KR20100103883A - 토션 디커플러 - Google Patents

Abstract

본 발명의 토션 디커플러(torsional decoupler)는 프로파일을 갖는 허브면을 지닌 허브와, 프로파일을 갖는 풀리면을 지닌 풀리, 그리고 상기 허브면과 풀리면 사이에 배치되고, 상기 풀리면과 허브면 중 적어도 하나와 마찰식으로 맞물리는 마찰 부재를 포함하고, 상기 마찰 부재는 허브와 풀리 간의 이동이 발생하도록 허브와 풀리 사이에서 토크를 전달한다.

Description

토션 디커플러{TORSIONAL DECOUPLER}

본 발명은 토션 디커플러(torsional decoupler)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 허브와 풀리 사이에서 토크를 전달하는 마찰 요소를 구비하는 토션 디커플러에 관한 것이다.

엔진 부속품 벨트 구동부에 있는 아이솔레이터(isolator)는 교류 발전기의 로터에 부착되어 있는 허브와 풀리 사이에서 탄성 부재를 이용함으로써 진동 방지 기능을 제공한다. 풀리와 허브는 연결되어 있기 때문에, 이들 2개 부재의 상대 운동은 제한된다. 탄성 부재의 강성은, 벨트 구동 시스템의 제1 진동 모드가 공회전 중의 엔진의 점화 주파수(firing frequency)보다 작도록 선택된다. 따라서, 공회전시에 아이솔레이터는 풀리의 진동을 감소시켜, 로터에 대한 풀리의 영향을 줄인다. 로터의 진동이 줄어들기 때문에, 풀리에 의해 보다 적은 토크가 전달되도록 요구되고, 이에 따라 최대 벨트 장력이 줄어든다. 그 결과, 인장기 스팬(span)이 타이트해지고, 인장기 아암을 이동시키며 벨트 이동 방향으로 교류 발전기 앞에서 벨트 스팬이 느슨해질 가능성이 작다. 이로 인해, 벨트가 처프 소음(chirp noise)을 낼 가능성이 줄어든다. 아이솔레이터는 정상 엔진 작동 중에는 매우 효과적이지만, 시동 및 정지 중에는 제한된 기능성을 갖는다. 이는, 벨트 구동 시스템이 시동 및 정지 중에 공진을 통과하기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 토션 디커플러는 일방향 클러칭 특징을 제공한다. 엔진 시동 및 작동 단계에서 크랭크샤프트 풀리 가속 중에, 풀리와 허브는 서로 로킹되고, 이렇게 형성된 장치는 중실형 풀리(solid pulley)와 같이 거동한다. 그러나, 감속 단계 중에 허브는 풀리 이상으로, 즉 풀리에 대해 "오버러닝"하도록 회전할 수 있다. 이는, 로터의 관성에 의해 인장기 스팬에서 높은 장력이 형성되지 못하도록 하여 인장기 아암이 벨트 반대측으로 회전하도록 하며, 이에 따라 벨트 슬립 소음을 방지하기 때문에 유용하다. 토션 디커플러는, 상기 장치가 실제적으로 오버런하기 전에 소량의 토크가 발달되도록 요구할 수 있다. 오버런 모드에서는 풀리와 허브가 연결되지 않기 때문에, 풀리는 제한 없이 회전할 수 있다. 토션 디커플러는 엔진 시동 및 정지 이벤트 동안에는 원활하게 기능하지만, 특히 교류 발전기가 대량의 전류를 생성하는 경우에는 단지 엔진 작동 중에는 어느 정도 적절할 뿐이다.

대표적인 기술은, 하우징을 구비하는 교류 발전기 조립체와, 전기자 축을 중심으로 전기자 조립체와 함께 회전하도록 하우징에 장착되는 전기자 조립체가 피동 조립체의 시퀀스에 포함되는, 자동차를 위한 사행(蛇行) 벨트 구동 시스템을 개시하고 있는 미국 특허 제5,139,463호이다. 허브 구조가 전기자 축을 중심으로 전기자 조립체와 함께 회전하도록 하우징의 외측을 향해 전기자 조립체에 의해 지탱된다. 전기자 조립체가 교류 발전기의 풀리와 동일한 방향으로 회전하는 한편, 교류 발전기의 풀리의 피동 회전 이동 중에는 교류 발전기 풀리에 대해 반대 방향으로의 순간적인 상대 탄성 회전 이동이 가능하도록 사행 벨트에 의해 교류 발전기 풀리의 피동 회전 이동을 허브 구조에 전달하기 위해 교류 발전기 풀리와 허브 구조 사이에 코일 스프링이 작동 관계로 배치된다.

허브와 풀리 사이에서 토크를 전달하는 마찰 부재를 구비하는 토션 디커플러가 필요하다. 본 발명은 이러한 요구를 충족한다.

본 발명의 주요 양태는 허브와 풀리 사이에서 토크를 전달하는 마찰 부재를 구비하는 토션 디커플러를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 양태는 본 발명에 관한 이하의 설명과 첨부 도면에 의해 지적되거나 명백해질 것이다.

본 발명은, 프로파일을 갖는 허브면을 지닌 허브와, 프로파일을 갖는 풀리면을 지닌 풀리, 그리고 허브면과 풀리면 사이에 배치되고, 풀리면과 허브면 중 적어도 하나와 마찰식으로 맞물리는 마찰 부재를 포함하며, 이 마찰 부재는 허브와 풀리 간의 이동이 발생하도록 허브와 풀리 사이에서 토크를 전달하는 것인 토션 디커플러를 포함한다.

본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하며, 설명과 함께 본 발명의 원리를 해설하는 역할을 한다.

본 발명에 따르면, 허브와 풀리 사이에서 토크를 전달하는 마찰 요소를 구비함으로써, 부속품 벨트 구동부에 대한 토션 진동과 높은 교류 발전기 관성의 유해한 효과를 줄이거나 제거하는 토션 디커플러가 제공된다.

도 1은 토션 디커플러의 분해도이다.
도 2는 토션 디커플러의 단면도이다.
도 3은 전형적인 엔진 벨트 구동 시스템을 보여주는 도면이다.
도 3a는 시동 중의 전형적인 엔진 속도에 관한 그래프이다.
도 4는 도 3에 도시한 전형적인 엔진 벨트 구동 시스템을 보여주는 도면이다.
도 4a는 시동 중에 전형적인 엔진 속도에 관한 그래프이다.
도 5는 장치의 비대칭 토크 한계 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 허브 하중을 이용한 비대칭 토크 한계를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 허브 하중을 이용한 비대칭 토크 한계를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 벨트 장력에 기초한 전달 토크를 보여주는 그래프이다.
도 9는 변형예의 사시도이다.
도 10은 도 9의 변형예의 단면도이다.

도 1은 토션 디커플러의 분해도이다. 본 발명의 토션 디커플러는 부속품 벨트 구동부에 대한 토션 진동과 높은 교류 발전기 관성의 유해한 효과를 줄이거나 제거한다. 크랭크샤프트 풀리에서의 높은 토션 진동은 내연(Internal Combustion; IC) 엔진 실린더의 점화에 의해 생성되는 토크 펄스에 기인한다. 이러한 진동의 주파수는 엔진의 RPM과 실린더의 개수에 관련된다.

크랭크샤프트에서의 토션 진동은 사행 벨트를 통해 벨트 구동 시스템 내의 모든 부속품에 전달된다. 교류 발전기는, 비교적 높은 관성과 비교적 "작은" 직경의 풀리를 갖기 때문에 특히 중요하다. 비교적 작은 직경의 풀리는 각 진동(angular vibration)을 증폭시키며, 높은 관성과 함께 교류 발전기의 로터를 추진하기 위해 높은 토크를 필요로 한다. 높은 토크로 인해 높은 최대 벨트 장력이 야기된다. 이로 인해 인장기 아암의 움직임이 과도해져, 조기 파손과, 엔진 시동 또는 정지 중에 처프 소음을 야기하는 벨트 슬립이 유발된다. 높은 토크는 또한 격렬한 벨트 펄럭거림(belt flapping)을 유발할 수 있다. 본 발명의 토션 디커플러는 이러한 문제점들을 줄이거나 제거한다.

토션 디커플러는 마찰 부재(20)가 맞물리는 허브(10)와 풀리(30)를 포함한다. 로킹 링(40)은 구성 요소들을 함께 유지하는 데 사용된다.

허브(10)는 홈이 형성된 표면 프로파일(11)을 갖는다. 홈(11)은 회전축(A-A)과 평행하게 연장된다. 허브(10)의 일단부에 플랜지(12)가 있다. 허브(10)는 너트(도시하지 않음)를 이용하여 교류 발전기의 샤프트에 부착될 수 있다.

마찰 부재(20)는 소정 길이의 마찰 재료로 이루어지며, 이 마찰 재료는 플라스틱, 천연 고무나 합성 고무 또는 유사한 탄성중합체 재료를 포함할 수 있다. 마찰 부재는 임의의 종래의 탄성중합체 성분 및/또는 적절한 경화 또는 열가소성 탄성중합체 성분을 포함할 수 있다. 이러한 목적으로 이용 가능한 적절한 탄성중합체로는, 예컨대 폴리우레탄 탄성중합체(폴리우레탄/요소 탄성중합체 역시 포함함)(PU), 폴리클로로프렌 고무(CR), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR), 수소화 NBR(HNBR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 알킬레이티드 클로로술포네이티드 폴리에틸렌(ACSM), 에피클로로히드린, 폴리부타디엔 고무(BR), 천연 고무(NR), 및 에틸렌 프로필렌 코폴리머(EPM), 에틸렌 프로필렌 디엔 터폴리머(EPDM), 에틸렌 옥텐 코폴리머(EOM), 에틸렌 부텐 코폴리머(EBM), 에틸렌 옥텐 터폴리머(EODM) 및 에틸렌 부텐 터폴리머(EBDM)와 같은 에틸렌 알파 올레핀 탄성중합체; PPA나 실리콘 고무, 또는 전술한 것 중 임의의 2종 이상의 조합이 있다.

풀리 재료는 강, 플라스틱이나 알루미늄, 또는 이들 중 2종 이상의 조합일 수 있다.

제1 외측면(21)은 리브형 프로파일을 포함한다. 각각의 "리브(rib)"는 마찰 부재(20)의 원주와 평행한 방향으로 연장된다. 제2 내측면(22)은 치형(齒形) 프로파일을 갖는다. "치형부"(또는 홈)는 리브 방향에 대해 90°, 즉 수직인 방향으로 연장된다. 추가로, 치형부는 풀리의 회전 방향에 대해 수직으로 배치된다.

변형예에서는, 외측면(21)이 치형 프로파일을 포함할 수 있고, 내측면(22)이 리브형 프로파일을 포함할 수 있다. 변형예에서, 외측면(21)과 내측면(22)은 유사한 프로파일을 갖는 협동면(11, 31)과 맞물리는데, 즉 유사한 프로파일이라 함은 협동면(11)은 리브형이고, 협동면(31)은 치형이라는 것이다.

내측면(22)은 홈 형성 표면(11)과 협동하여 맞물린다. 마찰 부재(20)는 반드시 연속적인 루프일 필요는 없고, 대신에 허브(10)를 간단히 에워싸는 소정 길이의 재료로 이루어질 수 있다. 변형예에서, 마찰 부재는 연속적인 루프로서 제작될 수 있다.

풀리(30)는 내측면(31) 상에 리브형 프로파일을 포함한다. 내측면(31)은 마찰 부재(20)의 외측면(21)과 협동하여 맞물린다. 외측면(32)도 역시 사행 벨트와 맞물리는 리브형 프로파일을 포함한다(도 3 참고). 로킹 링(40)은 허브(10)의 홈(13)에 맞물려, 토션 디커플러를 결합시킨다.

도 2는 토션 디커플러의 단면도이다. 토션 디커플러를 조립하기 위해, 마찰 부재(20)의 외측면(21)은 내측면(31)과 접촉하면서 풀리(30) 내에서 맞물린다. 이때, 풀리(30)와 마찰 부재(20)의 내측면(22)의 조합은 허브(10) 상의 홈(11)에 맞물리도록 슬라이딩한다. 이때, 로킹 링(40)은 홈(13)에 맞물린다. 마찰 부재(20)는 완성된 조립체의 일부로서 풀리(30)와 허브(10) 사이에서 어떠한 압축 또는 예하중도 받아서는 안 된다.

마찰 부재(20)의 길이는 단지, 내측면(31)에 맞물리는 동안 풀리(30) 내에 끼워 넣어지기에 충분하기만 하면 된다. 마찰 부재(20)의 단부들은 접촉할 필요가 없으며, 작은 간극(~ ≤ 1mm)은 토션 디커플러의 작동에 해를 끼치지 않을 것이다. 마찰 부재의 단부들이 작동에 영향을 주는 일 없이 접촉할 수 있음은 물론이다.

도 3은 전형적인 엔진 벨트 구동 시스템을 보여주는 도면이다. 엔진 벨트 구동 시스템은 높은 관성을 갖는 교류 발전기(ALT), 공조기 압축기(A/C) 및 크랭크샤프트 풀리(CRK)를 포함한다. 벨트(B)는 각각의 구성 요소들 사이에서 견인된다. 인장기(TEN)는 벨트와 맞물려 벨트 하중을 인가하고 유지한다.

도 3a는 시동 중의 전형적인 엔진 속도의 그래프이다. 엔진이 빗금친 부분 "a"로 나타낸 바와 같이 가속되는, 시동 단계의 일부 중에, 교류 발전기 뒤에 있는 벨트 스팬(S1)이 높은 장력을 받는데, 그 이유는 교류 발전기의 관성을 가속하기 위해서 양(+)의 토크가 필요하기 때문이다. 높은 장력으로 인해 벨트가 연신되고 벨트 길이의 증가가 인장기 스팬(S2)에 축적된다. 이로 인해, 인장기 아암이 자유 아암 정지부를 향해 이동하게 된다. 인장기는 교류 발전기(ALT) 앞에 있는 스팬(S2)에서 제어된 벨트 장력을 유지한다. 벨트 소음의 관점에서 특이한 일은 발생하지 않는다.

도 4는 도 3에 도시한 전형적인 엔진 벨트 구동 시스템을 도시한 도면이다. 도 4a는 시동 중의 전형적인 엔진 속도에 관한 그래프이다. 엔진이 감속되고 있는 단계(도 4a에서 빗금친 부분 "b") 중에, 교류 발전기의 관성은 그 관성과 관련하여 현재 속도로 회전을 계속하려는 경향이 있으며, 이때 교류 발전기(ALT)는 벨트 구동 시스템에서 원동기가 될 것이다. 이로 인해, 인장기 둘레의 통상적으로 느슨한 스팬(S2)은 타이트해진다. 장력이 인장기에서의 댐핑과 스프링 하중을 극복할 만큼 충분히 높으면, 인장기 아암은 (벨트 반대측의) 그 하중 정지부를 향해 이동할 것이다(도 4 참고). 이것은 사실상 구동 길이를 감소시키고, 교류 발전기 앞에 있는 벨트 스팬을 느슨하게 하여 장력을 잃게 한다. 장력이 소정 임계값 미만으로 떨어질 때, 구동부는 벨트 처프 소음의 문제를 갖는다.

도 5는 장치의 비대칭 토크 한계 특성을 보여주는 그래프이다. 장치의 원리는, 토션 디커플러를 통해 전달 가능한 토크를 비대칭으로 제한하기 위해 허브 하중에 의해 생성되는 마찰을 이용하는 것이다.

풀리(30)가 허브(10)를 구동하고 있을 때에는 양의 토크 전달이 일어나고, 허브(10)가 풀리(30)를 구동하고 있을 때에는 음의 토크가 전달된다고 가정하면, 최대 전류를 생성하기 위해 교류 발전기(ALT)에 의해 요구되는 값보다 약간 높은 값으로 양의 토크를 제한하는 것이 바람직하다. 이는, 외측면(21)과 내측면(31) 사이의 마찰 인터페이스에 의해 결정된다.

교류 발전기의 관성을 가속할 수 있는 것과, 인장기가 통상적으로 느슨한 스팬(S2)을 조여서 인장기(TEN)가 이동하여 벨트 소음을 유발하는 것을 방지하도록, 음의 토크를 작은 값으로 제한 가능한 것도 역시 바람직하다.

이것은 도 5에서 증명된다. 마찰 인터페이스[외측면(21), 내측면(31)]의 마찰 계수는 대략 0.5이고, 풀리의 직경은 대략 50 mm인 것으로 가정한다. 대략 -5 Nm 내지 대략 +15 Nm 사이에서, 마찰 인터페이스(21, 31)는 벨트(B)-풀리(30) 인터페이스에서 생성되는 토크를 지지할 수 있다. 인장기는 대략 300 N의 공칭 벨트 장력을 제공하는 것으로 가정된다. 인장기에서의 댐핑이 존재하며, 이 댐핑은 예시적인 예에서의 수치에 약간의 영향을 준다.

엔진 감속 중에 허브(10)가 풀리(30)를 구동하고 있을 때, 인장기 스팬(S2)은 대략 300 N의 설계 장력으로 유지된다. 그러나, 교류 발전기 뒤에 있는 스팬(S1)은 장력을 잃기 시작한다. 허브 하중이 대략 400 N에 이를 때, 마찰 인터페이스는 그 한계인 대략 -5 Nm에 도달하고, 이때 슬립이 발생하여 인장기 스팬에서의 장력의 형성을 방지한다.

풀리(30)가 허브(10)를 구동하고 있을 때, 풀리 앞에 있는 스팬(S2)은 대략 300 N의 설계 장력으로 유지된다. 그러나, 스팬(S1)에서의 장력은 증가한다. 이러한 장력이 대략 900 N에 도달할 때, 마찰 인터페이스는 단지 대략 +15 Nm의 토크를 지지할 수 있다. 이 지점 뒤에서 슬립이 일어난다. "허브 하중"은 토션 디커플러(100)를 가로지르는 벨트 스팬(S1 + S2) 각각에서의 장력 하중의 합계를 일컫는다.

도 6은 허브 하중을 이용한 비대칭 토크 한계에 관한 개략도이다. 도 6에는, 엔진 감속 상황이 예시되어 있다. 이것은, 예컨대 교류 발전기 샤프트와 로터(도시하지 않음)의 관성으로 인해 교류 발전기 샤프트와 허브(10)가 풀리(30)를 구동한다는 것을 의미한다. 스팬(S1) 상의 벨트 장력은 대략 100 N이고, 스팬(S2)에서의 벨트 장력은 대략 300 N이다.

이러한 조건에 있어서 토션 디커플러를 통해 전달되는 토크는 다음과 같다.

토크 = 0.5 × (300 + 100) × 0.05 / 2 = 5 Nm

도 7은 허브 하중을 이용한 비대칭 토크 한계에 관한 개략도이다. 도 7은 엔진 가속 조건에 관한 것이다. 이것은 풀리가 허브를 구동하고 있다는 것을 의미한다. 스팬(S1) 상에서의 벨트 장력은 대략 900 N이고, 스팬(S2)에서의 밸트 장력은 대략 300 N이다. 이러한 조건에 있어서 토션 디커플러를 통해 전달되는 토크는 다음과 같다.

토크 = 0.5 × (300 + 900) × 0.05 / 2 = 15 Nm

본 명세서의 다른 부분에서 설명하겠지만, 토션 디커플러의 작동 원리는 외측면(21)와 내측면(31) 간의 마찰 관계에 관련된다. 작동 중에, 내측면(31)과 외측면(21) 간의 마찰 계수로 인해, 풀리(30)는 토크 흐름 방향에 따라, 마찰 부재(20)에 대하여 + 또는 - 회전 방향으로 각도 방향으로 이동한다. 즉, 풀리(30)와 마찰 부재(20) 상에 2개의 인접한 지점들이 주어지면, 두 지점은 토션 디커플러의 작동 중에 점진적인 방식으로 서로에 대해 이동할 것이다. 사실상, 하나의 구성 요소는 다른 구성 요소에 대해 "롤링"하는 것으로 보일 것이다. 결과적인 각도 방향으로의 이동은 토션 디커플러의 회전당 몇 도(degree) 정도이다. 허브와 풀리는, 토션 디커플러의 각각의 회전에 있어서 마찰식 맞물림의 미리 정해진 양의 미세 슬립이 일어나 허브와 풀리 사이에 상대 회전 또는 각도 방향 이동이 유발되도록 마찰식으로 맞물린다. 또한, 제1 방향으로 전달되는 토크 크기는 반대 방향으로 전달되는 토크 크기와 동일하지 않다.

이것은 타이어가 포장 도로에서 롤링하는 방식과 다소 유사하다. 즉, 작동시에, 토크가 풀리에서 마찰 부재로, 또는 마찰 부재에서 풀리로 전달되고 있을 때 외측면(21)와 내측면(31) 사이에서 약간의 미세 슬립이 발생한다. 이러한 특징은, 예컨대 타이어가 빙판 위에서 슬립할 때 통상적으로 직면하게 되는 "슬립"과 동일하지 않다. 이러한 장치에 대해서 설명되는 슬립은 극미세 수준으로 접촉하는 재료들의 거동과 관련된다. "미세 슬립"은, 결과적으로 접촉면들이 서로에 대해 이동하게 하는, 접촉면들 전체에 관한 결합을 형성하거나 또는 접촉면들 전체를 해제하는, 연속적으로 발생하는 과정과 관련되지만, 자동차가 빙판에서 미끄러질 때와 같은 거시적인 수준의 일상적인 경험의 일부로서 나타나는 심한 "슬립"은 아니다.

설명한 바와 같이, 풀리(30)의 내측면(31)은 외측면(21) 상에서 롤링하는데, 그 이유는 내측면(21)과 외측면(31) 간의 접촉이 전체 원주 둘레에서 동일하지 않기 때문이다. 그 결과, 토션 디커플러를 작동시키는 메커니즘은 탄성 고무공과 유사한 탄성 특징을 지닌 마찰 부재를 기초로 하지 않는다. 탄성이 마찰 부재의 특징으로서 배제되지는 않지만, 필수적인 특징은 외측면(21)과 내측면(31) 간의 적절한 마찰 계수(Coefficient Of Friction; COF)이다.

도 6 및 도 7의 예에서, 마찰 요소의 프로파일[외측면(21)]과 풀리의 내측 프로파일[내측면(31)] 간의 마찰 계수는 대략 0.5였다. 이러한 마찰 계수는 풀리의 내측면과 마찰 부재의 외측면 사이의 리브형 프로파일의 "웨지 효과(wedging effect)"를 포함한다.

본 발명의 아이솔레이터는 본 명세서에 설명된 원리를 이용하여 하나의 회전 방향(+ 또는 -)으로 토크를 전달할 수 있다. 또한, 토크 전달 크기는 회전 방향에 따라 비대칭일 수 있는데, 이는 하나의 방향으로 전달되는 토크의 크기가 반대 회전 방향으로 전달되는 토크의 크기와 동일하지 않다는 것을 뜻한다. 예시적인 시스템에 있어서, 전달되는 토크가 대략 -5 Nm 내지 +15 Nm의 범위를 초과하도록 하는 작동 조건은, 아이솔레이터의 구성에 따라 풀리와 마찰 부재 사이 또는 마찰 부재와 허브 사이에 무제한의 심한 슬립을 유발할 수 있다. 전달되는 토크는 허브 하중의 함수이기 때문에, 허브 하중에 대한 변화는 전달되는 토크의 변화에 기여할 것이다. 따라서, 어느 하나의 회전 방향으로 전달되는 토크의 양은 필요에 따라 선택될 수 있다.

도 8은 벨트 장력에 기초하여 전달되는 토크를 보여주는 그래프이다. 마찰 계수값의 선택은 주어진 허브 하중에 대한 한계 토크값을 결정한다. 2개의 곡선이 제시되어 있다. 제1 곡선(Ⅰ)은 외측면(21)과 내측면(31) 간의 마찰 인터페이스의 거동을 나타낸다. 제2 곡선(Ⅱ)은 벨트(B)와 풀리면(32) 간의 인터페이스의 거동을 나타낸다. 벨트 장력이 대략 100 N보다 작고 대략 900 N보다 큰 영역은 슬립이 일어나는 작동 범위 또는 토션 디커플러를 나타낸다.

도 9는 변형예의 사시도이다. 이 도 9 및 도 10에 대해 달리 설명한 것을 제외하고, 도 1 내지 도 8에 따른 본 발명의 설명은 총괄적인 것이다.

변형예는 허브(100), 내측 부싱(2), 토션 스프링(50), 치형 부재(110), 유지 부재(111, 112), 마찰 부재(20), 풀리(30), 토션 스프링 리테이너(51), 먼지 커버(8) 및 조립체를 함께 유지하기 위한 로킹 링(1)을 포함한다. 토션 스프링(50)은 토션 스프링 리테이너(51)와 허브의 플랜지(101) 사이에서 압축된다.

이러한 변형예에서, 치형 부재(110), 토션 스프링(50), 부싱(2, 6) 및 토션 스프링 리테이너(51)는 허브 조립체를 구성한다. 마찰식 디커플러 부재(20)는 허브 조립체를 통해 허브(100)와 맞물린다.

또 다른 변형예에서, 토션 스프링(50)은 마찰 부재(20)에 직접 결합된다. 도 1 내지 도 8에서, 마찰 부재(20)는 표면(11)을 통해 허브(10)에 맞물린다.

토션 스프링(50)은 플랜지(101)에 고정 연결된다. 치형 부재(110)는, 예컨대 억지 끼워맞춤에 의해 토션 스프링 리테이너(51)에 고정 연결된다. 토션 스프링 리테이너(51)는 부싱(6)을 통해 허브(100)에 슬라이딩식으로 맞물린다. 마찰 부재(20)는 유지 부재들(111, 112) 사이에서 치형 부재(110)의 표면(115) 상에서 유지된다. 치형 부재(110)는 표면(22)과 협동하여 맞물리는 치형면(115)을 포함한다. 표면들(21, 31)은 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이 상호 작용한다.

치형 부재(110)는 내측 부싱(2)을 통해 플랜지(101)에 슬라이딩식으로 맞물린다. 부싱(2, 6)은 풀리와 허브 간의 댐핑을 제공한다. 댐핑량은 정합면들 간의 마찰 계수와 벨트에 의해 부여되는 허브 하중에 관련된다.

일례로서, 부싱(2, 6)에 관하여, 강(鋼) 상의 Oiles Techmet B 부싱은 마찰 계수가 0.18이다. 토션 스프링(50)에 있어서의 스프링 상수는 대략 0.27 Nm/deg이다. 풀리의 직경은 대략 56.5 mm이다. 이러한 수치값들은 단지 예로서 제공되는 것으로, 본 발명의 폭 또는 범위를 한정하려는 의도는 없다.

이러한 변형예에서, 스프링 하중은 매우 낮은데, 그 이유는 마찰식 디커플러[그리고 풀리의 내측 프로파일(31)과 마찰 부재의 외측면(21) 사이의 마찰]로 인해 풀리(30)로부터 허브(100)로, 그리고 허브(100)로부터 풀리(30)로 전달되는 토크량이 제한되기 때문이다. 예컨대, 전달되는 토크는 30 Nm에서 20 Nm로 줄어들 수 있다.

토션 디커플러에 의해 전달되는 토크는 비대칭이며, 양 작동 방향으로 동일하게 토션 스프링(50)에 가해지지 않는다. 종래 기술의 토크 디커플러의 경우, 토크는 스프링을 통해 대략 -30 Nm 내지 +30 Nm의 범위로 전달된다. 이러한 변형예의 경우, 토크는 대략 -5 Nm 내지 +20 Nm의 범위로 전달된다. 이는 허브 하중과, 슬라이딩면들 간의 마찰 계수의 함수이다.

도 10은 도 9의 변형예의 단면도이다. 보어(102)는 교류 발전기의 샤프트(도시하지 않음)를 수용한다. 벨트 지지면(32)은 멀티 리브형 벨트(도시하지 않음)와 맞물리는 프로파일을 갖는다. 로킹 링(1)은 플랜지(33)에서 풀리(30)로 억지 끼워맞춤된다.

본 명세서에서 사용된 모든 수치는 단지 예로서 제시된 것으로, 장치의 범위, 해석 또는 작동을 한정하려는 의도는 없다.

본 명세서에서 본 발명의 양태를 설명하였지만, 본 명세서에서 설명한 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나는 일 없이 부품의 구성 및 관계를 수정할 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

10, 110 : 허브
20 : 마찰 부재
30 : 풀리
40 : 로킹 링
50 : 토션 스프링
51 : 토션 스프링 리테이너
111, 112 : 유지 부재

Claims (24)

1. 토션 디커플러(torsional decoupler)로서,
   프로파일을 갖는 허브면을 지닌 허브와,
   프로파일을 갖는 풀리면을 지닌 풀리, 그리고
   상기 허브면과 풀리면 사이에 배치되고, 상기 풀리면과 허브면 중 적어도 하나와 마찰식으로 맞물리는 마찰 부재
   를 포함하고, 상기 마찰 부재는 허브와 풀리 간의 이동이 발생하도록 허브와 풀리 사이에서 토크를 전달하는 것인 토션 디커플러.
2. 제1항에 있어서, 상기 허브면은 치형(齒形) 프로파일을 포함하는 것인 토션 디커플러.
3. 제1항에 있어서, 상기 풀리면은 리브형 프로파일을 포함하는 것인 토션 디커플러.
4. 제1항에 있어서, 상기 풀리는 리브형 프로파일을 갖는 표면을 더 포함하는 것인 토션 디커플러.
5. 제1항에 있어서, 상기 마찰 부재는 플라스틱 재료를 더 포함하는 것인 토션 디커플러.
6. 제1항에 있어서, 상기 마찰 부재는 탄성중합체 재료를 더 포함하는 것인 토션 디커플러.
7. 제1항에 있어서, 상기 허브는 샤프트에 연결하기 위한 연결 수단을 더 포함하는 것인 토션 디커플러.
8. 제1항에 있어서, 상기 풀리와 마찰 부재를 유지하기 위해 허브에 맞물리는 로킹 링을 더 포함하는 토션 디커플러.
9. 제1항에 있어서, 토크 전달 크기는 회전 방향에 따라 비대칭인 것인 토션 디커플러.
10. 토션 디커플러로서,
    허브와,
    벨트와 맞물리는 표면을 지닌 풀리
    를 포함하고, 상기 허브와 풀리는, 토션 디커플러의 각각의 회전에 있어서 마찰식 맞물림의 미리 정해진 양의 미세 슬립이 발생하도록 마찰식으로 맞물리는 것인 토션 디커플러.
11. 제10항에 있어서, 상기 허브와 풀리 사이에 배치되고, 상기 허브와 맞물리는 프로파일을 갖는 표면을 지닌 마찰 부재를 더 포함하는 토션 디커플러.
12. 제10항에 있어서, 상기 허브와 풀리 사이에 배치되고, 상기 풀리와 맞물리는 프로파일을 갖는 표면을 지닌 마찰 부재를 더 포함하는 토션 디커플러.
13. 제11항에 있어서, 상기 프로파일은 치형 프로파일을 포함하는 것인 토션 디커플러.
14. 제12항에 있어서, 상기 프로파일은 리브형 프로파일을 포함하는 것인 토션 디커플러.
15. 제10항에 있어서, 토션 전달 크기는 회전 방향에 따라 비대칭인 것인 토션 디커플러.
16. 제10항에 있어서, 상기 마찰 부재는 탄성중합체 재료를 포함하는 것인 토션 디커플러.
17. 토션 디커플러로서,
    허브면을 지닌 허브와,
    풀리면을 지닌 풀리, 그리고
    상기 허브면과 풀리면 사이에 배치되고, 상기 허브면과 풀리면 중 적어도 하나와 마찰식으로 맞물리는 탄성 마찰 부재
    를 포함하며, 상기 탄성 마찰 부재는, 제1 방향으로 전달되는 토크 크기가 반대 방향으로 전달되는 토크 크기와 동일하게 되지 않도록 허브와 풀리 사이에서 토크를 전달하는 것인 토션 디커플러.
18. 제17항에 있어서, 상기 허브면은 치형이며, 상기 풀리면은 리브형인 것인 토션 디커플러.
19. 제17항에 있어서, 상기 풀리와 허브는 서로에 대해 각도 방향으로 이동 가능한 것인 토션 디커플러.
20. 제17항에 있어서, 상기 허브는 샤프트와 맞물릴 수 있는 것인 토션 디커플러.
21. 제17항에 있어서,
    상기 탄성 마찰 부재와 맞물리는 맞물림 부재를 포함하는 허브 조립체와,
    상기 맞물림 부재와 허브 사이에 맞물리는 토션 스프링
    을 더 포함하는 토션 디커플러.
22. 제21항에 있어서, 상기 맞물림 부재는 탄성 마찰 부재와 맞물리는 치형부를 포함하는 것인 토션 디커플러.
23. 제22항에 있어서, 상기 허브 조립체는 맞물림 부재와 허브 사이에 작동 가능하게 배치되는 부싱을 더 포함하는 것인 토션 디커플러.
24. 제17항에 있어서, 상기 탄성 마찰 부재와 허브 사이에 연결되는 토션 스프링을 더 포함하는 토션 디커플러.

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