KR20110136611A - 워터펌프용 동력전달장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력의 전달을 선택적으로 단속할 수 있는 워터펌프용 동력전달장치에 관한 것이다. 본 동력전달장치는, 엔진의 크랭크풀리(3)에 걸리는 엔진벨트(5)와, 워터펌프를 동작시키기 위한 워터펌프풀리(7) 사이에 설치되어 워터펌프로의 동력전달을 단속한다. 차량의 엔측 외측에는 중심축(12)을 구비하는 지지브라켓(10)이 설치되어 있다. 그리고 보빈(20)은, 중심축(12)에 설치되어, 전류의 인가에 의하여 자속을 발생하는 필드코일이 내장되어 있다. 상부디스크(32) 및 하부디스크(34)는, 상기 보빈(20)의 상부 및 하부에서 이격된 상태로 지지되며, 상기 중심축에 의하여 회전 가능하게 지지되고, 판스프링(42)는, 상기 상부디스크(32)와 하부디스크(34)를 외측에서 서로 연결하고 있다. 그리고 디스크(46)는, 상기 판스프링(42)의 내측에 설치되어, 필드코일에서 발생하는 자력에 의하여 내측으로 이동 가능하고, 마찰휠(44)은 상기 판스프링(42)의 외측에 설치되어, 엔진벨트(5) 및 워터펌프풀리(7)와의 접촉에 의하여 동력을 워터펌프로 전달한다.

Description

워터펌프용 동력전달장치{Apparatus for transmitting driving force to water pump}

본 발명은 자동차의 워터펌프용 동력전달장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 클러치 부재를 필요로 하지 않고 원하는 때 엔진으로 부터의 동력을 정확하게 단속할 수 있도록 구성되는 워터펌프용 동력전달장치에 관한 것이다.

차량에 사용되는 워터펌프는, 냉각수를 가압하여 엔진으로 전달하여 엔진을 순환하면서 엔진의 열을 방출시킬 수 있도록 하는 것이다. 이러한 워터펌프는 공조장치의 압축기와 동일하게 엔진에서의 회전 동력을 전달받아서 구동된다. 따라서 일반적으로 워터펌프는 엔진의 구동과 같이 동작되면서 냉각수를 엔진 측으로 공급하고 있다.

즉, 일반적으로 워터펌프에 동력을 전달하는 것은 엔진의 크랭크풀리에 감아걸린 엔진벨트에 의하여, 워터펌프를 구동시키기 위한 워터펌프풀리 회전되도록 구성하고 있다. 이렇게 엔진에 의하여 회전하는 크랭크풀리에 의하여 워터펌프가 같이 회전하도록 구성하는 경우에는, 워터펌프에 전달되는 동력을 단속하는 기능이 없기 때문에, 워터펌프가 구동되지 않아도 되는 경우에도 구동을 전달함으로써, 불필요한 동력의 소모를 일으키는 단점이 제기될 수 있다.

그리고 이를 방지하기 위해서는, 워터펌프에 전달되는 동력을 단속하기 위한 클러치장치를 개재하여야 하는데, 이는 구성이 복잡하기 때문에 여러 가지 단점을 가질 수밖에 없다. 즉 소요되는 구성부품의 수를 증가시키는 것에 의하여 제조단가를 상승시키는 것 이외에도 조립공정이 복잡해지는 등 여러 가지 단점이 나타날 수 있는 것이다.

본 발명은 이와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로, 전원의 온오프에 의하여 크랭크축으로부터 워터펌프에 전달되는 동력의 단속이 가능한 워터펌프용 동력전달장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 이와 같이 동력의 정확한 단속이 가능하다고 하는 것은 실질적으로 필요한 경우에만 워터펌프를 동작시키는 것으로, 불필요한 동력 손실을 방지할 수 있다는 것을 의미하는 것이라고 할 수 있다.

그리고 본 발명의 다른 목적은 워터펌프에 전달되는 토오크의 조절이 가능하도록 함으로써 다양한 사양의 워터펌프에 대응할 수 있는 동력전달장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 엔진의 크랭크풀리에 걸리는 엔진벨트와, 워터펌프를 동작시키기 위한 워터펌프풀리 사이에 설치되어 워터펌프로의 동력전달을 단속하는 동력전달장치로써; 중심축을 구비하는 지지브라켓과; 상기 중심축에 설치되어, 전류의 인가에 의하여 자속을 발생하는 필드코일이 내장되는 보빈; 상기 보빈의 상부 및 하부에서 이격된 상태로 지지되며, 상기 중심축에 의하여 회전 가능하게 지지되는 상부디스크 및 하부디스크; 상기 상부디스크와 하부디스크를 외측에서 서로 연결하는 복수 개의 판스프링; 상기 판스프링의 내측에 설치되어, 필드코일에서 발생하는 자력에 의하여 내측으로 이동 가능한 디스크; 그리고 상기 판스프링의 외측에 설치되어, 엔진벨트 및 워터펌프풀리와의 접촉에 의하여 동력을 워터펌프로 전달하는 마찰휠로 구성되는 것을 기본적인 기술적 특징으로 하고 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 상부디스크를 상하방으로 일정 간격 이동 가능하게 지지하는 지지수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 지지수단에 대한 실시예에 의하면, 상기 중심축의 상단부에서, 부분적인 원뿔상으로 형성되어 외측의 경사면을 가지는 헤드부분과; 상기 헤드부분의 경사면과 상부디스크의 내주면 사이에 설치되고, 상부디스크와 상하방향으로 연동하는 코니컬스프링; 상기 헤드부분의 상부에 나사결합되는 결합축을 구비하는 캡; 상기 캡의 하면과 상기 코니컬베어링 사이에 설치되는 탄성부재로 구성되고 있다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 워터펌프풀리는 본 발명의 동력전달장치에 의하여, 선택적으로 구동될 수 있다. 따라서 워터펌프의 구동시 필요없는 경우에는 동력전달을 차단하는 것에 의하여 불필요한 동력의 소모를 줄일 수 있는 장점이 기대된다.

그리고 본 발명에 의하면, 마찰휠을 반경방향으로 확대하는 것에 의하여, 워터펌프로 전달되는 토오크를 높일 수 있어서, 다양한 사양의 워터펌프에 적용할 수 있는 장점이 기대된다.

도 1은 본 발명의 동력전달장치의 기본적인 기능을 보이는 개략도.
도 2는 본 발명의 동력전달장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 동력전달장치의 부분 절개 사시도.
도 4는 본 발명의 동력전달장치의 사시도.

다음에는 도면에 도시된 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 동력전달장치(1)는, 엔진의 외측면에 장착되어, 크랭크풀리(3)에 감아걸린 엔진벨트(5)와, 워터펌프를 동작시키기 위한 워터펌프풀리(7) 사이에 설치된다. 이와 같이 엔진의 구동력에 의하여 회전하는 엔진벨트(5)와 워터펌프풀리(7) 사이에 설치되어 필요한 경우에는 크랭크풀리(3)에서 워터펌프풀리(7)로 동력을 전달하고, 불필요한 경우에는 동력을 차단하도록 구성된다. 그리고 워터펌프풀리(7)로의 동력의 단속 여부는 전원의 공급여부에 의하여 결정되도록 구성되고 있다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 동력전달장치(1)는, 엔진의 외측면에 설치되는 지지브라켓(10)에 회전 가능하게 지지된다. 즉, 지지브라켓(10)에 형성된 중심축(12)에 회전 가능하도록 설치되어, 엔진벨트(5)와 워터펌프풀리(7) 사이에서 동력을 단속하게 되는 것이다.

그리고 본 발명의 동력전달장치는, 자속을 발생시키기 위한 필드코일(22)을 내장하고 있는 보빈(20)을 포함하고 있다. 상기 보빈(20)은 원통상으로 형성되고 외측면을 향하여 열린 홈을 가지고 있으며, 그 홈의 내부에는 필드코일(22)이 내장되어 있다. 상기 필드코일(22)은 전원의 인가에 의하여 필요한 자속을 발생시켜서, 후술하는 자성체인 디스크(46)를 내측으로 끌어당길 수 있도록 한다. 상기 보빈(20)은 중심축(12)의 중심부분에 설치되어 있다.

그리고 상기 보빈(20)의 상부 및 하부에는, 각각 보빈과 이격된 상태로 상부디스크(32) 및 하부디스크(34)가 설치되어 있다. 상기 상부디스크(32) 및 하부디스크(34)는 원판상의 부재로 상기 중심축(12)에 회전 가능하게 지지되고 있다. 예를 들면 상부디스크(32)는 상기 중심축(12)의 헤드부분(12)에서 코니컬베어싱(38)에 의하여 회전 가능하도록 지지되어 있고, 하부디스크(32)는 중심축(12)의 하단부에서 베어링(36)에 의하여 회전 가능하도록 지지되어 있다.

상기 상부디스크(32)와 하부디스크(34)는 다수개의 판스프링(42)에 의하여 연결된다. 상기 판스프링(42)은 상기 필드코일(22)의 외측을 경유하여, 상기 상부디스크(32)와 하부디스크(34)를 서로 연결하고 있다. 그리고 상기 판스프링(42)은 상부디스크(32)와 하부디스크(34)의 전체 외주면을 대하여 복수개로 구성되어 있다. 상기 판스프링(42)은 소정의 탄성을 가지고 있어서, 고정된 상태의 하부디스크(34)에 대하여, 상부디스크(32)가 하방으로 일정 간격 이동하게 되면, 실질적으로 방사상 외측으로 탄성 변형하게 된다.

그리고 상기 판스프링(42)의 내측에는 자성체인 디스크(46)가 고정되어 있으며, 상기 디스크(46)도 판스프링(42)에 대응하는 복수개로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 판스프링(42)의 외측면에는 마찰휠(44)이 설치된다. 상기 마찰휠(44)은, 엔진벨트(5)의 배면 및 워터펌프풀리(7)에 각각 마찰력에 기초하여 동력을 전달하기 위한 것이다. 상기 마찰휠(44)은 마찰계수가 높은 재질로 형성되어, 상기 엔진벨트(5) 및 워터펌프풀리(7)에 접촉하는 것에 의하여 동력의 전달이 가능한 재질로 형성된다. 그리고 상기 마찰휠(44)은 상기 판스프링(42)의 외측에 설치되어 있기 때문에, 판스프링(42)과 연동하여 방사상으로 이동하게 된다. 도시한 실시예에 있어서, 상기 마찰휠(44)은 원통상의 하나의 부재로 형성되고 있으나, 이러한 실시예에 한정될 수 없을 것이다. 예를 들면 전체적으로 원통형을 형성하는 복수 개로 구성하는 것도 가능할 것이다.

다음에는 상부디스크(32)의 주변 구성에 대하여 살펴보기로 한다. 상기 상부디스크(32)는 코니컬베어링(38)을 사이에 두고, 중심축(12)의 헤드부분(14)에 회전 가능하게 지지되고 있다. 그리고 상기 헤드부분(14)은 부분적인 원뿔형상을 가지도록 형성되어 있으며, 그 외측의 경사면(16)에 상기 코니컬베어링(38)이 설치되어 있다. 상기 헤드부분(14)의 상단부에는, 캡(50)의 결합축(52)이 나사결합되어 있다. 상기 캡(50)의 내측 하부에는 도시한 실시예에서는 코일 스프링으로 구성되는 탄성부재(56)가 설치되어 있다. 그리고 상기 탄성부재(56)의 하단부는 하부캡(54)에 의하여 지지되어 있다. 상기 하부캡(54)의 저면에는 코니컬베어링(38)이 접촉상태로 조립되어 있다.

이와 같은 구성에서, 상기 탄성부재(56)는 실질적으로 상기 캡(50)에 의하여 하방으로 탄성력을 발휘하고 있는 상태이고, 이러한 탄성력은 실질적으로 하부캡(54)을 통하여 코니컬베어링(38)에도 미치고 있다. 이러한 상태에서, 상기 캡(50)을 일방향으로 회전시키게 되면, 결합축(52)이 헤브부분(14)과 나사결합되어 있기 때문에, 실질적으로 상기 캡(50)은 하방으로 이동하게 된다. 이러한 캡(50)의 하방 이동은 상기 탄성부재(56)를 더욱 하방으로 가압하게 된다. 그리고 상기 탄성부재(56)의 하단부에 설치된 하부캡(54)이 상기 코니컬베어링(38)을 하방으로 근소하게 이동시키게 된다.

상기 코니컬베어링(38)은 상기 상부디스크(32)의 내측면에 끼워져 있기 때문에, 코니컬베어링(38)이 하방으로 이동하게 되면 상부디스크(32)도 동일한 간격만큼 하방으로 이동하게 된다. 상기 상부디스크(32)의 하방이동은 실질적으로 판스 프링(42)의 상단부는 하방으로 가압하는 결과로 나타난다. 그리고 상기 판스프링(42)은, 그 상단부가 하방으로 가압되면, 디스크(46)가 설치되어 있는 중간부분, 즉 측면부는 방사상으로 외측으로 더 탄성 변형하게 될 것이다. 이와 같은 구성에 의하면, 상기 상부디스크(32)의 상하 이동에 의하여, 상기 판스프링(42)이 방사상으로 외측 또는 내측으로 탄성변형하게 됨을 알 수 있다.

다음에는 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 동력전달장치의 작동에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저 상기 필드코일(22)에 전원을 인가하지 않은 상태에서는, 상기 판스프링(42)은 정상적인 상태를 유지하고 있으며, 이러한 상태에서, 상기 마찰휠(44)은 크랭크풀리(3)에 걸려있는 엔진벨트(5) 및 워터펌프풀리(7)에 각각 접촉하고 있는 상태이다. 따라서 상기 마찰휠(44)은 크랭크풀리(3)에 감아걸린 엔진벨트(5)와 접촉한 상태에서 마찰력에 의하여 회전하게 된다. 또한 상기 마찰휠(44)은 상기 워터펌프풀리(7)와도 접촉하여 마찰력에 기초하여 회전 동력의 전달이 가능한 상태이다. 따라서 이러한 상태는 실질적으로 크랭크풀리(3)의 회전력이 엔진벨트(5)를 통하여 상기 마찰휠(44)에 전달되고 있으며, 상기 마찰휠(44)은 마찰력에 기초하여 워터펌프풀리(7)에 이러한 회전력을 전달할 수 있는 상태이다. 따라서 워터펌프는 엔진에서 전달되는 회전력에 의하여 실질적으로 동작하고 있는 상태라고 할 수 있다.

그리고 예를 들면 엔진의 워밍업 상태 등과 같이 워터펌프를 구동시킬 필요가 없는 경우에는, 상기 워터펌프풀리(7)에 전달되는 동력을 차단할 수 있다. 즉, 상기 필드코일(22)에 전류를 인가하게 되면, 상기 필드코일(22)에서 발생하는 자기장에 의하여 자성체인 디스크(46)는 내측으로 이동하게 된다. 상기 디스크(46)의 내측으로의 이동은 실질적으로 방사상으로 내측으로 이동하는 결과가 되고, 이에 의하여 판스프링(42)과 같이 상기 마찰휠(44)도 내측으로 이동하게 된다. 상기 마찰휠(44)은 이와 같이 상기 판스프링(42)과 같이 방사상의 내측 또는 외측으로 탄성변형할 수 있는 재질로 만들어져야 함을 알 수 있다.

상기 필드코일(22)에 전류를 인가시키는 것에 의하여 상기 마찰휠(44)이 내측으로 탄성적으로 이동하게 되면, 상기 마찰휠(44)은 크랭크풀리(3)의 엔진벨트(5)와의 접촉상태 또는 워터펌프풀리(7)과의 접촉상태 중에서 적어도 어느 하나와의 접촉상태가 해제된다. 따라서 실질적으로 워터펌프로의 동력의 전달은 차단되어, 불필요한 동력전달을 방지할 수 있게 된다.

그리고 상기 필드코일(22)에서 발생하는 자력에 의하여 디스크(46)가 내측으로 당겨진 상태는, 실질적으로 판스프링(42)이 내측으로 탄성변형된 상태라고 할 수 있다. 따라서 이러한 상태에서 상기 판스프링(42)은 실질적으로 방사상의 외측으로 향하는 힘을 내재하고 있는 상태이다.

이러한 상태에서 워터펌프를 동작시켜야 하는 상태가 되면, 상기 필드코일(22)에 인가된 전류를 오프시키게 된다. 필드코일(22)에 인가되었던 전류가 차단되면, 상기 판스프링(42)은 잠재되어 있던 탄성 복원력에 의하여 다시 외측으로 이동하게 되어, 원래의 상태로 복귀하게 된다. 이렇게 되면 상기 마찰휠(44)은 다시 엔진벨트(5)의 배면 및 워터펌프풀리(7)에 접촉하여 마찰력에 기초한 회전 동력의 전달이 가능한 상태로 된다. 따라서 워터펌프는 다시 동작을 개시할 수 있게 된다.

그리고 워터펌프에 전달되는 토오크의 크기 조절은, 상기 캡(50)을 조작하는 것에 의하여 가능하다. 예를 들어 상기 탄성부재(56)가 하방으로 이동하는 방향으로 상기 캡(50)을 회전시키게 되면, 탄성부재(56)는 하부캡(54)을 하방으로 밀게 된다. 이렇게 되면, 상기 하부캡(54)을 통하여 코니컬베어링(38)이 하방으로 일정 간격 이동하게 된다. 상기 코니컬베어링(38)의 하방이동은 실질적으로 상부디스크(32)를 하방으로 이동시키게 된다.

상기 상부디스크(32)가 하방으로 일정 간격 이동하게 되면, 상부디스크(32)와 결합된 판스프링(42)의 상단부가 하방으로 이동하는 결과가 되고, 판스프링(42)의 상단부가 하방으로 이동하게 되면, 판스프링(42)의 측면은 외측으로(방사상으로) 돌출되는 방향으로 탄성 변형을 일으키게 된다. 이와 같이 판스프링(42)의 탄성 변형은 실질적으로 마찰휠(44)을 방사상으로 밀어내게 되어 마찰휠(44)의 직경이 커지게 될 것이다. 이렇게 되면 상기 크랭크풀리(3)의 엔진벨트(5)와 워터펌프풀리(7)와의 사이에서 더욱 견고한 접촉상태, 즉 접촉 면압이 더욱 큰 상태로 접촉하게 될 것이고, 보다 큰 토오크로 동력의 전달이 가능하게 될 것이다. 그리고 상기 캡(50)을 그 반대방향으로 돌리면 전달되는 토오크가 작아지게 되는 것은 당연하다고 할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 동력전달장치는, 마찰휠(44)이 엔진벨트(5) 또는 워터펌프풀리(7)와 접촉되도록 하거나 이격되도록 하는 것에 의하여, 선택적으로 동력을 단속할 수 있도록 구성하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 보호범위는 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

10 ..... 지지브라켓 12 .... 중심축
14 ..... 헤드부분 16 .....경사면
20 ..... 보빈 22 ..... 필드코일
32 ..... 상부디스크 34 ..... 하부디스크
36 ..... 베어링 38 ..... 코니컬베어링
42 ..... 판스프링 44 ..... 마찰휠
46 ..... 디스크 50 ...... 캡
52 ..... 결합축 56 ..... 탄성부재

Claims (3)

1. 엔진의 크랭크풀리(3)에 걸리는 엔진벨트(5)와, 워터펌프를 동작시키기 위한 워터펌프풀리(7) 사이에 설치되어 워터펌프로의 동력전달을 단속하는 동력전달장치로써;
   중심축(12)을 구비하는 지지브라켓(10)과;
   상기 중심축(12)에 설치되어, 전류의 인가에 의하여 자속을 발생하는 필드코일이 내장되는 보빈(20);
   상기 보빈(20)의 상부 및 하부에서 이격된 상태로 지지되며, 상기 중심축에 의하여 회전 가능하게 지지되는 상부디스크(32) 및 하부디스크(34);
   상기 상부디스크(32)와 하부디스크(34)를 외측에서 서로 연결하는 복수 개의 판스프링(42);
   상기 판스프링(42)의 내측에 설치되어, 필드코일에서 발생하는 자력에 의하여 내측으로 이동 가능한 디스크(46); 그리고
   상기 판스프링(42)의 외측에 설치되어, 엔진벨트(5) 및 워터펌프풀리(7)와의 접촉에 의하여 동력을 워터펌프로 전달하는 마찰휠(44)로 구성되는 워터펌프용 동력전달장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부디스크를 상하방으로 일정 간격 이동 가능하게 지지하는 지지수단을 더 포함하여 구성되는 워터펌프용 동력전달장치.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 지지수단은;
   상기 중심축의 상단부에서, 부분적인 원뿔상으로 형성되어 외측의 경사면(16)을 가지는 헤드부분(14)과;
   상기 헤드부분(14)의 경사면과 상부디스크의 내주면 사이에 설치되고, 상부디스크와 상하방향으로 연동하는 코니컬스프링(38);
   상기 헤드부분의 상부에 나사결합되는 결합축을 구비하는 캡(50); 그리고
   상기 캡의 하면과 상기 코니컬베어링 사이에 설치되는 탄성부재(56)로 구성되는 워터펌프용 동력전달장치.
   
   
   
   
   
   
   

Images