KR20090030327A - 유체 커플링 장치용 전자기 차동 속도 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

유체 커플링 장치(10)용 속도 감시 시스템(6)은 허브(44) 및 환형 자석(220)을 포함한다. 상기 허브(44)는 유체로 맞물림 가능한 입력 부재의 입력 클러치 속도에 비례하는 제1 속도로 회전한다. 상기 환형 자석(220)은 유체로 맞물림 가능한 출력 부재의 출력 클러치 속도에 비례하는 제2 속도로 회전한다. 자기 센서(232)는 상기 제1 속도에 대응하여 상기 환형 자석(220)의 차동 속도 신호를 발생시킨다. 제어기(54)는 상기 차동 속도 신호에 응답하여 상기 제2 속도를 가리키는 실제 속도 신호를 발생시킨다.

유체 커플링 장치, 속도, 감시, 자석, 센서, 신호

Description

유체 커플링 장치용 전자기 차동 속도 제어 시스템{ELECTROMAGNETIC DIFFERENTIAL SPEED CONTROL SYSTEM FOR A FLUID COUPLING DEVICE}

본 발명은 일반적으로 클러치 장치들, 유체 커플링 장치들, 및 팬 드라이브 시스템들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 유체 커플링 장치의 속도 및 작동을 전자적으로 정확하게 제어하기 위한 기술에 관한 것이다.

본 발명은 점성 타입 및 비점성 타입을 포함하는 타입의 클러치 장치들에 관한 것이다.

본 발명은 다양한 형태들 및 적용들을 가지는 클러치 장치들에서 유익하게 사용될 수 있지만, 내연 엔진의 라디에이터 냉각 팬을 구동시키기 위해 사용되는 타입의 유체 커플링 장치에서 특히 유익하며, 이와 관련하여 설명될 것이다.

주로 그들의 사용이 엔진 마력의 상다안 절약을 가져오기 때문에, 점성 전단형(viscous shear type)의 유체 커플링 장치들(“팬 드라이브들”)이 엔진 냉각 팬들을 구동시키기 위해 오랫동안 널리 보급되었다. 상기 일반적인 유체 커플링 장치는 오직 냉각이 필요할 때에만 맞물려서, 상대적으로 더 높은 속도 조건에서 작동하며, 냉각이 거의 혹은 전혀 필요로 하지 않을 때에 맞물림이 해제되어, 상대적으로 더 낮은 속도 조건에서 작동한다. 현재는, 더 엄격한 연료 절약 및 소음 제어 요건들을 만족시키기 위해서, 전기적으로 작동되는 점성 팬 드라이브들이 흔히 사용되는데, 그 이유는 차량의 엔진 컴퓨터에 의해 결정된, 주어진 팬 속도로 출력을 제어하기 위해 상기 드라이브들이 맞물린 모드, 부분적으로 맞물린 모드, 및 맞물림이 해제된 모드의 사이에서 정확하게 제어될 수 있기 때문이다.

현재의 전기적으로 작동되는 점성 팬 드라이브들은 상기 팬 드라이브의 정면 또는 배면에 설치된 액추에이터를 가진다. 두 경우들에서, 상기 액추에이터들은 볼 베어링을 통해서 상기 드라이브들에 설치되며 고정되어 결합된 전선들이 상기 엔진의 고정된 위치, 보호판, 또는 몇몇 다른 적당한 위치에 결속된다. 정면 설치 액추에이터들을 위한 결속선의 길이는 커다란 팬 어플리케이션들에 대한 제한 요소가 된다. 배면 설치 액추에이터들을 위한 축방향 결속선의 길이는 협소한 패키지 어플리케이션들에서 이와 같은 사용을 제한한다. 정면 및 배면 설치 설계들의 둘 모두를 위한 내구성은 베어링 수명 및 결속선 수명에 달려있다. 결속선이 없는 팬 드라이브는 요구되는 팬 드라이브 성능 특성들을 유지하면서 내구성을 개선시키며 가격을 더 낮게 할 것이다.

상기 정면 설치 전기 액추에이터 설계는 대형 트럭 및 대형 버스 어플리케이션들에 사용되는 공기 작동 점성 팬 드라이브들에 대한 개량이다. 정면 작동 점성 팬 드라이브들은, 특히, 경 부하 내지 중간 부하 어플리케이션들을 위해, 오늘날 여전히 활발하게 사용하고 있다. 상기 팬 드라이브들은 최소의 축방향 길이를 가지며 배면 작동 팬 드라이브들보다 저렴하다. 그러나, 상기 팬 클러치가 워터 펌프에 의해 구동되는 몇몇 경 부하 가스 엔진 어플리케이션들에서, 어떤 공진 문제들이 여전히 존재할 수 있다.

내구성은 결속선을 가지지 않은 공기 온-오프 마찰 클러치들에 사용상의 변화를 유발하는 보다 높은 연료 절약 요구 사항들 및 결속선에서 문제가 된다. 몇몇 배면 설치 전기 액추에이터들은 정면 설치 방식의 액추에이터들과 관련된 잠재적인 결속선의 내구성 문제들을 감소시키기 위해서 그리고 소비자들에게 상기 팬 드라이브 및 관련된 결속선의 보다 쉬운 설치를 제공하기 위해서 개발되었다.

산업의 요구 사항들의 끊임없는 증가와 함께 제어가 개선된, 가변 속도 또는 적어도 다중 속도 팬 드라이브들에 대한 요청이 발생했다. 더구나, 개선된 냉각 및 엔진 성능을 위해 팬 드라이브 클러치의 입력 및 출력 속도들을 검출해서 정확하게 측정하려는 욕구가 있다. 따라서, 개선된 폐루프 제어를 위해 유체 커플링 장치의 속도를 감시하는 개선된 기술의 필요가 존재한다.

본 발명은 공지된 팬 드라이브들에 대한 개량이며 상기 드라이브들의 불리한 점들을 최소화하거나 극복하는 것이다.

본 발명의 일 실시예는 허브 및 환형 자석을 포함하는 유체 커플링 장치를 위한 속도 감시 시스템을 제공한다. 상기 허브는 유체로 맞물림 가능한 입력 부재의 입력 클러치 속도에 비례하는 제1 속도로 회전한다. 상기 환형 자석은 유체로 맞물림 가능한 출력 부재의 출력 클러치 속도에 비례하는 제2 속도로 회전한다. 자기 센서는 상기 제1 속도에 대응하여 상기 환형 자석의 차동 속도 신호를 발생시킨다. 제어기는 상기 차동 속도 신호에 반응하여 상기 제2 속도를 가리키는 실제 속도 신호를 발생시킨다.

본 발명의 다른 실시예는 상기의 감시 시스템의 그것과 유사한 허브, 환형 자석, 및 자기 센서를 포함하는 유체 커플링 장치를 위한 작동 제어 시스템을 제공한다. 또한 상기 제어 시스템은 유체로 상호 맞물림 가능하며 작동 챔버를 형성하는 입력 부재 및 출력 부재를 포함한다. 밸브는 상기 작동 챔버와 유체로 소통하고 있다. 제어기는 상기 자기 센서에 의해 발생된 상기 차동 속도 신호에 반응하여 상기 출력 부재와 상기 입력 부재의 맞물림을 제어한다.

본 발명은 점성 및 비점성 타입들을 포함하는, 모든 타입들의 클러치들에 적합하다. 본 발명의 실시예들은 몇 가지 이점들을 제공한다. 하나의 그와 같은 이점은 입력 부재의 속도에 대응하여 출력 부재의 차동 속도를 감시하기 위해 사용되는 전자기 회로를 가지는 속도 감시 시스템의 사용이다. 상기 속도 감시 시스템은 상기 출력 부재의 실제 출력 속도를 결정하기 위해 사용될 수 있는, 상기 유체 커플링 장치의 클러치 출력 및 클러치 입력 사이의 속도 차이를 측정하는 속도 센서를 가진다.

본 발명은 주어진 엔진 입력 속도에 출력 속도를 조정하는 메커니즘들의 보다 정확한 제어를 가능하게 하며 주어진 엔진 작동 조건 또는 차량 상태를 위해 엔진에 제어 가능한 냉각을 제공한다. 이는 연료 절약 및 배기 감소에 대한 개선들을 포함하는, 여러 면에서 엔진 작동 성능을 개선시킨다. 또한 본 발명은 클러치 커플링 장치들 및 차량 엔진 제어에 공통인 몇 가지 구성요소들을 사용하여 이와 같은 제어를 제공한다.

첨부된 도면들 및 첨가된 청구항들에 따라 볼 때, 본 발명의 다른 특징들, 이익들 및 이점들은 뒤따르는 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체 커플링 장치를 위한 유체 커플링 작동 감시 및 제어 시스템의 단면, 개략, 및 블록도이며;

도 2A는 도 1의 상기 유체 커플링 장치에 관한 전자기 클러치 속도 감시 시스템의 확대 단면도이며;

도 2B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 커플링 장치에 관한 전자기 클러치 속도 감시 시스템의 확대 단면도이며;

도 3은 도 2A의 상기 클러치 속도 감시 시스템의 환형 자석 및 자기 전도 허브 사이의 자기 커플링 관계를 설명하는 측면 사시도이며;

도 4는 도 1의 상기 유체 커플링 장치의 가동 제어를 위한 상기 자기 전도 허브 및 전기자 어셈블리 사이의 자기 커플링 관계를 설명하는 사시도이며;

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유체 커플링 장치의 맞물림을 제어하는 방법을 설명하는 논리 흐름도이다.

다음의 도면들에서 동일한 참조 번호들이 동일한 구성요소들을 가리키기 위해 사용될 것이다. 본 발명은 점성 및 비점성 드라이브 클러치 장치들 둘 모두에 관한 것이며 둘 모두에 사용될 수 있다. 본 발명이 다양한 형태들 및 적용들을 가지는 클러치 장치들에 유익하게 사용될 수 있지만, 내연 엔진의 라디에이터 냉각 팬을 구동시키기 위해 사용되는 타입의 전자 제어 유체 커플링 장치에서 특히 유익하다. 단순화를 위해 본 발명의 상기 전자 제어 유체 커플링 장치가 냉각 팬과 관련하여 설명될 것이지만, 본 발명은 이런 사용들 및 구조들에 제한되지 않는다는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 아래에 설명되는 본 발명의 특징들의 상이한 조합들을 가지거나, 여기에 설명된 것들과 다른 특징들을 가지거나, 심지어 이런 특징들 중의 하나 또는 그 이상이 부족한, 여러 가지의 다른 실시예들이 고려된다. 이와 같이, 본 발명은 여러 가지의 다른 적당한 방식들로 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

다음의 설명에서, 여러 가지의 작동 매개변수들 및 구성요소들이 하나의 조립된 실시예에 대해 설명된다. 상기 특정의 매개변수들 및 구성요소들은 예들로서 포함된 것이며 제한하기 위해 의도된 것이 아니다.

이제 도 1, 2A, 및 2B를 참조하면, 상기 전자 제어 유체 커플링 장치(10)는 팬 드라이브 어셈블리(5)를 전자적으로 및 자기적으로 감시하며 제어하는 유체 커플링 작동 감시 및 제어 시스템(4)을 포함한다. 상기 제어 시스템(4)은 전자기 클러치 속도 감시 시스템(6) 및 팬 드라이브 가동 회로(8)를 포함한다. 상기 속도 감시 시스템(6)은, 일반적으로, 상기 유체 커플링 장치(10)의 출력 속도를 감시하는데 이용된다. 보다 구체적으로, 상기 속도 감시 시스템(6)은 회전 입력 허브(44)의 속도에 대응하여, 출력축(20)에 장착되는 팬 임펠러들(도시되지 않음)을 가질 수도 있는, 상기 출력축(20)의 속도를 감시하기 위해 사용된다. 상기 허브(44)는, 도시된 바와 같이, 풀리(38) 및 벨트(70)가 보여지는 풀리 및 벨트 시스템(11)에 의해 구동될 수 있다. 상기 팬 드라이브 회로(8)는 상기 속도 감시 시스템(6)으로부터 받은 상기 차동 속도 출력 신호들과 상기 허브(44)의 공지된 입력 속도에 반응하여 상기 팬 드라이브 어셈블리(5)를 맞무는데 이용된다. 상기 팬 드라이브 어셈블리(5)는 워터 펌프 어셈블리(9)에 기계적으로 연결되며 설치된다.

도 2 및 3을 참조하면, 상기 클러치 속도 감시 시스템(6)이 도시된다. 상기 클러치 속도 감시 시스템(6)은 상기 허브(44)를 통과하는 자속 변화를 감시하는 고정된 자기 센서(232)를 포함한다. 상기 허브(44)의 자극편들(214) 내부에 있는 환형 자석(220)의 회전에 의해 상기 허브(44)를 통과하는 자속이 발생되며 변경된다. 상기 환형 자석(220)에 의해 발생된 자속의 교대 방향들은, 상기 자기 센서(232)에 의해 측정된 바와 같이, 상기 출력축(20)과 상기 허브(44) 사이의 차동 속도에 직접적으로 비례한다. 제어기(54)는 상기 자기 센서(232)에 연결되며 자속의 변화를 감시하기 위해 사용된다.

상기 환형 자석(220)의 회전에 의해 발생된 자속은 자기적으로 전도성이 있는 상기 허브(44)를 통과해서 콘센트레이터(concentrator, 234)까지 통과하며 그 다음에 상기 자기 센서(232)까지 통과한다. 전자기 차동 속도 자속 루프를 완성하기 위해서, 상기 자속이 상기 자기 센서(232)로부터 와셔(208)까지 통과하고, 축(204)을 통과해서, 상기 환형 자석(220)으로 되돌아 온다. 상기 와셔(208)는 상기 자기 센서(232)에 인접한 펌프축(56) 위에 있다. 상기 차동 속도 자속 루프는 일반적으로 자속 루프(237)로 나타내어진다. 공극들(217, 224, 236, 238)이 각각 고정 부분 및 이동 부분들의 사이에, 그리고 상이한 속도들로 이동하는 부분들 사 이에 상기 자속 루프(237)를 따라 존재한다.

상기 풀리(38), 상기 허브(44), 영역(72), 및 커버(30)는 입력 부재들로 고려될 수 있다. 상기 입력 부재들은 주어진 입력 클러치 속도로 회전한다. 상기 출력축(20), 로터(26), 인서트(216), 및 상기 환형 자석(220)은 출력 부재들로 고려될 수 있다. 상기 출력 부재들은 제어되는 출력 클러치 속도로 회전한다.

상기 자기 센서(232)는 고정된 하우징(58) 일부의 내부에 설치된다. 상기 콘센트레이터(234)는, 도시된 바와 같이, 상기 하우징(58)에 장착될 수 있으며 상기 허브(44)의 나사산이 형성된 중심부(202)로부터 상기 자기 센서(232)까지 자속의 선들을 집중시키기 위해 사용된다. 상기 자기 센서(232) 및 상기 콘센트레이터(234)는 상기 와셔(208)와 상기 허브(44)의 사이에 그들을 통과하는 자속 흐름을 검출하기 위해 배치되며, 허브 어댑터(62)의 외부에 있다. 보여지는 바와 같이, 상기 자기 센서(232)는 상기 허브(44)를 통과하는 자속 흐름을 측정한다. 상기 자기 센서(232) 및 상기 콘센트레이터는, 상기 허브(44)를 통과하는 자속 흐름을 받아서 측정하도록 하는 것으로 도시되지만, 상기 와셔(208) 또는 다른 자속 경로 구성요소까지 또는 상기 와셔(208) 또는 다른 자속 경로 구성요소를 통과하는 자속 흐름을 받아들이기 위해 회전될 수 있거나 다시 배향될 수 있다. 예를 들어, 상기 자기 센서(232)는 90°회전될 수 있으며, 상기 와셔의 단부들(209)은, 도 2B에 보여지는 바와 같이 상기 와셔(208’), 상기 단부들(209’), 상기 자기 센서(232’), 및 상기 변경된 자속 루프(237’)에 의해, 상기 허브 어댑터(62)를 지나서 상기 환형 자석(220)을 향해 연장되도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 자기 센서(232)는 상 기 와셔(208)으로의 또는 이를 통과하는 자속 흐름을 검출한다. 상기 자기 센서(232) 및 상기 콘센트레이터(234)는 상기 제어기(54) 및 전원(55)에 각각 전기적으로 연결된다. 상기 자기 센서(232)는 홀 효과 센서, 홀 효과 스위칭 또는 래칭 센서(a hall effect switching or latching sensor), 자기 픽업 센서(magnetic pick-up sensor), 유도 센서(inductive sensor), 또는 본 기술분야에서 공지된 몇몇 다른 형식의 센서의 형태일 수 있다. 상기 허브(44), 상기 펌프축(56), 및 상기 와셔(208)는 철을 함유하거나 자기적으로 전도성이 있는 재질들로 형성되며, 이에 반하여 상기 허브 어댑터(62)는 비금속 또는 비철 재료(들)로 형성된다.

상기 허브(44)는 내측 자극편들(214), 및 외측 자극편들(215)을 가진다. 상기 자극편들(214, 215)은 상기 자기 센서(232)에 대응하여 입력 속도로 회전한다. 상기 내측 자극편들(214)는 원형 어깨부(219)로부터 반경방향으로 내측을 향해 연장된다. 상기 외측 자극편들(215)은 상기 어깨부(219)로부터 반경방향으로 외측을 향해 연장된다. 상기 자극편들(214)은 반경방향 자극들(221, 223)에서 상기 허브(44)의 상기 원통형의 나사산이 형성된 중심부(202)로 자속을 소통시킨다. 상기 외측 자극편들(215)은 아래에서 보다 상세히 설명되는 상기 유체 커플링 장치의 맞물림에 사용된다.

상기 환형 자석(220)은 고정된 자기 센서(232)에 대응하여 출력 속도로 회전한다. 상기 환형 자석(220)은 상기 변하는 반경방향 자극들(221, 223)을 가지며 상기 인서트(216)의 반경방향 외부면(222)에 장착된다. 상기 인서트(216)는 상기 출력축(20)과 함께 회전하는, 상기 워터 펌프축(56)의 중앙 돌기(218)에 지지되어 회 전한다. 상기 자극들(221, 223)은 자성을 띨 수도 있으며 철자성의 재료들을 함유할 수도 있는, 각각 번갈아 나타나는 재료 부분들(225)과 연관된다. 상기 번갈아 나타나는 재료 부분들(225)은 상기 번갈아 나타나는 자극들(221, 223)을 제공하기 위해 영구 자석화될 수도 있거나 자장의 도입으로 자석화될 수도 있다. 예를 들어, 코일 또는 몇몇 다른 자장 발생 장치(도시되지 않음)는 자장을 발생시킬 수 있으며 전류가 상기 번갈아 나타나는 재료 부분들(225)를 통해 흘러서 상기 부분들을 자석화시키게 한다. 다른 실시예에서 전류는 상기 번갈아 나타나는 재료 부분들(225)을 대전시키기 위해 상기 환형 자석(220)에 직접적으로 공급된다. 상기 환형 자석(220)이 연속하는 재료의 환상(ring-shaped) 구조의 형태로 보여지지만, 본 기술분야에서 숙련된 사람은 다른 형태들이 사용될 수도 있다는 것을 쉽사리 인지할 것이라는 것에 주목할 필요가 있다. 상기 환형 자석(220)은 이의 이빨들 또는 돌기들(도시되지 않음)이 양극으로 또는 음극으로 대전되도록 노치로 형성될 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 모든 다른 재료 부분은 존재하지 않는다. 여기서 상기 환형 자석(220)의 형태와 상기 환형 자석(220) 및 상기 자기 센서(232)의 작동 조합은 단지 예시를 목적으로 제공되며; 다른 형태들 및 작동 조합들이 이용될 수도 있다.

상기 제어기(54)는 중앙처리장치, 메모리(RAM 및/또는 ROM), 그리고 관련된 입력 및 출력 버스들을 가지는 컴퓨터와 같은 것을 바탕으로 하는 마이크로프로세서일 수 있다. 상기 제어기(54)는 어플리케이션 특유의 집적 회로들일 수 있거나 본 기술분야에서 공지된 다른 논리 장치들 및 회로들로 형성될 수 있다. 상기 제어기(54)는 중앙 차량 주 제어 유닛의 일부분 또는 전원 공급장치를 가지는 제어 회 로일 수 있으며, 단일의 통합된 제어기에 결합되거나, 상기 유체 커플링 장치(10)의 위에 또는 이에 떨어져 있거나, 상기 팬 드라이브 어셈블리(5)의 위에 또는 이에 떨어져 위치되고, 독립형 제어기일 수 있거나, 다수의 제어기들의 조합일 수 있다.

상기 공극들(217, 224, 236, 238)은 이동 및 비이동 부분들 사이의 분리를 제공한다. 상기 공극(217)은 상기 환형 자석(220) 및 상기 허브(44)에 의해 한정되며 그 사이에 있다. 상기 공극(224)은 상기 워터 펌프축(56)의 단부(226) 및 상기 인서트(216)의 각 내측면(228)에 의해 한정되며 그 사이에 있다. 상기 공극(236)은 상기 와셔(208) 및 상기 자기 센서(232)에 의해 한정되며 그 사이에 있다. 상기 공극(238)은 상기 중심부(202)의 단부(240) 및 상기 콘센트레이터(234)에 의해 한정되며 그 사이에 있다.

상기 허브(44), 상기 펌프축(56), 상기 와셔(208), 상기 돌기(218), 및 상기 인서트(216)는 다양한 재료들 및 재료의 조합들로 형성된다. 상기 허브(44), 상기 펌프축(56), 상기 와셔(208), 상기 돌기(218), 및 상기 인서트(216)는 강철 또는 본 기술분야에서 공지된 다른 전도성이 있는 적당한 재료와 같이, 금속성 또는 철을 함유하는 재료로 형성된다.

이제 도 1, 3 및 4를 참조하면, 상기 팬 드라이브 어셈블리(5)는 상기 출력축(20)에 설치되는 몸체(22), 주입구(29)를 가지는 저장 플레이트(28), 및 부착된 밸브 암(33)을 가지는 전기자 밸브 어셈블리(32)를 포함한다. 상기 주입구(29)와 결합하는 상기 전기자 밸브 어셈블리(32)는 작동 챔버(45)로 흐르는 유체의 양을 제어하기 위해 사용되는 밸브로서 작동한다. 상기 출력축(20)은 베어링 부재(24)에 의해 상기 몸체(22)에 회전 가능하게 설치된다. 도시되지는 않았지만, 상기 출력축(20)은 팬 블레이드들을 가지는 팬에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 출력축(20)의 회전은 라디에이터 또는 다른 엔진 구성요소들을, 원하는 대로, 냉각시키도록 상기 팬을 회전시킨다. 상기 로터(26)는 상기 출력축(20)에 장착되며 상기 커버(30)와 맞물림 가능하다. 또한 상기 팬 드라이브 어셈블리(5)는 상기 커버(30)를 회전시키는, 상기 풀리(38) 및 상기 허브(44)를 포함한다. 상기 몸체(22) 및 상기 커버(30)는 열 분산을 위해 그 외주를 따라 핀들(fins)을 가진다.

상기 가동 회로(8)는 상기 고정된 워터 펌프 어셈블리(9)에 장착된 하우징(50)에 설치되는 코일(48)을 포함한다. 상기 코일(48)은 상기 제어기(54) 및 상기 전원(55)과 전기적으로 연결되는 와이어 하네스(wire harness, 52)를 가지며 상기 하우징(50) 또는 다른 곳에 설치될 수 있다. 상기 제어기(54)는 엔진 및 차량의 작동 및 상태 조건들에 대해서 차량/엔진 센서들(57)로부터 전기 신호들을 받는다. 아래에서 보다 상세하게 설명되는 방식으로 상기 유체 커플링 장치(10)로부터 출력을 제어하기 위해 상기 제어기(54)는 상기 와이어 하네스(52)를 통해서 상기 코일(48)에 전류를 보내도록 상기 전원(55)을 제어하기 위해 상기 신호들을 해석한다. 상기 코일(48)은 상기 풀리(38), 상기 허브(44), 상기 하우징(50), 돌출부들(90), 및 상기 풀리(38)와 상기 돌출부들(90)의 사이(일반적으로 공극(91)을 가리키는) 및 상기 허브(44)와 상기 하우징(50)의 사이(일반적으로 공극(93)을 가리키는)와 같은, 그 사이에 있는 어느 공극들을 통과하는, 제2 또는 맞물림 자속 루 프(49)를 발생시킨다.

상기 워터 펌프 어셈블리(9)는 크랭크축 풀리 시스템에 의해 구동되는 엔진 설치 워터 펌프 어셈블리로서 도 1에 보여진다. 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 상기 워터 펌프 어셈블리(9)는 독립형 브래킷-풀리 어셈블리(stand-alone bracket-pulley assembly)일 수 있다. 상기 워터 펌프 어셈블리(9)는 볼트들 또는 다른 고정구들(도시되지 않음)을 사용하는 설치 구멍들(60)을 통해서 상기 크랭크축 풀리(도시되지 않음)의 근처에 있는 엔진 블록에 직접적으로 설치되는 고정된 하우징(58)의 내부에 설치된 베어링인 중심 회전 워터 펌프축(56)으로 이루어져 있다.

상기 워터 펌프축(56)은 상기 엔진을 냉각시키는 엔진 냉각 시스템의 내부로 엔진 냉각수 흐름을 제어하기 위해 사용되는 복수개의 임펠러들(도시되지 않음)에 연결된다. 상기 풀리(38)는 상기 허브(44)를 통해서 상기 워터 펌프축(56)의 상기 나사산이 형성된 비전도성 어댑터(62)에 연결된다. 상기 어댑터(62)는 플라스틱 또는 다른 공지된 적당한 재료나 재료의 조합과 같은, 비철 재료로부터 형성될 수 있다. 상기 워터 펌프축(56)은 상기 출력축(20)에 있는 상기 임펠러들을 구동시키기 위해서 그리고 상기 엔진에 냉각수 흐름을 제공하기 위해서 상기 풀리(38)와 동일한 회전 속도로 회전한다.

상기 엔진구동 풀리(38)는 상기 커버(30)와 상기 허브(44)의 사이에 위치되며 볼트들(84)에 의해 고정된다. 상기 풀리(38)는 개스킷들 또는 이와 유사한 것(도시되지 않음)을 이용하여 밀봉된다. 상기 볼트들(84)이 아닌 고정구들이 이용될 수 있으며, 상기 고정구들의 일 예는 리벳들이다. 상기 풀리(38)는 벨트(70)를 통 해서 상기 엔진 크랭크축에 연결된다. 상기 풀리(38)는 상기 크랭크축 및 벨트(70)를 통해 상기 풀리(38)에 전달된 것과 같은 상기 엔진 작동 속도에 의해 결정되는 입력 속도로 상기 커버(30)를 회전시킨다.

상기 커버(30)는 다이캐스트 알루미늄 부품의 형태일 수도 있으며 상기 몸체(22)의 외주(74) 둘레를 감싸게 형성되는, 덮는 영역(72)을 가진다. 또한 상기 몸체(22)는 알루미늄 또는 다른 적당한 재료로 형성될 수 있다. 따라서 상기 몸체(22)는 상기 커버(30)와 동일한 회전 속도로 회전한다. 가리키는 바와 같이, 상기 출력축(20)은 상기 몸체(22)의 내부에 회전 가능하게 설치되며 상기 로터(26)에 설치된다. 상기 로터(26)의 둘레에 있으며 상기 커버(30) 및 몸체(22)에 의해 경계가 그어지는 공간의 체적은 일정량의 점성 유체(도시되지 않음)로 채워진, 유체 챔버(43)를 한정한다. 상기 커버(30) 및 저장 플레이트(28)는 상기 주입구(29)를 통해 상기 유체 챔버(43)에 연결되는 유체 저장조(41)를 한정한다. 상기 유체 저장조(41)와 유체 챔버(43) 사이의 유체의 흐름을 제어하도록, 상기 암(33)은 상기 전기 코일(48)에 가해지는 가동 전류에 따라, 상기 주입구(29)를 덮거나 열게 된다. 물론, 여기에 개시된 것과는 다른 기술들이 상기 암(33)의 동작을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 게다가, 상기 유체 챔버(43)는 상기 로터(26), 몸체(22), 및 커버(30)의 사이에 한정되는, 작동 챔버(45)와 유체로 소통되고 있다. 상기 커버(30)의 회전 속도와 함께, 상기 작동 챔버(45)에 수용할 수 있는 점성 유체의 양은 상기 로터(26) 및 상기 출력축(20)에 전달되는 토크를 결정한다. 즉, 상기 토크 응답은 상기 작동 챔버(45)의 내부의 점성 전단의 결과이다.

또한 상기 로터(26)는 상기 작동 챔버(45)에서 상기 저장조(41)까지 점성 유체를 반송하는 배출 챔버(27)를 포함한다. 상기 작동 챔버(45)의 반경방향 외주에 인접하게 배치되는 것은 상기 작동 챔버(45)에서 회전하는 상기 유체를 맞물리기 위해 작동 가능하며 상대적으로 더 높은 유체 압력의 국부적인 영역을 발생시키는, 또한 “와이퍼” 요소(25)로서 언급되는, 펌핑 요소(25)이다. 그 결과로, 상기 펌핑 요소(25)는, 본 기술분야에서 잘 알려진 방식으로, 상기 배출 챔버(27)을 통해 상기 작동 챔버(45)에서 상기 저장조(41)로 되돌아가도록 작은 양의 유체를 끊임없이 펌핑한다.

도 2 및 3에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 상기 허브(44)의 상기 중심부(202)는 상기 어댑터(62)를 통해 상기 워터 펌프축(56)의 상기 축(204)에 연결된다. 상기 와셔(208)는 상기 축(204)의 둘레와 상기 워터 펌프축(56)의 어깨부(210) 및 상기 어댑터(62)의 단부(212) 사이에 위치된다.

이제 도 1 및 4를 참조하면, 상기 허브(44)는 중앙 홈부(233) 및 이에 관통되는 내측 구멍(235)을 가진다. 상기 허브(44)는 상기 중앙 돌기(218)의 위에 슬라이딩되며 상기 중앙 홈부(233)의 내부에 배치되는 전도성 부재(231)를 통해 상기 중앙 돌기(218)에 연결된다.

상기 전기자 어셈블리(32)는 중심 영역(92)에 수직으로 연장된 일련의 이빨과 유사하거나 잎과 유사한 돌출부들(90)을 가진다. 상기 중심 영역(92)은 상기 전도성 부재(231)와 그에 따른 상기 중앙 돌기(218)의 둘레에 상기 전기자 어셈블리(32)를 배치하기 위해 사용되는 비전도성 부싱(239)이 들어 있는 중심 구멍(94) 을 가진다. 조립될 때에, 상기 돌출부들(90)은 상기 각각의 자극편들(215)과 약간 겹쳐진다. 비틀림 스프링(도시되지 않음)이 상기 어셈블리(32)에 연결되며 미리 맞춰진 위치에서 상기 돌출부들(90)을 유지시키며, 상기 돌출부들(90)은 상기 각각의 자극편들(215)과 정렬되지 않는다.

자기화가 되면, 상기 어셈블리(32)는 상기 돌출부들(90)을 상기 자극편들(215)과 정렬시키기 위해 회전한다. 상기 어셈블리(32)의 회전은 상기 연결된 밸브 암(33)을 회전시켜서 상기 주입구(29)를 덮는다. 이는 상기 작동 챔버(45)로 점성 유체가 흐르는 것을 방지한다. 상기 작동 챔버(45)의 내부에 있는 점성 유체의 감소는 상기 로터(26) 및 상기 출력축(20)을 구동시키기 위해 상기 작동 챔버(45)의 내부에 있는 점성 유체의 전단을 최소화한다. 그러므로, 상기 출력축(20)에 연결된 팬은 요구되는 범위 안에 있는 냉각 조건들을 초래하기 위해 이 조건에서 더 느리게 회전할 것이다.

상기 밸브 암(33)은 상기 전기자 밸브 어셈블리(32)의 상기 중심 영역(92)에 연결되며 상기 저장 플레이트(28)를 향해 연장된다. 상기 밸브 암(33)은 그의 자유단부에서 외팔보와 같이 돌출되어 있다. 상기 밸브 암(33)은 상기 주입구(29)를 덮거나 열기 위해서 상기 어셈블리(32)와 회전한다. 자기화되지 않은 상태(전류가 상기 코일(48)을 통해 흐르지 않는 상태)에서, 상기 비틀림 스프링(31)은 제1 위치에서 상기 어셈블리(32) 및 밸브 암(33)을 유지하며, 상기 주입구(29)는 열리고 덮이지 않는다. 상기 코일(48)에 흐르는 전류가 없는 경우에 유체가 상기 유체 저장조(41)에서 상기 유체 챔버(43)까지 상기 주입구(29)를 통해서 흐를 수 있기 때문 에, 상기 위치는 “비상안전장치 켜짐(failsafe on)”알려져 있다. 이는 장착된 엔진의 과열을 방지하도록 심지어 전기적인 가동이 없는 경우에도 냉각 기류를 제공하기 위해 상기 로터(26) 및 상기 커버(30)를 맞물린 상태에 유지한다.

이제 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 유체 커플링 장치의 맞물림을 제어하는 방법을 설명하는 논리 흐름도가 보여진다. 다음의 단계들은 위의 도 1 내지 4의 실시예들에 대해 주로 설명되지만, 상기 단계들은 본 발명의 다른 실시예들에 적용하기 위해 쉽게 변경될 수 있다.

단계(300)에서, 위에서 설명된 하나 또는 그 이상의 상기 입력 부재들과 같은, 유체로 맞물릴 수 있는 입력 부재는 입력 클러치 속도와 대체로 같거나 비례하는 속도로 회전된다.

단계(302)에서, 상기 환형 자석(220)과 같은, 환형 자석은 유체로 맞물림 가능한 출력 부재의 출력 클러치 속도와 대체로 같거나 비례하는 자석 회전 속도로 회전된다. 상기 유체로 맞물림 가능한 출력 부재는 위에서 설명된 하나 또는 그 이상의 상기 출력 부재들을 포함할 수 있다.

단계(304)에서, 상기 자기 센서(232)와 같은, 자기 센서는 상기 측정된 차동 속도의 제어기에 보내지는 전기 차동 출력 속도 신호를 발생시킨다. 상기 제어기는 상기 제어기(54)일 수 있다. 상기 차동 속도 신호는 상기 출력 부재의 속도에 대응하는 상기 환형 자석의 속도를 가리킨다.

단계(306)에서, 상기 제어기는 상기 차동 속도 신호에 대응하여 상기 출력 부재의 실제 속도 신호를 발생시킨다. 상기 제어기는 상기 출력 부재의 실제 속도 를 결정하기 위해 상기 출력 클러치 속도로부터 상기 차동 속도 신호를 뺀다. 상기 입력 클러치 속도는 본 기술분야에서 공지된 것으로서, 예를 들어, 풀리 비(pulley ratio)의 지식을 통해서 결정될 수 있다.

단계(308)에서, 상기 제어기는 상기 실제 속도에 대응하여 상기 입력 부재와 상기 출력 부재의 맞물림을 제어한다. 상기 차량 센서들(57)과 같은 다른 센서들의 측정들과 함께, 상기 계산된 실제 출력 속도는 상기 코일에 공급되는 전류의 양을 결정한다. 상기 제어기는 엔진 온도, 연료 절약, 배기들 또는 상기 엔진의 성능에 영향을 끼치는 다른 엔진 작동 조건들에 관한 다양한 엔진 작동 조건들을 감시하는 상기 여러 가지의 차량 센서들로부터 일련의 전기적인 입력들을 받는다. 예를 들어, 상기 차량 센서들 중의 하나는 엔진 설치 냉각수 센서 또는 에어컨에 설치된 압력 센서일 수 있다.

상기 코일에 공급되는 전류의 양은 상기 전기자 어셈블리(32), 상기 밸브 암(33), 및 상기 주입구(29)에 의해 제공되는 상기 밸브와 같은, 밸브의 회전 또는 개방에 비례한다. 상기 전원(55)과 같은, 상기 제어기 및/또는 전원으로부터 공급되는 전력의 양은 상기 밸브의 상대 위치를 제어하기 위해 이용할 수 있는 자속의 양에 비례한다. 상기 코일에 공급되는 전류는 펄스 폭 변조될 수 있다. 상기 밸브 제어는 상기 출력축(20)과 같은, 출력축의 속도를 제어해서, 엔진의 라디에이터 내부에 있는 유체를 냉각하기 위해 이에 부착된 팬 블레이드들의 속도를 제어하기 위해 사용될 수 있다.

상기 제어기는 주어진 엔진 속도에 대해 요구되는 엔진 작동 범위를 결정하 는 저장된 참조표(look-up table)을 가질 수 있다. 상기 제어기가 하나 또는 그 이상의 상기 차량 센서들이 요구되는 작동 범위 밖에 있는 조건들을 검출하는 중이라고 판단할 때, 상기 제어기는 상기 코일(48)을 가동시킨다. 따라서, 예를 들어, 만약 상기 제어기가 상기 엔진 온도 또는 상기 엔진 냉각수 온도가 너무 낮다고 판단하면, 요구되는 펄스 폭을 가지는 신호가 상기 코일을 가동시키기 위해 상기 제어기에서 상기 전원으로 보내질 수 있다. 유사하게, 만약 상기 제어기가 하나 또는 그 이상의 상기 센서들로부터 상기 엔진 온도 또는 상기 엔진 냉각수 온도가 미리 결정된 값 이상이라고 판단한다면, 코일을 가동시키기 위한 신호는 상기 제어기로부터 보내지지 않는다. 따라서 상기 값은 유체 저장조에서 유체 작동 또는 작용 챔버로 최대 유체 흐름을 허용하는 디폴트 개방(default open) 또는 열린 위치에서 유지된다. 이는 로터 또는 출력축의 작동을 위한 높은 토크 응답과 높은 수준의 냉각을 제공한다.

상기 위에서 설명된 단계들은 단지 예시들을 설명하기 위해 의도된 것이며; 상기 단계들은 순차적으로, 동조하여, 동시에, 또는 상기 어플리케이션에 따라 상이한 순서로 수행될 수 있다. 단계(306)가 생략될 수 있으며 단계(308)에서 상기 제어들은 차동 속도에 근거를 둘 수도 있다는 것에 주목할 필요가 있다.

클러치 특성들에 근거를 둔 근사치뿐만 아니라, 주어진 엔진 입력 속도에서 로터의 실제 출력 속도를 결정함으로써, 엔진에 대한 냉각 요건들의 보다 정확한 제어가 실현될 수 있다. 이는 상기 엔진이 요구되는 작동 온도 범위로 더욱 정확하게 유지되는 것을 허용한다. 또한 이는, 예를 들어, 개선된 연료 절약 및 감소된 배기들을 포함하는 많은 측정 가능한 엔진 시스템 매개변수들의 개선된 엔진 성능을 가져온다. 나아가, 상술한 바와 같이, 본 발명의 전자기 차동 속도 센서는 여기에서 설명된 상기 전자 제어 점성 커플링 시스템에 더하여 많은 상이한 타입들의 점성 또는 비점성 타입 클러치 시스템들에 이용될 수 있다.

본 발명이 일 실시예와 관련하여 설명되지만, 본 발명이 상기 실시예에 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 반대로, 첨부된 청구항들의 정신과 범위 안에 포함되는 한, 본 발명은 모든 대안들, 변형들, 및 균등물들을 포함한다.

Claims (20)

1. 유체로 맞물림 가능한 입력 부재의 입력 클러치 속도에 비례하는 제1 속도로 회전하는 허브;

   유체로 맞물림 가능한 출력 부재의 출력 클러치 속도에 비례하는 제2 속도로 회전하는 환형 자석;

   상기 환형 자석에 연결되며 상기 제1 속도에 대응하여 상기 환형 자석의 차동 속도 신호를 발생시키는 자기 센서; 및

   상기 자기 센서에 전기적으로 연결되며, 상기 차동 속도 신호에 응답하여 상기 제2 속도를 가리키는 실제 속도 신호를 발생시키는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 커플링 장치용 속도 감시 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 허브는 워터 펌프 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 환형 자석은 복수개의 번갈아 나타나는 재료 부분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 환형 자석은 복수개의 번갈아 나타나는 자석 부분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 환형 자석은 관련된 자극들을 가지는 복수개의 번갈아 나타나는 부분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 자기 센서는 적어도 하나의 홀 효과 센서, 홀 효과 스위칭 센서, 래칭 센서, 자기 픽업 센서, 및 유도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제2 속도는 상기 출력 클러치 속도와 대체로 같은 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제2 속도는 팬 속도와 대체로 같은 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제1항에 있어서,

   상기 자기 센서에 연결되며 상기 자기 센서를 통해 자속을 유도하는 콘센트 레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
10. 입력 부재;

    상기 입력 부재와 유체로 맞물림 가능하며 상기 입력 부재와 작동 챔버를 형성하는 출력 부재;

    상기 입력 부재의 입력 클러치 속도에 비례하는 제1 속도로 회전하는 허브;

    상기 출력 부재의 출력 클러치 속도에 비례하는 제2 속도로 회전하는 환형 자석;

    상기 환형 자석에 연결되며, 상기 제1 속도에 대응하여 상기 환형 자석의 차동 속도 신호를 발생시키는 자기 센서;

    상기 작동 챔버와 유체로 소통하는 밸브; 및

    상기 자기 센서 및 상기 밸브에 전기적으로 연결되며, 상기 차동 속도 신호에 응답하여 상기 출력 부재와 상기 입력 부재의 맞물림을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 커플링 장치용 작동 제어 시스템.
11. 제10항에 있어서,

    상기 제어기는 상기 차동 속도 신호에 응답하여 상기 제2 속도를 가리키는 실제 속도 신호를 발생시키며 이에 응답하여 상기 맞물림을 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
12. 제10항에 있어서,

    상기 제어기는 상기 실제 속도 신호를 발생시키는 중에 입력 클러치 속도 신호에서 상기 차동 속도 신호를 빼는 것을 특징으로 하는 시스템.
13. 제10항에 있어서,

    상기 제어기는 상기 차동 속도 신호에 응답하여 상기 작동 챔버로 유체 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
14. 제10항에 있어서,

    상기 허브, 상기 환형 자석, 상기 자기 센서, 및 워터 펌프축을 포함하는 자속 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
15. 제10항에 있어서,

    상기 허브의 적어도 일부분을 자기화시키는 코일; 및

    상기 허브에 인접한 전기자 밸브 어셈블리를 포함하고:

    상기 제어기는 상기 맞물림을 제어하는 중에 상기 전기자 밸브 어셈블리를 가동시키며 상기 작동 챔버로 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 코일의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
16. 제15항에 있어서,

    상기 전기자 밸브 어셈블리는 밸브 암을 포함하며, 상기 제어기는 상기 맞물림을 제어하는 중에 상기 작동 챔버의 주입구에 대한 상기 밸브 암의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 시스템.
17. 제10항에 있어서,

    상기 입력 부재 및 상기 출력 부재는 통상 맞물린 디폴트 상태 및 맞물림이 해제된 상태를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
18. 제10항에 있어서,

    차량 매개변수 신호를 발생시키는 적어도 하나의 차량 센서를 더 포함하며, 상기 제어기는 상기 차량 매개변수 신호에 응답하여 상기 맞물림을 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템.
19. 유체로 맞물림 가능한 입력 부재를 입력 클러치 속도로 회전시키는 단계;

    유체로 맞물림 가능한 출력 부재의 출력 클러치 속도에 비례하는 자석 회전 속도로 환형 자석을 회전시키는 단계;

    상기 입력 클러치 속도에 대응하여 상기 환형 자석의 차동 속도 신호를 발생시키는 단계;

    상기 차동 속도 신호에 응답하여 상기 출력 부재의 실제 속도 신호를 발생시키는 단계; 및

    상기 실제 속도 신호에 응답하여 상기 입력 부재와 상기 출력 부재의 맞물림을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 커플링 장치의 맞물림을 제어하는 방법.
20. 제19항에 있어서,

    상기 맞물림을 제어하는 단계는 완전히 맞물림이 해제된 상태와 완전히 맞물린 상태의 사이에 맞물림의 끊임없는 가변성을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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