KR20090059113A - 유도성 가열되는 방풍유리 와이퍼 어셈블리 - Google Patents

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KR20090059113A
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마이클 제이. 보크 Ⅲ
브라이언 엘. 클로티어
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써멀 솔루션스 인코포레이티드
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Abstract

와이퍼 어셈블리가 유도성 가열 부분을 가지는 와이퍼를 포함한다. 또한, 유도성 워크 코일(induction work coil)이 와이퍼의 유도성 가열 부분을 유도성 방식으로 가열하도록 와이퍼 가까이에 배치되는 자기 유도 가열 장치를 포함한다. 와이퍼의 유도성 가열 부분은 와이퍼 블레이드, 블레이드를 지지하는 와이퍼 암, 또는 이들 모두의 내부에 존재할 수 있다. 유도성 워크 코일은 방풍유리나, 와이퍼에 의해 청소되는 다른 표면상에 또는 그 가까이에 배치될 수 있으며, 와이퍼가 위치에 상관없이 또는 특정한 위치(예를 들면, 오므려진 "휴지" 위치)에 있을 때만 와이퍼를 가열하도록 할 수 있다. 또한 와이퍼 어셈블리는 와이퍼의 현재 온도를 감지하는 온도 센서와, 워크 코일의 동작을 제어하기 위해 유도 가열 장치와 연결된 제어 회로를 포함할 수 있다. 유도 가열 장치의 제어 회로는 온도 센서로부터 와이퍼의 현재 온도를 원격으로 판독하고, 특정한 온도 설정 포인트 이하로 와이퍼의 온도가 떨어질 때마다 워크 코일을 자동으로 활성화하며, 다른 온도 설정 포인트 이상으로 와이퍼의 온도가 상승할 때 워크 코일을 비활성화하는 제어기를 포함하는 폐쇄-루프 온도 피드백 제어 시스템을 포함할 수 있다.

Description

유도성 가열되는 방풍유리 와이퍼 어셈블리{Inductively Heated Windshield Wiper Assembly}
본 발명은 자동차 앞유리 와이퍼 및 그 밖의 와이퍼 조립체에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 유도성 가열된 와이퍼 어셈블리에 관한 것이다.
자동차 앞유리 와이퍼 어셈블리(assembly, 조립체)는 종종 그 위 및 방풍 유리에 쌓이는 얼음 및 눈에 의해 (시야가) 차단된다. 또한 낮은 기온은 와이퍼 유체 공급 라인을 종종 얼어붙게 하고, 막히게 하며, 와이퍼 블레이드(blade)를 굳게 하여 잘 휘지 않도록 한다. 이러한 조건 모두는 와이퍼 어셈블리의 효용성을 심하게 감소시키며 차량의 안전한 동작을 방해한다.
자동차 앞유리 와이퍼 어셈블리 및/또는 이의 방풍 유리를 가열하여 위와 같은 문제를 해결하려는 많은 시도가 있어왔다. 그러나, 이러한 시도는 부분적으로만 효과가 있었다. 예를 들어, 종래기술에 따른 하나의 접근법은 차량 엔진 부위나 다른 열원으로부터 가열된 공기를 차량의 방풍유리나 와이퍼 어셈블리에 직접 공급하였다. 그러나 불행히도, 이러한 접근법은 방풍유리나 와이퍼 어셈블리에 도달하기 전에 공기를 적당히 가열하기 위해, 차량의 엔진이 충분히 긴 시간 동안 초과 열을 생성하도록 동작하여야 한다. 따라서, 이러한 방법은 차량이 처음 시동될 때에는 효과적이지 않으며, 엔진이 불필요하게 헛돌게 하고, 방풍유리 및/또는 와이퍼 어셈블리에 가열된 공기를 보내는데 잡음이 심한 팬을 사용하여야 한다. 나아가, 이러한 방법에는 와이퍼 어셈블리의 실제 온도에 따라 가열된 공기의 전달을 자동으로 제어하기 위한 수단이 포함되지 않는다. 따라서, 와이퍼 어셈블리가 덜 가열되거나 과잉 과열되는 결과가 자주 발생한다.
다른 종래 기술에 따른 접근법은 태양 전지와 같은 차량 배터리나 다른 전원에 의해 전력을 공급받아 전기적으로 동작하는 저항성 소자를 이용하여 와이퍼 어셈블리를 방사열로 가열하는 것이다. 불행히도, 이러한 방법은 쉽게 손상될 수 있는 보기 흉한 노출 와이어를 필요로 한다.
따라서, 자동차 앞유리(방풍유리) 와이퍼 어셈블리 및 그 이외의 와이퍼 어셈블리를 가열하는 향상된 수단이 필요하다.
본 발명은 위에 설명한 문제를 해결하고 자동차 앞유리 와이퍼 및 와이퍼 가열 방법 분야의 현저한 발전상을 제시하는 것을 목적으로 한다. 더 구체적으로, 본 발명은 노출 와이어와 잡음이 심한 팬 없이도 와이퍼 어셈블리를 효과적으로 그리고 거의 즉각적으로 가열하는 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예는 또한, 바람직한 범위에서 와이퍼 어셈블리의 온도를 자동으로 유지하는 효과적인 수단을 제공한다. 더 중요하게는, 본 발명의 실시예는 얼음이 방풍유리의 시야를 방해하기 시작한 후에 단순히 와이퍼의 얼음을 제거하는 것이 아닌, 와이퍼의 자동 동결 방지를 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 와이퍼 어셈블리가 유도성 가열 부분을 가지는 와이퍼를 포함한다. 또한, 유도성 워크 코일(induction work coil)이 와이퍼의 유도성 가열 부분을 유도성 방식으로 가열하도록 와이퍼 가까이에 배치되는 자기 유도 가열 장치를 포함한다. 와이퍼의 유도성 가열 부분은 와이퍼 블레이드 고무부분(squeegee), 와이퍼 블레이드에 부착된 프레임, 와이퍼 블레이드 고무부분이 부착된 스플라인(spline), 블레이드를 지지하는 와이퍼 암, 또는 이들 모두의 내부 또는 그 상부에 존재할 수 있다. 유도성 워크 코일은 방풍유리나, 와이퍼에 의해 청소되는 다른 표면상에 또는 그 가까이에 배치될 수 있으며, 와이퍼가 위치에 상관없이 또는 특정한 위치(예를 들면, 오므려진 "휴지" 위치)에 있을 때만 와이퍼를 가열하도록 할 수 있다.
또한 와이퍼 어셈블리는 와이퍼의 현재 온도를 감지하는 온도 센서와, 워크 코일의 동작을 제어하기 위해 유도 가열 장치에 연결된 제어 회로를 포함할 수 있다. 제어 회로는 유도 코일을 활성화하도록 작동되는 간단한 매뉴얼 스위치이거나, 온도 센서로부터 와이퍼의 현재 온도를 읽고, 특정한 온도 설정 포인트(예, 화씨 35도) 이하로 와이퍼의 온도가 떨어질 때마다 워크 코일을 자동으로 활성화하며, 다른 온도 설정 포인트(화씨 50도) 이상으로 와이퍼의 온도가 상승할 때 워크 코일을 비활성화하는 제어기를 포함하는 폐쇄-루프 온도 피드백 제어 시스템을 포함할 수 있다. 추가로, 동작이 습도 및/또는 차량 속도와 같은 다른 얼음-생성 강화 변수를 감지하여 자동으로 시작될 수 있다. 폐쇄-루프 온도 피드백 시스템은 RFID 태그 기술, 마이크로와이어 기술, 임피던스 검출 피드백 기술 또는 와이퍼의 온도에 응답하여 유도성 워크 코일로부터 전력 출력을 제어하는 그 이외의 무선 기술을 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 유도성 가열된 와이퍼 어셈블리이다. 이는 와이퍼와, 와이퍼의 일부와 접촉 상태로 배치된 서셉터 코일(susceptor coil), 그리고 서셉터 코일에 전류를 유도하기 위해 와이퍼에 가까이 배치된 유도성 워크 코일을 가지는 자기 유도 가열 장치를 포함한다. 서셉터 코일은 자체적으로 유도 전류를 변환하여 가열하기 위한 저항성 가열 소자이거나, 유도 전류를 변환하여 가열하기 위한 저항성 소자에 연결될 수 있다. 서셉터 코일은, 워크 코일 필드에 접근시 에너지를 축적하고 서셉터 코일이 워크 코일에 인접하지 않을 때 가열 동작을 하도록 하는 에너지 저장 장치(예, 커패시터 또는 배터리)를 선택적으로 포함할 수 있다. 이전 실시예에서와 같이, 와이퍼 어셈블리는 와이퍼의 전류 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 포함하고, 유도 가열 장치와 그의 워크 코일의 동작을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 제어 회로는 위에 설명한 바와 같이, 간단한 스위치 또는 폐쇄-루프 온도 피드백 제어 시스템일 수 있다.
본 발명의 이러한 또는 다른 중요한 측면이 이하의 상세한 설명에 더 상세히 설명된다.
본 발명이 온전히 이해되고 실질적인 효과를 내기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예(이에 제한되는 것은 아님)를 첨부된 도면을 참조하여, 이하에서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 구성되며, 차량의 방풍유리 또는 다른 표면 상에 설치된, 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 유도성 가열 물질의 존재를 나타내는 빗금 친 부분을 포함하는 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리의 와이퍼 부분을 나타내는 도면이다.
도 3은 유도성 가열 물질의 존재를 나타내는 빗금 친 부분을 포함하는 유도성으로 가열된 와이퍼 다른 부분을 나타내는 도면이다.
도 4는 유도성 가열 물질의 존재를 나타내는 빗금 친 부분을 포함하는 유도성으로 가열된 와이퍼의 다른 부분을 나타내는 도면이다.
도 5는 유도성 가열 물질의 존재를 나타내는 빗금 친 부분을 포함하는 유도성으로 가열된 와이퍼의 다른 부분을 나타내는 도면이다.
도 6은 유도성 워크 코일에 대해 존재 가능한 위치를 나타내는 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리의 일부를 나타내는 도면이다.
도 7은 유도성 워크 코일에 대해 존재 가능한 위치를 나타내는 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리의 일부를 나타내는 도면이다.
도 8은 유도성 워크 코일에 대해 존재 가능한 위치를 나타내는 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리의 일부를 나타내는 도면이다.
도 9는 유도성 워크 코일에 대해 존재 가능한 위치를 나타내는 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리의 일부를 나타내는 도면이다.
도 10은 온도 센서에 대해 존재 가능한 위치를 나타내는 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리의 일부를 나타내는 도면이다.
도 11은 온도 센서에 대해 존재 가능한 다른 위치를 나타내는 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리의 일부를 나타내는 도면이다.
도 12는 온도 센서에 대해 존재 가능한 여러 위치를 나타내는 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리의 일부를 나타내는 도면이다.
도 13은 폐쇄-루프 온도 피드백 제어 시스템을 포함하는 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리의 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 차량 방풍 유리 또는 다른 표면상에 설치되며, 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 도 13에 도시된 유도성으로 가열된 와이퍼 어셈블리의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 에너지 저장 장치를 포함하는 서셉터를 나타내는 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면 및 실시예와 함께 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일부 특징, 이는 명확성을 위해 별개의 실시예의 내용으로 기술되었지만 하나의 실시예에 조합되어 제공될 수도 있다. 역으로, 본 발명의 다양한 특성이, 명확성을 위해 하나의 실시예의 내용으로 설명되었으나, 분리되어 또는 적합한 하위 조합으로 제공될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들은 단지 예시와 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발 명을 설명된 형태로 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 다양한 변화 및 변경을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 또한, 이 명세서의 상세한 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서 정의된다.
위의 도면 특히, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 구성된, 유도성 가열된 와이퍼 어셈블리(10)가 와이퍼 어셈블리에 의해 세척 또는 투명하게 될 방풍유리(12) 또는 다른 표면과 함께 도시된다. 와이퍼 어셈블리(10)가 차량의 방풍유리를 이용하는 용도에 특히 적합하나, 눈이나 얼음이 쌓이기 쉽고, 낮은 온도에서 이용하는 표면이면 어떤 것에도 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 와이퍼 어셈블리(10)의 실시예는 넓은 범위에서 유도성 가열 부분으로 포함하는 와이퍼(14)와, 관련 유도성 워크 코일(16)을 포함하는 자기 유도 가열 장치(18)를 포함한다. 이하에 더 상세히 설명한 바와 같이, 자기 유도 가열 장치(18)와 이의 관련 유도성 워크 코일(16)이 와이퍼(14)의 유도성 가열 부분을 유도적으로 가열하여 와이퍼 상에 또는 그 가까이에 눈이나 얼음이 쌓이는 것을 방지하고, 와이가 얼어붙거나 잘 휘지않게 되는 것을 방지한다. 유도 가열 장치(18) 내의 제어 회로는 유도성 워크 코일(16)로의 전류 출력을 제어한다. 따라서, 와이퍼로 전력이 전달되어 바람직한 온도 범위에서 와이퍼(14)의 온도를 유지하도록 한다.
모든 실시예는 일부 형태의 무선 온도 피드백 솔루션을 이용한다. 사용된 무선 피드백 솔루션의 주요 형태는 RFID 온도 피드백, 마이크로와이어 온도 피드백, 임피던스 검출 피드백 및 Pacholok의 미국 특허 출원 제 11/496,683호("RFID Interrogator/Induction heating system")에 게시된 방법이다. RFID 온도 피드백 시스템은 미국 특허 제 6,320,169호 및 제 6,953,919호에 상세히 기술된다. 마이크로와이어 온도 시스템 및 피드백 제어 시스템에서의 이의 용도가 미국 특허 출원 제 11/619,066호에 상세히 기술된다. 임피던스 검출 피드백 시스템은 미국 특허 제6,232,585호에 상세히 설명된다. 이러한 특허 및 특허 출원은 참조문헌으로 본 출원에 포함된다.
더 자세히 설명하면, 와이퍼(14) 자체는 가장 통상적인 것이며, 와이퍼 블레이드(20) 그리고 표면(12)과 접촉하도록 와이퍼 블레이드를 지지하며 표면 상부에서 와이퍼를 움직이게 하는 와이퍼 암(22)을 포함한다. 와이퍼 블레이드(20)는 고무나 이와 유사한 탄성 물질로 형성되고, 고무 비(squeegee) 역할을 한다. 와이퍼 블레이드(20)는 일반적인 와이퍼 어셈블리로서 금속이나 플라스틱 브라켓 또는 프레임에 의해 와이퍼 암(22)에 의해 지지될 수 있다. 또는 금속 밴드에 블레이드가 부착되는 더 새로운 "브라켓 없는" 디자인 또는 블레이드를 위한 백본(backbone)의 역할을 하는 스플라인(spline)일 수 있다. 브라켓 없는 와이퍼 블레이드의 예로는 Trico 사의 NeoformTM, Bosch 사의 IconTM 및 Anco 사의 ContourTM가 있다. 와이퍼(14)는 통상적인 방식으로 표면(12) 상부의 와이퍼 블레이드(20) 및 와이퍼 암(22)을 이동시키는 관련 지지 구조, 기어 및 모터를 포함할 수 있다. 차량과 함게 사용될 때, 둘 이상의 와이퍼(14)가 제공되고, 와이퍼는 단일 유도성 워크 코일 또는 별개의 워크 코일로 가열될 수 있다.
와이퍼(14)의 유도성 가열 부분이 와이퍼 블레이드(20), 와이퍼 암(22), 금속 밴드 또는 와이퍼 블레이드의 스플라인이나 와이퍼 상의 그 외의 부분에 존재할 수 있다. 예를 들면, 도 2의 빗금 친 부분에 표시된 바와 같이, 전체 와이퍼 블레이드(20)나 이들의 일부분이 유도성 가열 물질로 구성될 수 있다. 이는 방풍유리나 다른 표면(12)을 직접 건드리는 와이퍼의 일부분을 가열하는 결과로 이어진다. 선택적으로, 전체 와이퍼 암(22) 또는 이들의 일부가 도 3의 빗금 친 부분으로 도시된 바와 같이 유도성 가열 물질로 형성될 수 있다. 이는 암(22)을 통과하는 와이퍼 유체 공급 라인(26)이 얼지 않도록 한다. 다른 실시예에서, 와이퍼 블레이드(20)와 와이퍼 암(22) 모두 또는 이들의 다른 부분이 도 4에 도시된 바와 같이 유도성 가열 물질로 형성될 수 있다. 이는 방풍유리를 직접 터치하는 와이퍼의 일부분 및 와이퍼 유체 공급 라인을 포함하는 부분을 직접적으로 터치하는 와이퍼의 일부분 양쪽 모두를 가열한다. 또 다른 실시예에서, 유도성 가열 삽입물(inserts, 26)이 도 5에 도시된 바와 같이 와이퍼 블레이드 내에 주조되거나 이에 부착될 수 있다. 이는 와이퍼 블레이드의 주요 부분이 일반적인 탄성 중합체 물질로 만들어져도 와이퍼 블레이드(20)를 가열할 수 있도록 한다.
이러한 또는 다른 실시예 모두에서, 유도성 가열 부분은 이 출원서에 참조문헌으로 포함된 미국 특허 제6,657,170호에 설명된 바와 같은 물질로 만들어질 수 있다. 이 물질은 그래파이드(graphite), 금속 및 그 외의 열-보존력이 있는 물질을 포함할 수 있다. 이와 다른 물질(가령, 탄성 중합체)이 부가될 수 있으며, 이러한 물질은 보통 방풍유리 와이퍼 블레이드에서 볼 수 있다.
유도성 가열 부분은 또한 "서셉터 코일"로 구성될 수 있으며, 특히 기판 물질(바람직하게는 Kapton, Mylar 등의 고온 폴리머) 상에 프린트된 구리 또는 그래파이트 트레이스(trace)로 구성될 수 있다. 여기서, "서셉터 코일"은 한 쌍의 터미널 코일 끝단을 포함하는 전기적 전도성 물질과, 회로를 완성하도록 터미널 끝단 사이에 연결된 전도성 어셈블리로 형성된 형성된다. 전도성 어셈블리는 스위치 장치를 포함한다. 이러한 서셉터 코일은 유도 전류(인접한 워크 코일로부터 전달된 에너지)를 열 에너지로 변환하여 서셉터 코일 및 서셉터 코일과 열 접촉 상태인 물체를 가열한다. 이러한 서셉터 코일은 연결된 코일 회로 내에 커패시터를 포함하여 유도성 워크 코일로부터 대부분의 유효 에너지 전달을 가능하게 하는 임피던스를 조절한다. 나아가, 연결된 코일을 개방시키고 이에 따라 서셉터 코일을 통과하는 유도 전류를 차단할 수 있는 서셉터 코일 회로 내에 열 퓨즈나 다른 열적 안전 스위치가 존재할 수 있다. 이러한 "서셉터 코일"은 미국 특허 제 6,504,135호 및 미국 특허 출원 번호 11/603860호("Resonant controllable Susceptor for Induction Heating System, Induction Heating System Incorporating Same, and metho")에 설명된다. 이 두 문헌은 참조문헌으로 포함된다.
서셉터 코일이 가열될 와이퍼 표면에 부착될 탄성 기판상에 제조되는 경우에, 서셉터 코일은 탄성 회로 보드가 제조되는 표준적인 방법(에칭 등)으로 제조될 수 있다. 서셉터 코일이 고무 비(squeegee), 스플라인, 와이퍼 암 상에 직접 프린트되는 경우에, 이는 에칭, 전기 도금, 불꽃 분사(flame spraying) 등과 같은 관련 기술분야의 제조방법이 사용될 수 있다.
유도성 워크 코일(16)이 와이퍼(14)의 가까이에 배치되어 와이퍼의 유도성 가열 부를 유도적으로 가열한다. 더 구체적으로는, 유도성 워크 코일(16)이, 도 8에 도시된 바와 같은 표면의 하부 표면에 부착되거나 도 9에 도시된 바와 같이 표면의 상부 표면에 부착된, 도 7에 도시된 표면 내에, 도 6에 도시된 바와 같이 방풍유리나 다른 표면(12) 하부에 배치될 수 있다. 유도성 워크 코일은 표면(12) 상의 위치에 상관없이 와이퍼(14)를 가열하도록 크기 및 위치가 정해지고, 오므라진 "휴지" 위치와 같은 특정 위치에 있을 때에만 와이퍼(14)를 가열하도록 크기 및 위치가 정해질 수 있다. 유도 가열 장치(18) 및 이와 관련된 워크 코일(16)은 차량의 배터리, 자체 전용 배터리, 또는 그 이외의 전원에 의해 전력을 공급받는다. 유도 가열 장치(18) 및 이와 관련된 워크 코일(16)은 이 명세서에 참조문헌으로 포함된 미국 특허 제6,320,169호나 위에 언급된 미국 특허 제6,657,170호에 설명된 것과 유사할 수 있다.
워크 코일은 구리 리츠(Litz) 와이어나 다른 고 전도성 와이어로 구성될 수 있다. 또는 탄성 인쇄 회로 기판으로 구성될 수도 있다. 탄성 인쇄 회로 기판의 실시예가 바람직하게는 다중막 기판이어서, 폐쇄 회로에 대한 인쇄 트레이스(trance)가 워크 코일의 표면 상부 및 방풍유리에 인접하게 교번 자장을 생성하는 데 충분한 교류의 저저항 통로가 되도록 한다. 코일 권수(coil turn), 트레이스의 폭, 트레이스의 두께 및 워크 코일의 다른 파라미터는 모두 유도 코일의 임피던스에 영향을 미치며 이에 따라 와이퍼로의 에너지 전달 효율에 영향을 준다는 것이 관련 분 야에 알려져 있다. 워크 코일이 방풍유리에 직접 부착된 이 실시예의 하나의 장점은 워크 코일이 필연적으로 가열되므로 방풍유리에 열을 제공하여 방풍유리 영역 상에 얼음이 쌓이는 것을 방지하는 것이다.
자기 유도 가열 장치(18) 내의 제어 회로는 차량의 배터리나 그 이외의 전원에 유도 가열 장치(18)를 연결하는 간단한 조작 스위치 또는 버튼일 수 있다. 이러한 스위치는 방풍유리 와이퍼 온/오프 스위치 가까이 또는 조작자가 쉽게 닿을 수 있는 곳이 어느 곳이나 배치될 수 있다. 조작자는 스위치를 켜, 차량의 방풍유리(앞유리)에 눈이나 얼음이 관찰되면 언제나 또는 낮은 기온으로 인해 와이퍼 블레이드가 동결되거나 단단해지는 때에는 언제든지 유도 가열 장치(18)를 활성화할 수 있다. 온도 센서 및 무선 통신 장치(이들 모두는 이하에서 더 상세히 설명된다)가 조작 스위치와 함께 제공되어, 와이퍼의 온도가 최대 추천 동작 온도를 초과하는 때에는 언제든지 유도 가열 장치(18)를 자동으로 꺼지게 할 수 있다.
그러나 바람직한 실시예에서, 유도 가열 장치(18) 내의 제어 회로가 와이퍼(14)의 현재 온도를 결정하고 이 온도가 예를 들면 화씨 35도의 특정한 온도 설정 포인트 이하로 내려갈 때마다 유도성 워크 코일(16)에 자동으로 전원을 공급하며, 예를 들어 약 화씨 50도의 설정 포인트에서 와이퍼(14)의 유도성 가열 부분의 온도를 조절하도록 가열 장치의 전원을 제어하는 폐쇄-루프 온도 피드백 제어 시스템의 일부이다. 폐쇄-루프 온도 피드백 제어 시스템은 RFID 태그 기술, 마이크로와이어 기술, 임피던스 검출 피드백 기술, 또는 와이퍼의 온도, 바깥 공기의 온도, 이둘의 조합 값에 응답하여 유도성 워크 코일(16)의 동작을 제어하는 그 이외의 무 선 기술을 이용할 수 있다.
제어 회로가 폐쇄-루프 온도 피드백 제어 시스템의 일부인 유도 가열 장치(18)를 이용하는 와이퍼 어셈블리의 일 실시예가 도 13에 도시되며, 하나 이상의 온도 센서(28) 및 온도 센서로부터의 온도 값에 응답하여 유도성 코일(16)의 동작을 제어하기 위한 숫자 "30"으로 표시된 제어 회로를 포함한다.
더 상세히 설명하면, 온도 센서(28)는 와이퍼(14)의 현재 온도 또는 와이퍼 주변 영역의 현재 온도를 지속적으로 또는 주기적으로 감지한다. 온도 센서(28)는 도 10에 도시된 바와 같이 와이퍼 블레이드(20)에, 도 11에 도시된 바와 같이 와이퍼 암(22)에, 또는 와이퍼(14)의 일부와 열적으로 접속된 곳 어느 곳이나 그 상부에 배치되거나 그 내에 장착될 수 있다. 다중 온도 센서(28)가 제공되고, 도 12에 도시된 바와 같이 와이퍼 블레이드 및/또는 와이퍼 암 상의 다양한 위치에 배치된다. 또는 차량에 존재하는 외부 공기 온도 센서 또는 추가적인 종래 기술의 센서가 사용되어 와이퍼 가열 동작을 자동으로 시작하는 트리거(trigger)로 사용되는 저온 설정 포인트 온도(즉, 35C)를 제공한다. 와이퍼 어셈블리의 일부를 대표하는 온도를 검출할 수 있는 한, 하나의 온도 센서 또는 복수의 온도 센서의 특정 위치는 중요하지 않다.
유도 가열 장치(18)의 제어 회로(30)가 제어기, 마이크로프로세서 또는, 고체 상태 인버터(44)로부터 온도 센서(28)에 의해 감지된 현재 온도를 판독하는 무선 통신 시스템(34) 및 유도성 워크 코일(16)로 출력된 전력을 제어하도록 동작하는 컴퓨터 장치(32)를 포함할 수 있다. 무선 통신 시스템은 RFID 태그 리더(38) 및 안테나(40)(이들은 미국 특허 제6,953,919호에 설명된 바와 같은 마이크로 프로세서(32)에 연결됨)일 수 있다. 리더(38) 및 안테나(40)가 온도 센서(28)와 연결된 RFID 태그(36)로부터 온도 정보를 판독한다. 다른 실시예에서, RFID 태그(36) 및 리더(38)가 온도 센서 및, 위에 참조된 미국 특허 출원 제 11/619,066호에 설명된 바와 같이 마이크로 프로세서에 연결된 대응하는 마이크로와이어 리더에 연결된 유리-코팅된 비정형 자기 마이크로와이어 센서로 대체될 수 있다. 다른 실시예에서, 임피던스 검출 피드백 제어 시스템(예를 들면 미국 특허 제 6,504,135호)에 논의된 시스템)이 사용될 수 있다. 이 이외의 무선 통신 방법(예를 들면 온도 센서(28)로부터 판독된 온도를 마이크로프로세서(32)로 전송하는, 동시계속 출원 제11/496,683호 ("RFID Interrogator/Induction Heating System")에 설명된 방법)이 사용될 수도 있다.
폐쇄-루프 온도 피드백 실시예의 동작시, 하나 또는 복수의 온도 센서(28) 가 와이퍼(14)의 일부 부분의 현재 온도를 지속적 또는 주기적으로 측정한다. 이러한 온도 판독 결과는 이후에 RFID 태그(35)나 마이크로와이어 센서, 그리고 무선 리더(38)에 의해 마이크로프로세서(32)로 제공된다. 마이크로프로세서(32)는, 듀티 사이클링(duty cycling), 주파수 변경 또는 그 이외의 종래 기술에 따른 인버터 제어 스킴을 중 어느 하나를 통해 인버터(44)로부터 와이퍼(14)의 유도성 가열 부분을 차례로 유도성 가열하는 유도성 워크 코일(16)로 출력된 전력을 제어하여, 바람직한 온도 범위 내에서 와이퍼 어셈블리의 온도를 유지한다. 예를 들면, 마이크로프로세서(32)는, 와이퍼(14)의 온도(또는 종래 기술의 외부 공기 온도 센서에 의해 판독된 외부 공기 온도)가 화씨 35도 이하로 떨어지면 유도성 워크 코일(16)을 끄고, 와이퍼(14)의 온도가 화씨 50도를 초과하면 유도성 워크 코일(16)을 켤 수 있다. 다른 실시예에서, 마이크로프로세서(32)는 와이퍼의 온도가 화씨 35도 이하로 떨어질 때에만 유도성 워크 코일에 전력을 공급하고, 필요에 따라(온도 센서(28)로부터의 온도 피드백에 기반하여) 워크 코일의 전력 공급을 주기 화하여 약 화씨 50도 부근의 좁은 온도 범위 내에서 와이퍼의 온도를 유지한다. 마이크로프로세서(32)는 감소된 전력 레벨에서 유도성 워크 코일(16)로부터 지속적으로 전력이 출력되도록 하여 화씨 40-45도와 같은 좁은 온도 범위에서 또는 그 근방의 온도범위에 와이퍼 어셈블리의 온도가 유지되게 한다. 중계기(relay, 도시되지 않음)가 유도성 워크 코일(16)과 전원(42) 사이에 삽입되어 파우더가 유도성 워크 코일(16)로 흘러들지 않도록 할 수도 있다.
제어 회로 마이크로프로세서(32)의 메모리가 와이퍼 어셈블리에 대한 동작 파라미터를 저장하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 메모리는 와이퍼 암에 부착된 방풍유리 와이퍼 블레이드의 유형, 와이퍼 블레이드의 최대 동작 온도, 유도성 워크 코일의 최대 전력 레벨 및 와이퍼 어셈블리에 대한 바람직한 온도에 관련된 정보를 저장한다. 이러한 데이터는 RFID 태그(36)나 마이크로와이어 센서에 저장될 수도 있고, 유도성 워크 코일(16)의 활성화시 리더(38)에 의해 판독된다. 와이퍼 상에 장착된 RFID 태그나 마이크로와이어에 데이터를 저장함으로써, 와이퍼는 서로 다른 동작 또는 장착 특성이 있는 다른 와이퍼로 교환되고, 유도 가열 장치에 의해 정확한 동작 온도로 자동으로 가열될 수 있다.
도 14 및 15는 유도성 가열 부분이 서셉터 코일로 구성된 와이퍼 어셈블리의 또다른 실시예를 나타낸다. 더 구체적으로, 와이퍼 어셈블리는, 와이퍼 블레이드(48)와 와이퍼 암(50)을 가지는 와이퍼(46), 와이퍼의 일부와 접촉하게 배치된 서셉터 코일(52), 서셉터 코일에 전류를 유도하도록 와이퍼에 가까이 배치된 유도성 워크 코일(54), 그리고 워크 코일(54)로부터 출력된 전력을 제어하는 유도 가열 장치(56)를 포함한다.
도 16은 유도성 가열 부분이 서셉터 코일(52)과 에너지 저장 장치(59) 및 가열 소자(58)로 구성된 와이퍼 어셈블리의 다른 실시예를 나타낸다. 더 구체적으로, 와이퍼 어셈블리는 와이퍼 블레이드(48)와 와이퍼 암(50)을 가지는 와이퍼(46), 와이퍼의 일부와 접촉하도록 배치된 서셉터 코일(52), 서셉터 코일에 전류를 유도하도록 와이퍼에 가까이 배치된 유도성 워크 코일(54), 그리고 워크 코일(54)로부터 출력된 전력을 제어하는 유도 가열 장치(56)를 포함한다. 서셉터 코일(52)에 생성된 전류가 에너지 저장 장치(59)에 저장된 에너지로 변환된다. 이후에 이러한 에너지는, 와이퍼가 워크 코일에 인접하지 않을 때에도, 가열 소자(58)를 활성화하는 데 사용된다. 이러한 에너지는 가열 소자를 비활성화하는 열 스위치에 의해 조절될 수 있다. 선택적으로, 에너지 저장 장치(59)로 에너지를 입력하는 동작이 유도 가열 장치(56)로 전달되는 모든 형태의 무선 온도 피드백을 이용하여 그리고 워크 코일(54)로의 출력을 제어함으로써, 조절될 수 있다.
서셉터 코일(52)은 도 14에 도시된 와이퍼 블레이드(48), 도 15에 도시된 와이퍼 암(50) 또는 이들 모두에 배치될 수 있다. 선택적으로, 와이퍼(46)가 위에 설 명된 바와 같이 브라켓이 없는 유형의 와이퍼 블레이드를 포함하는 경우에, 서셉터 코일(52)이 금속 밴드나 와이퍼 블라인드의 스플라인에 부착되거나 확장될 수 있다. 서셉터 코일은 바람직하게는 다중막, Kapton®(polyamide), Mylar®(polyester), TPU(thermoplastic Urethane)의 탄성 인쇄 회로 기판 또는 이 외에 통상적으로 사용되는 탄성 회로 기판을 제조함으로써 바람직하게 제조될 수 있다. 이러한 회로 보드는 아교로 접착되거나, 금속 밴드 또는 와이퍼 블레이드의 스플라인에 고정될 수 있다. 와이퍼 블레이드의 금속 밴드가 강자성 물질로 구성되는 경우에, 강자성 금속 밴드에 부착된 탄성 인쇄 회로 기판의 측면에 구리로 만들어진 고체 막을 유지하는 것이 바람직하다. 이는 유도성 워크 코일로부터 와이퍼 블레이드로 더 높은 전력을 전달할 수 있게 한다. 또한, 강자성 금속 밴드를 금속 도금하거나 비-강자성 철 등과 같은 비-강자성 금속으로 구성된 금속 밴드를 제조하는 것이 가능하다. 가열 소자(58, 예를 들면 저항성 히터)가 서셉터 코일(52)과 연결되어 전기 전류를 입력받고 이를 열로 변환한다.
도 1-13에 도시된 실시예에서와 같이, 유도 가열 장치(56)는 수동으로 조작하는 온/오프 스위치와 같이 간단한 제어 회로를 포함하거나, 폐쇄-루프 온도 피드백 제어 스킴을 구현하는 제어 회로를 포함할 수 있다. RFID 및 위에 설명된 바와 같은 마이크로와이어 무선 통신 시스템에 더하여, 이 실시예는 미국 특허 제6,504,135호(이 명세서에 참조문헌으로 포함됨)에 설명된 제어 스킴과 같은 열 스위치를 이용한 임피던스 검출 피드백 제어 스킴을 사용할 수 있다. 열 스위치(보통 비싸지 않은 바이-메탈 스위치)가 서셉터 코일(52)의 회로에 연결되고, 와이퍼 블 레이드의 금속 스플라인과 열적으로 접촉한다. 이러한 온도 제어 스킴은 워크 코일(54)이 언제 자동으로 켜지는지 알기 위한 와이퍼 자체에 의한 실시간 다중 온도 감지 성능을 가지지 않는다. 따라서, 자동으로 동작하는 것이 바람직한 경우에, 유도 가열 장치(56)가 차량의 외부 공기 온도 센서로부터 판독된 온도 값을 획득해야 한다.
도 14, 15, 16의 실시예는 특허 출원 제11/496,683호("RFID Interrogator/Induction Heating System", 2006년 7월 31일 출원)에 설명된 바와 같은 온도 피드백 제어 스킴을 이용할 수도 있다. 이 출원은 본 명세서에 참조문헌으로 포함된다.
본 발명이 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 청구항에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 등가물로 구현 및 대체될 수 있다. 예를 들어, 와이퍼 어셈블리의 다양한 구성요소의 배치가 변경될 수 있으며, 구성요소를 구성하는 데 사용되는 물질이 다른 물질로 치환될 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예로 설명되었으나, 새롭게 청구되며, 성문화된 특허에 의해 보호되는 것은 다음의 청구항을 포함한다.

Claims (29)

  1. 유도성 가열 부분을 포함하며, 표면으로부터 물과 같은 물질을 제거하도록 구성된 와이퍼; 그리고
    상기 와이퍼의 유도성 가열 부분을 유도적으로 가열하도록 상기 와이퍼에 가까이 배치된 유도성 워크 코일
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이퍼의 유도성 가열 부분과 열적으로 접촉하는 상태로 배치되며, 상기 와이퍼의 현재 온도를 감지하는 온도 센서; 그리고
    상기 온도 센서로부터 현재 온도를 판독하고, 상기 와이퍼의 현재 온도가 소정의 온도 범위를 유지하도록 상기 유도성 워크 코일의 동작을 제어하기 위해 상기 유도성 워크 코일과 연결된 제어 회로
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 센서와 연결된 RFID 태그와 상기 RFID 태그로부터 현재 온도 값을 판독하는 RFID 리더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  4. 제 2 항에 있어서,
    마이크로와이어 온도 센서 및 상기 마이크로와이어 온도 센서로부터 현재 온도를 판독하는 마이크로와이어 리더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이퍼는 상기 표면으로부터 물과 같은 물질을 제거하는 와이퍼 블레이드와, 상기 표면과 접촉하는 와이퍼 블레이드를 지지하는 와이퍼 암을 포함하되,
    상기 유도성 가열 부분이 상기 와이퍼 블레이드 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이퍼는 상기 표면으로부터 물과 같은 물질을 제거하는 와이퍼 블레이드와, 상기 표면과 접촉하는 와이퍼 블레이드를 지지하기 위한 와이퍼 암을 포함하되,
    상기 유도성 가열 부분이 상기 와이퍼 암 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이퍼는 상기 표면으로부터 물과 같은 물질을 제거하는 와이퍼 블레이드와, 상기 표면과 접촉하는 와이퍼 블레이드를 지지하기 위한 와이퍼 암을 포함하되,
    상기 유도성 가열 부분이 상기 와이퍼 블레이드 및 상기 와이퍼 암 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도성 워크 코일이 상기 표면 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도성 워크 코일이 상기 표면의 하부면에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도성 워크 코일이 상기 표면의 상부면에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도성 워크 코일이 상기 표면의 하부면의 하부에 배치되는 것을 특징 으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도성 워크 코일이 상기 표면의 상부면의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면은 차량의 방풍유리인 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도성 워크 코일에 연결되며, 환경 조건에 따라 상기 유도성 워크 코일을 활성화하는 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 환경 조건은 온도, 습도, 강수량, 눈 및 진눈깨비로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  16. 유도성 가열 부분을 포함하며, 방풍유리로부터 물과 같은 물질을 제거하도록 구성된 와이퍼;
    상기 와이퍼의 유도성 가열 부분을 유도적으로 가열하도록 상기 와이퍼에 가까이 배치된 유도성 워크 코일;
    상기 와이퍼의 유도성 가열 부분과 열적으로 접촉하는 상태로 배치되며, 상기 와이퍼의 현재 온도를 감지하는 온도 센서; 그리고
    상기 온도 센서로부터 현재 온도를 판독하고, 상기 와이퍼의 현재 온도가 소정의 온도 범위를 유지하도록 상기 유도성 워크 코일의 동작을 제어하는 제어 회로를 포함하는 자기 유도 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 방풍유리 와이퍼 어셈블리.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 온도 센서와 연결된 RFID 태그와 상기 RFID 태그로부터 현재 온도 값을 판독하는 RFID 리더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 방풍유리 와이퍼 어셈블리.
  18. 제 16 항에 있어서,
    마이크로와이어 온도 센서 및 상기 마이크로와이어 온도 센서로부터 현재 온도를 판독하는 마이크로와이어 리더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 방풍유리 와이퍼 어셈블리.
  19. 표면으로부터 물과 같은 물질을 제거하기 위한 와이퍼;
    상기 와이퍼에 접촉하도록 배치되는 서셉터 코일; 그리고
    상기 서셉터 코일 또는 상기 서셉터 코일과 전기적으로 접촉하는 가열 소자를 가열하기 위해 상기 서셉터 코일에 전류를 유도하도록 상기 와이퍼에 인접하게 배치된 유도성 워크 코일
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 와이퍼에 열적으로 접촉하게 배치되며 상기 와이퍼의 현재 온도를 감지하는 온도 센서; 그리고
    상기 유도성 워크 코일에 연결되며, 상기 온도 센서로부터 현재 온도를 판독하고 설정 포인트 이상으로 상기 현재 온도를 유지하기 위해 상기 워크 코일의 동작을 제어하는 제어 회로
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 온도 센서와 연결된 RFID 태그와 상기 RFID 태그로부터 현재 온도 값을 판독하는 RFID 리더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  22. 제 20 항에 있어서,
    마이크로와이어 온도 센서 및 상기 마이크로와이어 온도 센서로부터 현재 온도를 판독하는 마이크로와이어 리더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 서셉터 코일에 전기적으로 연결되는 열 스위치와, 상기 유도성 워크 코일에 연결되며 상기 열 스위치에 응답하여 상기 유도성 워크 코일의 동작을 제어하는 제어 회로
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 와이퍼는 상기 표면으로부터 물과 같은 물질을 제거하는 와이퍼 블레이드와, 상기 표면과 접촉하는 상기 와이퍼 블레이드를 지지하는 와이퍼 암을 포함하되,
    상기 서셉터 코일이 와이퍼 블레이드 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 유도성 워크 코일에 연결되며, 환경 조건에 따라 상기 유도성 워크 코 일을 활성화하는 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 와이퍼는 상기 표면으로부터 물과 같은 물질을 제거하는 와이퍼 블레이드와, 상기 표면과 접촉한 상기 와이퍼 블레이드를 지지하는 와이퍼 암을 포함하되,
    상기 서셉터 코일이 와이퍼 암 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 와이퍼가 스플라인을 가지는 와이퍼 블레이드를 포함하되,
    상기 서셉터 코일은 상기 스플라인에 부착되는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  28. 제 20 항에 있어서,
    상기 표면이 방풍유리인 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
  29. 표면으로부터 물과 같은 물질을 제거하도록 구성된 와이퍼;
    상기 와이퍼의 일부와 접촉하도록 배치된 공진 서셉터 코일; 그리고
    상기 공진 서셉터 코일 또는 상기 공진 서셉터 코일과 전기적으로 접촉하는 가열 소자를 가열하기 위해 상기 공진 서셉터 코일에 전류를 유도하도록 상기 와이퍼에 인접하게 배치된 유도성 워크 코일
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도성 가열 와이퍼 어셈블리.
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