힘이 지속적으로 인가된다. 각각의 밸브 부재(9)와 관련하여, 밀봉 하우징(2)의 구동부 측에 마련된 전자석(11)과 쌍을 이루는 영구 자석(10)은 밸브 부재(9)와 마주보는 관계로 케이스(2-1)의 외측 표면에 부착되어 있다. 부호 11-1은 링 형상의 자석 소재를 나타내는 것이다.

전술한 구성을 갖춘 도 8 및 도 10에 도시된 이중 밸브 구조의 팬 커플링 장치는, 전자석(11)이 오프로 절환되거나 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계와 동일 방향으로 자계가 생성되도록 전자석(11)에 전류가 인가되면, 밸브 부재(9)의 자석편(9-2)이 영구 자석(10)의 작용에 의해 판 스프링(9-1)에 반하여 끌어당겨져 오일 공급 조절 구멍(7, 7-1, 7-2)이 개방되어 이 개방 상태로 유지된다는 점에서 도 1에 도시된 단일 밸브 구조의 팬 커플링 장치와 유사하다. 그 결과, 오일 저장고(5)의 오일은 칸막이 판(4)의 오일 공급 조절 구멍(7, 7-1, 7-2)을 통하여 토오크 전달 챔버(6)로 공급된다. 토오크 전달 챔버(6)에 공급된 오일은 구동 디스크(3)의 구동 토오크를 케이스(2-1)로 전달하여 케이스에 부착된 냉각 팬(도시하지 않음)의 회전 속도가 증가된다. 반면, 영구 자석(10)에 의해 생성되는 자계의 방향과 반대 방향으로 자계를 생성하도록 전자석(11)에 전류가 인가되면, 영구 자석(10)과 전자석(11)의 자계가 서로 상쇄되어 영구 자석(10)의 인력이 소실된다. 그 결과, 밸브 부재(9)는 판 스프링(9-1)의 힘에 의해 칸막이 판(4)에 대하여 압박되어 오일 공급 조절 구멍(7)이 폐쇄되고 이 폐쇄 상태가 유지된다. 이에 따라 오일 저장고(5)로부터 토오크 전달 챔버(6)로의 오일 공급이 중지되고, 댐(15)의 존재로 인하여 토오크 전달 챔버(6)의 오일은 순환 채널(8)을 통하여 오일 저장고(5)로 복귀되므로, 토오크 전달률이 감소하여 케이스(2-1)의 회전 속도가 낮아지고, 이로써 냉각 팬의 속도가 줄어들게 된다.

따라서 이중 밸브 구조를 갖춘 팬 커플링 장치의 각각의 밸브가 전자석(11)의 여기를 통하여 개폐되고, 각 밸브에 대해 단계적으로 전자석(11)을 여기시키는 전류의 크기를 변화시킴으로써 2개의 밸브가 단계적으로 개폐될 수 있다. 특히, 도 9a, 도 9b, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 도 1에 도시된 단일 밸브 구조를 갖춘 팬 커플링 장치에서 전자석(11)을 여기시키는 전류 크기의 증가는 냉각 팬의 회전 속도를 실선으로 나타낸 바와 같이 예정된 회전 속도로 뛰어오르게 하는 반면,도 8에 도시된 이중 밸브 구조를 갖춘 팬 커플링 장치의 경우에는 전자석(11)을 단계적으로 여기시키도록 전류의 크기를 변화시키거나 전원의 극성(양극 또는 음극)을 변화시킴으로써 각각의 밸브가 단계적으로 개폐될 수 있다. 그 결과, 냉각 팬의 회전 속도는 도 9b에서 점선으로 나타낸 바와 같이 예정된 회전 속도로 단계적으로 증가될 수 있다. 따라서, 이중 밸브 구조를 갖춘 팬 커플링 장치는 팬 회전 속도가 다양한 모드로 제어될 수 있게 해준다.

도 10에 도시된 이중 밸브 구조를 갖춘 팬 커플링 장치의 경우에는 전자석(11)을 단계적으로 여기시키도록 전류의 크기를 변화시키거나 전원의 극성(양극 또는 음극)을 변화시킴으로써 상이한 직경의 밸브들의 하나 또는 모두가 동시에 개폐되어 공급되는 오일의 양을 조절하고, 이로써 도 11a 및 도 11b에서 점선으로 나타낸 바와 같이 팬 회전 속도의 증가율을 변화시킬 수 있게 된다[(도 11a는 도 10의 오일 공급 조절 구멍(7-1)만이 개방되는 경우에 달성되는 증가율을 나타내고, 도 11b는 도 10의 오일 공급 조절 구멍(7-1, 7-2)이 개방되는 경우에 달성되는 증가율을 나타낸다].

이하, 이중 밸브 구조를 갖춘 전술한 팬 커플링 장치에서 밸브 개방/폐쇄 제어 시스템의 작용과 효과에 대해 상세히 설명한다.

중간 회전과 정상 회전에 대하여 반경 방향으로 상이한 거리의 2개의 밸브를 마련함으로써, <1> 3단계의 회전 속도(도 12a), <2> 중위의 속도(도 12b) 및 <3> 임의의 회전 속도(도 12c)를 얻도록 제어가 이루어질 수 있다. 중간 회전은 중간 회전용 밸브만을 개방함으로써 얻을 수 있고, 중간 회전으로부터 정상 회전으로의연속적인 천이는 정상 회전을 달성하도록 2개의 밸브, 즉 중간 회전용과 정상 회전용 밸브를 개방함으로써 달성될 수 있다.

<1> 3단계의 달성을 위한 제어

도 12a에 도시된 바와 같이, 하나의 전자석으로의 단일 지령을 갖는 제어 신호를 인가함으로써 3가지 안정 패턴의 회전을 달성하도록 제어가 이루어질 수 있다. 특히, 2개 밸브의 개방과 폐쇄는 3가지 전압 패턴, 즉 0 V(오프), +12 V(온) 및 -12 V(온)를 절환하여 제어됨으로써, 3개의 안정된 패턴의 회전, 즉 정상 회전(2개의 밸브를 개방하도록 +12 V의 전압이 인가됨), 중간 회전(중간 회전용 밸브만을 개방하도록 0 V의 전압이 인가됨) 및 오프 회전(2개의 밸브를 폐쇄하도록 -12 V의 전압이 인가됨)을 달성하도록 팬 회전이 제어될 수 있다.

<2> 중위의 회전 속도를 얻기 위한 제어

도 12b에 도시된 바와 같이, 오프 회전과 중간 회전 사이에 자리하는 중위의 회전 속도(이는 중간 회전용 밸브만을 개폐하도록 제어하여 달성됨) 및 중간 회전과 정상 회전 사이에 자리하는 중위의 회전 속도(이는 중간 회전용 밸브를 완전히 개방한 상태에서 정상 회전용 밸브를 폐쇄하도록 제어하여 달성됨)를 달성하도록 팬 회전 속도를 제어하기 위하여, 2개의 밸브는 예정된 (주로 펄스 폭인) 부가율로 전환될 수 있다.

<3> 임의의 회전 속도를 얻기 위한 제어

도 12c에 도시된 바와 같이, 구동축(회전 부분)과 전자석(고정 부분)의 상대적인 회전 속도 간의 차이는 자기 픽업(magnetic pickup) 등을 이용하여 측정될 수있다. 따라서, 특정 회전 속도가 오프 회전과 중간 회전 사이에 자리하는 경우에 중간 회전용 밸브만을 개폐하고, 특정 회전 속도가 중간 회전과 정상 회전 사이에 자리하는 경우에 중간 회전용 밸브를 완전히 개방한 상태에서 정상 회전용 밸브를 개폐함으로써, 회전 속도의 피드백에 의해 회전 속도가 회전될 수 있다.

도 13은 3 단계 제어 시스템이 사용되는 팬 회전에 대한 제어의 예를 나타내고 있다. 3 단계의 전압 패턴, 즉 0 V(오프), +12 V(온) 및 -12 V(온)를 절환하여 2개의 밸브의 개폐가 조절되는데, 이로써 구동축의 회전 속도는 일정하게 둔 채, 오프 회전으로부터 중간 회전으로, 중간 회전으로부터 정상 회전으로, 정상 회전으로부터 중간 회전으로, 중간 회전으로부터 오프 회전으로, 오프 회전으로부터 정상 회전으로, 정상 회전으로부터 오프 회전으로의 천이를 달성하는 안정된 제어를 가능하게 된다.

도 14에 도시된 바와 같이 아이들링(idling) 중에 팬 회전이 정상 상태에 있는 경우에, 밸브를 폐쇄하여 오프 상태로 강제될지라도 가속 중에 팬의 공주(free running)가 일어날 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 이중 밸브 구조는 이하의 방법을 이용하여 공주가 방지되게 한다.

(1)중간 회전용 밸브만이 반경 방향으로 디스크의 외측에 마련된 경우, 과도한 오일이 공급되는 일이 없으므로, 가속 중에 공주 없이 중간 회전이 유지될 수 있다.

(2) 아이들링 중에 중간 상태가 유지된다면, 가속 시에 밸브의 폐쇄에 의해 팬 회전이 순간적으로 오프로 절환될 수 있으므로, 가속 중의 공주가 방지될 수 있다.

또한, 팬 회전 속도의 피드백을 제공함으로써 특정되는 바와 같은 임의의 회전 속도를 얻도록 팬 회전 속도는 밸브의 개폐에 의해 제어될 수 있다(임의의 회전 속도를 얻기 위한 제어).

즉, 이중 밸브 구조는 서로 분리되어 있는 중간 회전용 밸브 및 정상 회전용 밸브를 갖추고 있으므로, 특정 회전이 오프 회전과 중간 회전 사이에 있는 경우에 중간 회전용 밸브를 개폐하고, 특정 회전이 중간 회전과 정상 회전 사이에 있는 경우에 (중간 회전용 밸브는 완전히 개방한 상태에서) 정상 회전용 밸브를 개폐함으로써 팬 회전 속도가 제어된다. 이 경우에, 각각의 밸브는 별개의 제어 범위를 갖추고 있으므로, 탐색의 폭은 회전 속도가 단일 밸브로 제어되는 경우의 폭보다 작다. 임의의 회전 속도를 달성하기 위한 그러한 제어는 이하의 장점이 있다.

(1) 엔진의 회전 속도는 일정(3000 rpm)하게 유지하면서, 오프 상태로부터 정상 상태로 그리고 정상 상태로부터 오프 상태로의 어떠한 회전 속도로도 팬 회전이 제어 및 조절될 수 있다(도 15 및 도 16 참조).

(2) 엔진 회전 속도가 변화하는 동안에 팬 회전 속도가 항상 일정한 값(예컨대 1000 rpm)으로 유지될 수 있다(도 17 참조).

(3) 엔진 회전 속도가 변화하는 동안에 팬 회전 속도가 상한값(예컨대 2000 rpm)으로 유지될 수 있다(도 18 참조).

(4) 팬 회전 속도의 피드백 없이 오프 회전과 중간 회전 사이 및 중간 회전과 정상 회전 사이의 회전 속도가 밸브의 개폐에 의해 어떠한 부가율에 대해서도유지될 수 있다(도 19 참조).

오일 저장고 근처에 중간 회전용 밸브를 두는 일본 특허 공보 제2000-74098호에 기재된 기법을 이용함으로써 더욱 안정된 제어가 달성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 외부 제어식 팬 커플링 장치는 전자석과 영구 자석의 조합을 이용하여 오일 공급 조절 구멍을 개폐하는 밸브 부재용 제어 시스템을 채용한다. 그 결과, 전기 시스템의 고장에 따라 전자석이 오프로 절환되는 경우에도, 칸막이 판(4)에 마련된 오일 공급 조절 구멍이 개방 상태로 유지되므로 엔진의 손상(과열)이 방지되도록 작동 오일이 여전히 순환한다는 점에서 작용상의 안전성을 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한, 구동 디스크와 밀봉 하우징 사이의 토오크 전달 간극으로의 오일의 공급이 구동 측의 구동 조건에 따라 신속하고 정확하게 제어될 수 있으며, 구동 디스크의 구동 토오크는 항상 최적의 전달 상태로 피동 측으로 전달될 수 있다. 따라서, 냉각 팬의 회전 속도는 다양한 구동 조건에 따라 제어될 수 있으므로, 팬으로부터의 소음을 줄이고 연료 소비율을 개선할 수 있다.

Claims

외부 제어식 팬 커플링 장치로서, 베어링을 통하여 그 단부에 구동 디스크가 고정된 회전축 본체에 의해 지지되고 지탱되는 케이스와 이 케이스에 부착된 커버로 구성되는 밀봉 하우징의 내부는 오일 공급 조절 구멍을 갖춘 칸막이판에 의해 오일 저장고 및 그 내부에 상기 구동 디스크를 갖춘 토오크 전달 챔버로 분리되고; 댐(dam)과 이 댐에 인접하여 상기 토오크 전달 챔버로부터 상기 오일 저장고로의 연통을 이루는 순환 채널이 회전 중에 오일이 수집되는 상기 구동 디스크의 외측 둘레 벽과 마주보는 밀봉 하우징의 내측 둘레 벽의 일부에 형성되며; 구동 측과 피동 측에 의해 정해지는 토오크 전달 간극에서 오일의 유효 접촉 표면을 증감함으로써 구동 측으로부터 피동 측으로의 회전 토오크의 전달을 제어하도록 상기 오일 공급 조절 구멍을 개폐하는 밸브 부재가 상기 오일 저장고에 마련되고, 상기 밀봉 하우징의 상기 오일 저장고에 배치된 영구 자석을 이용하는 비여기식 전자석이 베어링을 통하여 상기 회전축 본체 주위에 지지되어 상기 전자석으로 밸브 부재를 가동함으로써, 상기 오일 공급 조절 구멍의 개폐를 조절하는 메커니즘을 제공하는 것인 팬 커플링 장치.
제1항에 있어서, 상기 영구 자석은 상기 밀봉 하우징 또는 전자석 또는 이들 양자에 부착되는 것인 외부 제어식 팬 커플링 장치.
제1항에 있어서, 상기 밸브 부재는 판 스프링과 자석편 또는 코일 스프링과 자석편으로 이루어지는 것인 외부 제어식 팬 커플링 장치.
제1항에 있어서, 상기 케이스는 비자성 소재로 만들어지는 것인 외부 제어식 팬 커플링 장치.
제1항에 있어서, 이중 밸브 구조로서, 복수 개의 오일 공급 조절 구멍이 마련되고 각각의 오일 공급 조절 구멍에 대해 상기 밸브 부재와 상기 비여기식 전자석이 마련되는 것인 외부 제어식 팬 커플링 장치.