KR20120123046A

KR20120123046A - 통합된 디커플러를 가진 장치

Info

Publication number: KR20120123046A
Application number: KR1020127018252A
Authority: KR
Inventors: 존 알. 앙트착; 게리 제이. 스피서
Original assignee: 리텐스 오토모티브 파트너쉽
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-11-07
Also published as: CN102695859A; US20120299415A1; CA2784042A1; WO2011072391A1; EP2513453A1; CN102695859B; JP2013514749A

Abstract

액세서리는 기계, 입력 샤프트, 드라이브 부재 및 디커플러를 포함한다. 상기 기계는 하우징과 상기 하우징에서 회전하도록 지지된 로터를 갖는다. 상기 기계는 로터의 구동 회전에 응답하여 일에 영향을 미친다. 상기 입력 샤프트는 하우징 내부에 적어도 부분적으로 수용된다. 상기 드라이브 부재는 공동 회전을 위해 상기 입력 샤프트에 커플링되고, 상기 무한 동력 전달 요소와 입력 샤프트 사이에 회전력을 전달하기 위해 상기 무한 동력 전달 요소에 구동적으로 결합하도록 구성되어 있다. 상기 디커플러는 드라이브 부재로부터 축방향으로 이격되어 있고, 입력 샤프트가 미리 정해진 범위를 넘어 로터에 대해 상대적으로 감속할 때를 제외하고, 미리 정해진 회전 방향으로 입력 샤프트로부터 로터로 회전력이 전달될 수 있도록 허용하는 모드로 입력 샤프트와 로터를 커플링한다.

Description

통합된 디커플러를 가진 장치{DEVICE WITH INTEGRATED DECOUPLER}

본원은 기어, 벨트 또는 체인과 같은 무한 동력 전달 요소에 의해 구동되는 발전기 또는 펌프와 같은 기계를 포함하는 장치 또는 피동 액세서리(driven accessory)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본원은 통합형 디커플러를 가진 피동 액세서리에 관한 것이다.

(플랙시블 드라이브 및 기어 트레인 드라이브를 포함하는) 무한 동력 전달 요소에 의해 구동되는 피동 액세서리가 공지되어 있고 널리 채용되고 있다. 이러한 배열체의 하나의 일반적인 사용은 자동차 분야에서 사용되는 프론트 엔진 액세서리 드라이브(FEAD) 또는 리어 엔진 액세서리 드라이브(READ) 시스템이다. 일반적으로, FEAD 및/또는 READ 시스템은 차량의 내연 기관의 크랭크샤프트와, 상기 크랭크 샤프트에 의해 구동되는 교류 발전기(alternators), 워터 펌프, 스타터-발전기, 에어 컨디셔닝 컴프레서, 파워 스티어링 펌프 등과 같은 수개의 액세서리를 연결하는, 벨트 또는 체인 또는 기어 트레인과 같은 드라이브를 포함하며, 상기 액세서리들은 몇몇 예에서 상기 크랭크샤프트를 구동한다.

상기 드라이브 시스템이 광범위하게 채용되고 있으나, 이들은 몇가지 문제점으로 인해 곤란을 겪고 있다. 특히, 엔진의 실린더의 점화로 인해 발생하는 엔진 크랭크샤프트의 갑작스런 가속과 감속은 드라이브 시스템에서 바람직하지 않은 진동으로 나타나며, 이러한 바람직하지 않은 진동을 일반적으로 비틀림 진동이라 한다. 다른 문제점들 중에서도, 몇몇 조건 하에서, 비틀림 진동은 엔진 내부에서 허용할 수 없는 작동 소음 및/또는 유해한 공진으로 이어질 수 있다. 공진이 발생하지 않는 경우에도, 비틀림 진동은 드라이브 및 이와 연결된 액세서리들의 작동 수명을 감소시킬 수 있다.

엔진이 감속할 때, 장치로부터 드라이브로(및 그에 따라 크랭크샤프트로) 비교적 다량의 토크가 전달될 정도로 피동 액세서리가 충분한 관성을 갖고 있으면, 그러한 드라이브 시스템의 작동도 저하될 수 있다. 특히, 교류 발전기와 같은 피동 액세서리는 상당량의 관성을 갖고 있을 수 있으며, 이는 엔진이 감속할 때 드라이브를 통하여 교류 발전기로부터 크랭크샤프트로 상당한 수준의 토크를 전달하는 결과를 초래하게 된다.

그러한 드라이브 시스템에 의한 여타의 문제점을 해결하기 위해, 오버러닝 디커플러와 같은 디커플러를 채용하여 드라이브에 피동 액세서리를 연결하는 것이 공지되어 있다. 디커플러의 예로서는 본원의 양수인에게 양도된 미국 특허번호 제 6,083,130호, PCT 출원공개번호 제 WO04/011818 호 및 PCT 출원공개번호 제 WO06/081657 호가 포함된다. 공지된 바와 같이, 디커플러는 장치에 대한 비틀림 진동의 영향을 감소시키기 위해 드라이브와 피동 장치 사이에 탄성적인 연결을 제공한다. 오버러닝 디커플러는 탄성적인 연결에 부가하여 일방향 클러치 진동을 포함하며, 이는 장치로부터 드라이브로 토크의 전달을 감소시키기 위하여 드라이브가 감속하는 동안에 장치는 드라이브를 오버런할 수 있도록 허용한다.

디커플러는 FEAD 및 READ 시스템에 대하여 상당한 개선을 제공하였다. 그러나, 기존의 디커플러는 피동 액세서리를 드라이브에 연결하는 기어, 풀리 및/또는 스프로켓(즉, 피동 부재)에 맞도록 설계되어야만 한다. 피동 부재가 드라이브에 대해 회전하는 소정 비율(desired ratio)에 의해 피동 액세서리의 피동 부재의 직경이 정해지기 때문에, 피동 부재 내에서 디커플러 메커니즘에 있어서 이용가능한 공간/체적이 상당히 제한될 수 있다.

따라서, 드라이브 부재의 체적과 관계없이, 드라이브 속으로 패키징될 수 있는 방식으로 드라이브에 디커플러를 통합하는 것이 바람직할 수 있다.

이 항목은 본원의 대략적인 개요를 제공하며, 본원의 전체 범위 또는 그 모든 특징들을 포괄적으로 개시하지는 않는다.

일 형태에서, 본 교시는 무한 동력 전달 요소에 의해 구동되도록 구성된 피동 액세서리를 제공한다. 상기 피동 액세서리는 기계, 입력 샤프트, 드라이브 부재 및 디커플러를 포함한다. 상기 기계는 하우징과 상기 하우징에서 회전하도록 지지된 로터를 갖는다. 상기 기계는 로터의 구동 회전에 응답하여 일(work)에 영향을 미치거나, 일을 실시하거나, 일을 만들어낸다. 상기 입력 샤프트는 하우징 내부에 적어도 부분적으로 수용된다. 상기 드라이브 부재는 공동 회전을 위해 상기 입력 샤프트에 커플링되고, 상기 무한 동력 전달 요소와 입력 샤프트 사이에 회전력을 전달하기 위해 상기 무한 동력 전달 요소에 구동적으로(drivingly) 결합하도록 구성되어 있다. 상기 디커플러는, 입력 샤프트가 미리 정해진 범위를 넘어 로터에 대해 상대적으로 감속할 때를 제외하고, 미리 정해진 회전 방향으로 입력 샤프트로부터 로터로 회전력이 전달될 수 있도록 허용하는 모드로 입력 샤프트와 로터를 커플링함으로써, 입력 샤프트에 대해 상대적으로 미리 정해진 회전 방향으로 로터가 회전할 수 있도록 허용한다. 상기 디커플러는 드라이브 부재로부터 축방향으로 이격되어 있다.

다른 형태에서, 본 교시는 무한 동력 전달 요소에 의해 구동되도록 구성된 피동 액세서리를 제공한다. 상기 피동 액세서리는 발전기, 입력 샤프트 및 디커플러를 포함한다. 상기 발전기는 하우징과 상기 하우징에서 회전하도록 지지된 중공(hollow) 로터를 갖는다. 상기 입력 샤프트는 중공 로터 내에 수용된다. 상기 디커플러는 미리 정해진 회전 방향으로 입력 샤프트로부터 로터로 회전력이 전달될 수 있도록 허용하는 방식으로 입력 샤프트와 로터를 커플링한다. 상기 디커플러는, 입력 샤프트가 미리 정해진 범위를 넘어 로터에 대해 상대적으로 감속할 때, 로터가 입력 샤프트를 과속할 수 있도록 허용하기 위하여 로터로부터 입력 샤프트를 디커플링하도록 구성되어 있다.

피동 액세서리 내부에 디커플러를 통합함으로써, 상기 디커플러는 입력 부재와 함께 위치되었던 종래 기술의 디커플러보다 더 큰 크기의 부품들을 포함할 수 있다.

용용 가능한 다른 분야들이 본 명세서에 제공된 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 항목에 요약된 설명과 특수한 예들은 단지 개시를 위한 것이며, 본원의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.

본 명세서에 설명된 도면들은 단지 개시를 위한 것이며, 어떠한 방식으로도 본원의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다. 여러 도면들에서 유사하거나 동일한 요소들에는 일정한 식별번호를 부여하였다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 피동 액세서리의 종단면도이고,
도 2는 도 1과 유사한 도면이나, 피동 액세서리를 통한 회전력의 전달을 도시하고 있는 도면이며,
도 3은 도 1과 유사한 도면이나, 피동 액세서리의 기계의 로터가 기계에 전력을 공급하기 위해 채용된 드라이브를 오버러닝할 때, 피동 액세서리를 통한 회전력의 전달을 도시하고 있는 도면이고,
도 4는 본원의 교시에 따라 구성된 다른 피동 액세서리의 일부의 종단면도이며,
도 5a 및 5b는 도 4에 도시된 피동 액세서리의 부분과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 디커플러 조립체의 분해 사시도이고,
도 6은 도 4의 피동 액세서리의 부분과, 그에 커플링된 도 5a의 디커플러 조립체의 종단면도이며,
도 7은 도 4에 도시된 피동 액세서리의 부분과 함께 사용하기에 적합한 대안적으로 구성된 디커플러 조립체의 일부의 사시도이고,
도 8은 도 7의 디커플러를 채용하여 대안적으로 구성된 피동 액세서리의 부분 종단면도이며,
도 9는 본원의 교시에 따라 구성된 다른 피동 액세서리의 개략도로서, 기계의 하우징 외부에 위치된 디커플러를 가진 상기 피동 액세서리는 일을 만들어내거나 일에 영향을 미치기 위해 전달되는 회전력을 채용하고,
도 10은 본원의 교시에 따라 구성된 또 다른 피동 액세서리의 개략도로서, 상기 피동 액세서리는 입력 샤프트와 로터 또는 보조 드라이브 샤프트 사이에 반경 방향으로 위치된 디커플러를 가지며,
도 11은 본원의 교시에 따라 구성된 또 다른 피동 액세서리의 일부의 종단면도이다.
대응하는 참조번호는 여러 도면들 전체에서 대응하는 부분을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본원의 교시에 따라 구성된 피동 장치가 참조번호 20으로 포괄적으로 표시되어 있다. 피동 액세서리(20)는 교류 발전기로서 제공된 특수한 예에 도시되어 있는 기계를 포함한다. 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자들은 본 교시가 펌프, 팬, 컴프레서를 포함하는 다양한 다른 유형의 기계와 함께 채용될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 점에서, 일을 만들어내거나 일에 영향을 미치기 위해 기계의 로터를 구동하기 위하여, 디커플러를 통해 드라이브에 기계의 로터를 연결하는 것이 요구되는 경우, 본 발명이 실질적으로 모든 피동 장치와 함께 채용될 수 있을 것으로 예상된다.

피동 액세서리(20)는 드라이브의 플랙시블 벨트(미도시)에 결합하는 풀리(24) 형태의 드라이브 부재를 포함한다. 피동 액세서리(20)가 드라이브 부재로서의 풀리(24)를 갖춘 것으로 도시되어 있으나, 본원은 이에 한정되지 않으며, 상기 드라이브 부재는 (체인을 포함하는 드라이브에 결합하기 위한) 스프로켓, (기어 트레인을 포함하는 드라이브에 결합하기 위한) 기어, 또는 드라이브에 결합하기에 적합한 임의의 다른 부재를 포함할 수 있다.

풀리(24)는 드라이브의 회전 속도에 대하여 당해 풀리(24)가 소정의 회전 속도로 회전하도록 하는 외경을 갖는 크기로 되어 있다. 풀리(24)는 피동 액세서리(20)의 입력 샤프트(28)에 부착되어 함께 회전한다. 풀리(24)는 볼트(32)에 의한 것과 같이 임의의 적당한 수단에 의해 입력 샤프트(28)에 부착될 수 있다.

입력 샤프트(28)는 부싱(36)과 같은 한 쌍의 베어링 요소에 의해, 이하에 구체적으로 설명한 바와 같이, 중공의 로터 또는 보조 드라이브 샤프트(30) 내부에 동심원상으로(즉, 동축으로) 회전가능하게 장착된다. 부싱(36)은 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자가 생각하는 바와 같은 임의의 적당한 유형과 디자인의 부싱일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 베어링 요소는 보조 드라이브 샤프트(30)에 대한 입력 샤프트(28)의 회전을 허용하는 베어링 또는 임의의 다른 장치일 수 있다.

풀리(24)가 부착된 단부에 대향하는 입력 샤프트(28)의 단부는 일방향 클러치(40)와 같은 클러치에 연결될 수 있다. 제공된 예에서, 일방향 클러치(40)는 제 1 회전 방향의 토크 또는 회전력이 드라이브로부터 풀리(24)를 통해 입력 샤프트(28)까지 전달될 수 있도록 허용하면서, 제 2 역회전방향의 토크 또는 회전력이 보조 드라이브 샤프트(30)로부터 입력 샤프트(28)까지 전달되는 것을 방지하는 오버러닝 기능을 제공한다.

일방향 클러치(40)는 제공된 특수한 예에서 스프래그(sprag) 클러치이지만, 일방향 클러치(40)는 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자가 생각하는 바와 같은 임의의 적당한 일방향 클러치 메커니즘일 수 있으며, 그러한 메커니즘의 예로서는 와이어 랩핑 스프링 클러치(wire wrapped spring clutch), 롤러 핀 클러치, 캠 클러치, 폴 앤 래칫(pawl and ratchet) 클러치 등이 포함될 수 있다.

일방향 클러치(40)는 입력 샤프트(28)와 허브(44) 사이에서 작용하며, 다시 탄성 부재의 일측에 연결된다. 도시된 실시예에서, 탄성 부재는 코일 스프링(48)이며, 그의 일단부가 허브(44)에 결합하고, 그의 타단부가 보조 드라이브 샤프트(30)에 부착되어 함께 회전하는 환형 드라이버(52)에 결합한다. 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자는 일방향 클러치(40) 대신 하나 이상의 모드(예컨대, 통상적인 작동을 위한 일방향 클러치 모드와, 보조 샤프트(30)와 입력 샤프트(28)가 동시회전하는 로킹 모드와 같은 제 2 모드)로 작동하는 것을 허용하는 클러치를 제공하는 것이 바람직할 수 있음을 이해할 것이다. 대안적인 클러치 배열체는 클러치가 작동하는 모드를 제어하기 위해 전자식 또는 전자기식 액츄에이터를 채용할 수 있다. 그러한 대안적인 클러치 배열체는, 예컨대, 교류 발전기가 스타터 모터로서 채용된 경우, 채용될 수 있다. 하나의 예시적인 클러치 메커니즘이 "오버러닝이 가능한 자동차 스타터/발전기"란 명칭의 국제특허공개번호 제 WO03/104673A1 호에 개시되어 있다.

당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자에게 명백한 바와 같이, 탄성 부재는 코일 스프링인 것으로 한정되지 않으며, 고무 부재 또는 다른 탄성 재료로 형성된 부재, 비틀림 바 등과 같이, 당해 탄성 부재를 통해 비틀림 진동을 감쇠시키는 역할을 할 수 있는 임의의 다른 탄성 부재가 채용될 수 있다.

원통형 외부 본체(56)가 허브(44)에 부착되며, 코일 스프링(48)과 일방향 클러치(40)로 먼지 또는 물과 같은 이물질이 유입되는 것을 실질적으로 방지하고, 코일 스프링(48)과 일방향 클러치(40)로부터 피동 액세서리(20)의 나머지로 그리스 또는 오일과 같은 윤활제가 유입되는 것을 실질적으로 방지하기 위하여, 캡(60) 및 허브(44)와 함께, 코일 스프링(48)과 일방향 클러치(40)를 둘러싼다. 원통형 외부 본체(56)는 압입 끼워맞춤과 같은 임의의 적당한 방법으로 허브(44)에 부착될 수 있으며, 마찬가지로, 캡(60)도 압입 끼워맞춤과 같은 임의의 적당한 방법으로 원통형 외부 본체(56)에 부착될 수 있다.

보조 드라이브 샤프트(30)는 통상의 교류 발전기의 드라이브 샤프트와 유사한 방식으로 기능하고, 권선(64)과 그에 부착된 부시 또는 슬립 링(68)을 가지며, 따라서, 이들은 보조 드라이브 샤프트(30)와 함께 회전한다.

보조 드라이브 샤프트(30)는 일련의 베어링 요소(72)에 의해 피동 액세서리(20) 내부에 회전가능하게 장착될 수 있으며, 너트(76) 및 스러스트 와셔(80)와 같은 임의의 적당한 수단에 의해 제 위치에 유지될 수 있다.

원통형 외부 본체(56) 및 캡(60)과 함께, 일방향 클러치(40), 허브(44), 탄성 부재(이 예에서는, 입력 샤프트(28)와 동축인 코일 스프링(48)) 및 환형 드라이버(52)로 이루어진 조립체를 본 명세서에서는 오버러닝 디커플러 조립체(82)라 칭한다. 보조 드라이브 샤프트(30)로부터 연장하는 드라이브 부재(풀리(24))에 대향하는 입력 샤프트(28)의 단부에서와 같이, 오버러닝 디커플러 조립체(82)는 드라이브 부재(예컨대, 풀리(84))로부터 축방향으로 이격되어 있으며, 이에 따라, 오버러닝 디커플러 조립체는 상기 입력 샤프트(30)의 단부를 보조 드라이브 샤프트(30)에 커플링한다. 제공된 특수한 예에서, 오버러닝 디커플러 조립체는 기계(예컨대, 교류 발전기)의 하우징(H) 내에 위치된다. 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자들은, 그러나, 오버러닝 디커플러 조립체(82)가 다소 상이하게 패키징될 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 오버러닝 디커플러 조립체(82)는 도 9에 도시된 바와 같이 드라이브 부재(D')에 대향하는 기계(M')의 측면에서 기계(M')의 하우징(H') 외부에 배치될 수 있다. 다른 대안으로서, 오버러닝 디커플러 조립체(82")는 도 10에 도시된 바와 같이 입력 샤프트(28")와 보조 드라이브 샤프트(30") 사이에 반경 방향으로 패키징될 수 있다.

도 2를 참조하면, 제 1 회전 방향의 토크 또는 회전력이 벨트(84)에 의해 드라이브 부재(예컨대, 풀리(84))로 인가됨으로써, 입력 샤프트(28)가 제 1 회전 방향으로 회전하게 된다. 오버러닝 디커플러 조립체(82)에 회전력을 전달하기 위해 일방향 클러치(40)가 입력 샤프트(28)를 허브(44)에 커플링하게 된다. 회전력은 허브(44)로부터 탄성 부재(예컨대, 코일 스프링(48))를 통하여 환형 드라이버(52)로 전달된다. 환형 드라이버(52)가 보조 드라이브 샤프트(30)와 함께 회전하도록 커플링되어 있기 때문에, 환형 드라이버(52)의 회전이 보조 드라이브 샤프트(30)의 대응하는 회전에 영향을 미치게 됨으로써, 기계(예컨대, 교류 발전기)를 작동시키고, 이에 따라, 기계는 일을 생산하거나 일에 영향을 미치게 된다(예컨대, 전기를 생산하거나 전기에 영향을 미치게 된다).

도 3을 참조하면, 오버러닝 상태의 피동 액세서리(20)의 작동이 도시되어 있다. 도 2와 관련하여 설명한 작동 방식과는 달리, 벨트(84) 속도가 다소 둔화됨으로써, 입력 샤프트(28)는 보조 드라이브 샤프트(30)를 포함한 기계(예컨대, 교류 발전기)의 회전 부품들에 비해, 허브(44)가 입력 샤프트(28)에 견고하게 또는 고정식으로 커플링된다면 기계의 회전 부품들의 회전 관성이 기계가 드라이브 부재를 백드라이브(back-drive)할 수 있게 하려는 경향을 보이게 하는 미리 정해진 정도를 넘어서 감속되었다. 그러나, 일방향 클러치(40)는, 로터 또는 보조 드라이브 샤프트(30)가 입력 샤프트(28)의 속도를 초과하는 속도로 제 1 회전 방향으로 회전하도록 허용하고자 하는 경우, 입력 샤프트(28)로부터 허브(44)를 디커플링한다.

코일 스프링(48)이 비틀림 진동을 감쇠하기 위해 압축 및 팽창할 때, 입력 샤프트(28)는 보조 드라이브 샤프트(30)에 대해 단지 약간 회전하기 때문에, 일방향 클러치(40)가 자유 윤전(free wheeling)할 때, 즉, 오버러닝이 발생할 때, 더 고가이며 및/또는 더 대형인 롤러 베어링 등이 필요없이, 부싱(36)이 입력 샤프트(28)를 충분히 지지한다.

본원의 교시에 따라 구성된 다른 피동 액세서리가 도 4 내지 도 6에 도시되어 있으며, 참조번호 100으로 포괄적으로 표시되어 있고, 여기서, 도 1 내지 도 3의 실시예와 유사한 요소들은 유사한 참조번호로 표시하였다. 피동 액세서리(100)가 발전기를 포함하는 것으로서 도시되어 있으나, 피동 액세서리(100)의 기계는 일을 생산하거나 일에 영향을 미치기 위해 회전식 파워 입력을 채용한 임의의 유형의 기계를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.

도 4에는 아래에 설명한 오버러닝 디커플러 조립체를 부착하기 전의 피동 액세서리(100)가 도시되어 있다. 피동 액세서리(100)에서, 입력 샤프트(104)는 전술한 입력 샤프트(28)와 유사하나, 디커플러 조립체가 부착되도록 된 단부(108)를 포함한다.

도시된 실시예에서, 단부(108)는 디커플러 조립체를 수용하기 위해 나사가 형성된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 단부(108)가 스플라인 연결, 용접 연결 또는, 몇몇 상황에서, 간섭(압입 끼워맞춤) 연결을 포함하여 임의의 적당한 방식으로 디커플러 조립체에 부착되도록 구성될 수 있음이 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자에게는 명백할 것이다.

도 5a 및 도 5b는 오버러닝 디커플러 조립체의 예를 도시하고 있다. 도 5a를 특히 참조하면, 오버러닝 디커플러 조립체(120)는 "토크 제한기를 가진 오버러닝 디커플러"란 명칭으로 2008년 10월 27일자에 출원된 미국 가특허 출원번호 제 61/108,600 호와 이에 대응하는 "오버러닝 디커플러에서 공진을 방지하기 위한 방법"이란 명칭의 2009년 10월 27일자 PCT 출원에 교시된 오버러닝 디커플러와 유사하며, 이 특허출원들의 내용은 본 명세서에 그 전체가 개시되는 것처럼 인용에 의해 본 명세서에 통합되었다.

도 4를 추가적으로 참조하면, 오버러닝 디커플러 조립체(120)는 입력 샤프트(104)의 단부(108)에 결합하는 허브(124)를 포함함으로써, 허브(124)는 입력 샤프트(104)와 함께 회전하게 된다. 허브(124)는 외주연을 중심으로 위치된 부싱(132)을 가진 플랜지부(128)를 포함할 수 있으며, 입력 샤프트(104)에 대해 허브(128)를 조이는데 도움이 되도록 채용될 수 있는 공구를 수용할 수 있는 육각 키 홈(hex keyway)과 같은 설치 특징부(136)를 포함할 수 있다. 플랜지부(128)는 나선형 코일(비틀림) 스프링(140)을 형성하는 와이어의 하나의 축방향 단부면에 대해 접하는 멈춤부(142; stop)를 더 포함하며, 캐리어(144) 상의 멈춤부는 상기 코일 스프링(140)을 형성하는 와이어의 제 2 대향 축방향 단부면에 대해 접한다.

클러치 캐리어(144)에 와이어 랩 스프링 또는 와이어 랩 클러치(148)가 커플링된다. 와이어 랩 클러치(148)는 클러치 드라이버(152)의 내부 원통형 표면의 직경과 실질적으로 동일한 "정지(at rest)" 외경을 갖는다. 와이어 랩 클러치(148)의 대향 단부는 플랜지부(128)의 슬롯형 윈도우(160)에 수용되는 탱(tang)(156)으로 형성된다. 와이어 랩 클러치(148)는 당해 클러치에 도포되는 오일 또는 그리스와 같은 적당한 윤활제를 가질 수 있다.

스러스트 와셔(164)와 베어링(168)이 캐리어(144)와 클러치 드라이버(152)의 바닥 사이에 위치되며, 부싱(132)과 함께 이들은 클러치 드라이버(152)가 허브(124)에 대해 회전할 수 있도록 한다. 이물질 및/또는 윤활제의 유입 또는 유출을 방지하기 위해 시일(172)이 제공될 수도 있다. 클러치 드라이버(152)가 용접, 간섭 끼워맞춤 등과 같은 임의의 적당한 수단에 의해 보조 드라이브 샤프트(30)에 부착되어 이와 함께 회전한다.

도 5b에는 대안적인 디커플러 조립체(180)가 도시되어 있다. 디커플러 조립체(180)는 디커플러 조립체(120)에 채용된 것들과 유사한 부품으로 구성되어 있으며, 이 부품들은 유사한 참조번호로 표시되어 있으나, 클러치 드라이버(152)가 임의의 적당한 수단에 의해 서로 부착된 클러치 드라이버 베이스(184)와 클러치 드라이버 실린더(188)로 이루어진 2부분 조립체로 대체되었다는 것이 차이가 있다. 몇몇 환경에서, 제조비를 저감하고, 및/또는 부품들에 대한 강화(hardening) 또는 다른 제조 프로세스들이 보다 용이하게 실시될 수 있도록 하기 위하여, 2부분(184, 188) 클러치 드라이버를 채용하는 것이 바람직할 수 있다고 생각된다.

도 6은 피동 액세서리(100)에 설치된 디커플러 조립체(120)를 도시하고 있으며, 디커플러 조립체(180)는 동일한 방식으로 설치될 수 있다. 원한다면, 피동 액세서리는 디커플러 조립체(120)뿐만 아니라, 도 11에 도시된 바와 같이 입력 샤프트(28)에 직접 장착될 수 있는 통상의 디커플러(D)를 포함할 수 있다. 통상의 디커플러(D)는 국제특허공개번호 제 WO2006/081657 호에 구체적으로 개시되어 있으며, 이 공개특허의 내용은 본 명세서에 그 전체가 개시되는 것처럼 인용에 의해 본 명세서에 통합되었다.

다시 도 6을 참조하면, 토크가 풀리(24)에 인가되고, 그에 따라 입력 샤프트(104)에 인가될 때, 허브(124)는 그 토크를 코일 스프링(140)에 인가하고, 코일 스프링은 다시 그 토크를 캐리어(144)에 인가하게 된다. 캐리어(144)는 토크를 와이어 랩 클러치(148)의 단부에 인가함으로써, 와이어 랩 클러치(148)의 외경이 약간 팽창하는 결과를 초래하게 되며, 클러치 드라이버(152)(또는 184 및 188)의 내표면과 마찰 결합하도록 하여, 와이어 랩 클러치(148)가 클러치 드라이버(152)(또는 184 및 188)에 로킹하여 함께 회전하도록 효과적으로 로킹한다. 토크가 클러치 드라이버(152)(또는 184 및 188)에 인가되면, 토크는 보조 드라이브 샤프트(30)에 인가되어 피동 액세서리(100)의 권선(64)과 로터를 회전시키게 된다.

피동 액세서리(100)가 풀리(24)를 오버런하게 되는 경우, 보조 드라이브 샤프트(30)로부터 클러치 드라이버(152)(또는 184 및 188) 및 그에 따른 와이어 랩 클러치(148)로 토크가 인가된다. 클러치 드라이버(152)(또는 184 및 188)에 의해 와이어 랩 클러치(44)의 권선에 인가되는 토크는 와이어 랩 클러치(148)의 외경이 축소되도록 하여, 와이어 랩 클러치(148)가 클러치 드라이버(152)(또는 184 및 188) 내부에서 회전할 수 있도록 함으로써, 입력 샤프트(108)에 대한 토크의 전달을 방지하고, 피동 액세서리(100)가 풀리(24)를 오버런할 수 있도록 한다.

도시된 실시예에서, 디커플러 조립체(120 및 180)는 전술한 미국 가특허출원과 PCT 특허출원에 구체적으로 개시되어 있는 토크 제한 기능(즉, 디커플러 조립체(120 및 180)가 토크 클러치로서 추가적으로 작동할 수 있음)을 또한 제공한다. 구체적으로, 와이어 랩 클러치(148)의 탱(156)이 허브(124)의 슬롯형 윈도우(160)에 수용된다. 입력 샤프트(108)에 인가되는 토크가 미리 선택된 최대치를 초과하면, 코일 스프링(140)에 대한 부하로 인해 클러치 드라이버(152)(또는 184 및 188)에 대한 허브(124)의 회전 변위는 탱(156)이 슬롯형 윈도우(160)의 단부에 접촉하게 만들 것이다. 그 결과, 와이어 랩 클러치(148)의 외경이 감소됨으로써, 클러치 드라이버(152)(또는 184 및 188)가 와이어 랩 클러치(148)와 입력 샤프트(108)에 대해 "미끄러질" 수 있게 된다. 입력 샤프트(108)에 인가되는 토크가 미리 선택된 값 아래의 값으로 감소되면, 탱(156)은 슬롯형 윈도우(160)의 단부로부터 멀리 이동하게 되고, 와이어 랩 클러치(148)가 다시 팽창함으로써, 이를 클러치 드라이버(152)(또는 184 및 188)에 로킹하여 입력 샤프트(108)로부터 보조 드라이브 샤프트(30)로의 토크 전달을 허용한다.

오버러닝 디커플러 조립체(120,180)가 전술한 바와 같이 토크 제한 기능을 가진 것으로 본 명세서에 개시되어 있으나, 그러한 기능이 본원에서는 필요하지 않으며, 원한다면, 생략될 수 있음을 이해하여야 한다.

이제 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자에게 명백해진 바와 같이, 디커플러를 장치와 통합함으로써, 디커플러가 풀리 내부에 위치되었던 종래 기술에서 발생된 많은 문제점들을 피할 수 있다. 특히, 디커플러와 풀리를 분리함으로써, 풀리 내부에 끼워맞추기 위해 디커플러의 외경 및/또는 길이가 더 이상 제한되지 않는다. 이는 더 큰 외경 및/또는 길이를 가진 일방향 클러치가 채용될 수 있도록 허용하며, 그에 상응하여 일방향 클러치의 수명 증대, 그의 토크 전달 능력의 증대 및/또는 일방향 클러치의 제조비용 감소를 가능하게 한다. 마찬가지로, 디커플러의 탄성 부재가 더 큰 직경 또는 길이를 가질 수 있으며, 코일 스프링이라면, 더 두꺼운 권선 또는 더 많은 권선을 가질 수 있다. 또한, 코일 스프링 이외의 탄성 부재의 사용은, 더 큰 고무(또는 다른 탄성 재료) 부품들이 채용될 수 있으므로, 이제 더 용이하다.

일반적으로 풀리와 같은 드라이브 부재에 통합되는 종래 기술의 디커플러와 달리, 본원의 디커플러 조립체는 부품들의 향상된 수동 냉각(passive cooling)이 가능하도록 더 클 수 있으며, 또한, 클러치 드라이버 실린더와 같은 부품들이 자신들의 냉각을 향상시키기 위해 그 표면적을 증대시키기 위한 널(knurls) 또는 휜(fin)과 같은 특징부를 또한 구비할 수 있다. 또한, 능동 냉각이 제공될 수도 있을 것으로 생각된다. 예컨대, 도 7은 디커플러 조립체(180)와 유사한 디커플러 조립체(200)의 다른 실시예를 도시하고 있으나, 클러치 드라이버 베이스(204')는 디커플러 조립체(200)가 회전할 때 냉각 공기 흐름을 생성하기 위하여 일련의 임펠러 휜(208)을 포함하고 있다. 휜(208)이 클러치 드라이버 베이스(204')의 나머지로부터 반경 방향으로 외측 로만 연장하고 평평한 것으로 도시되었으나, 휜(208)이 소정의 방식(예컨대, 나선형으로)으로 형성될 수 있음을 이해할 것이다.

도 8은, 디커플러 조립체(200)가 장치에 설치되어 작동할 때, 임펠러 휜(208)에 의해 생성되는 (화살표(212)로 표시된) 냉각 기류를 도시하고 있다. 냉각 공기(212)로 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해, 장치 하우징(220)에 필터 요소(216)가 제공될 수 있다.

도 8에는, 장치 하우징(220) 내부의 체적(224)이 장치의 나머지 내부 체적에 대해 개방되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자에게 명백한 바와 같이, 원한다면, 장치의 나머지가 가진 온도로부터 냉각 기류(212)를 격리하기 위해, 체적(224)과 장치의 나머지 내부 사이에 적당한 배리어(미도시)가 제공될 수 있다.

디커플러의 냉각을 추가적으로 강화하기 위하여, 클러치 드라이버 및/또는 다른 부품들이 주변 공기에 대해 자신들의 폐열 발산을 강화하도록 처리될 수 있을 것으로 생각된다. 예컨대, 미국 92562 캘리포니아주 무리에타 아담스 애비뉴 26844에 소재한 테크 라인 코팅즈 인크.(Tech Line Coatings, Inc.)에 의해 제조된 TLTD 열 분산 코팅과 같은 코팅이 클러치 드라이버 및/또는 다른 부품들에 도포될 수 있다.

디커플러를 냉각하는 향상된 능력으로 인하여, 코일 스프링에 부가하여, 광범위한 구조가 디커플러의 탄성 부재를 위해 채용될 수 있을 것으로 생각된다. 예상 작동 온도 범위가 더 잘 관리될 수 있기 때문에, 예컨대, 고무 또는 고무 같은 요소들이 보다 용이하게 채용될 수 있다.

당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자에게 명백한 바와 같이, 본원의 장치가 물 또는 오일로 냉각되는 경우, 디커플러 조립체도 또한 그 물 또는 오일로 냉각될 수 있으며, 이에 따라, 디커플러의 냉각이 더 향상된다.

전술한 실시예에서, 디커플러의 모든 요소들이 입력 부재(즉, 풀리(24))로부터 장치의 대향 측면에 위치되어 있으나, 본원은 이에 한정되지 않으며, 디커플러의 요소들이 장치의 다른 부분에 위치될 수 있을 것으로 생각된다. 예컨대, 일방향 클러치가 스프래그 클러치 등이라면, 이는 장치에서 풀리(24)에 인접하여 위치될 수 있으며, 한편, 탄성 부재는 장치에서 대향 단부에 위치될 수 있다. 대안적으로, 특수한 응용예에서 충분한 체적이 이용가능하다면, 디커플러의 모든 부품들이 장치에서 입력 부재가 위치된 단부에 인접하여 위치될 수 있다.

또한, 본원이 종래 기술의 디커플러 메커니즘과 조합하여 채용될 수 있을 것으로 생각된다. 예컨대, 피동 액세서리(100) 상의 풀리(24)가 비틀림 진동으로부터 약간의 격리를 제공하는 종래 기술의 아이솔레이터(isolator)로 대체될 수 있다. 그 경우, 종래 기술의 아이솔레이터는 제 1 주파수 범위 내에서의 격리를 제공하는 반면, 디커플러 조립체(120)(또는 180)의 탄성 부재(140)는 제 2 주파수 범위 내에서의 격리를 제공하도록 선택될 수 있다. 이는, 예컨대, 차량이 정상적인 방식으로 차량으로서 구동될 수 있으며 하나의 주파수 범위에서 공진하게 되고, 그 차량이 정지될 수 있으나 다른 장비를 위한 발전기로서 작동하며, 차량의 엔진이 대형 발전기 또는 인버터를 구동함으로써, 상이한 조건하에서 작동하며 제 2 다른 주파수 범위에서 공진하게 되는 군사적 용도와 같은 경우에서 유용할 수 있다.

마찬가지로, 예컨대, 피동 액세서리(20) 상의 풀리(24)가 제 1 주파수 대역과 일방향 클러치에 모두 격리를 제공하는 종래 기술의 디커플러로 대체될 수 있다. 그 경우, 일방향 클러치(40)는 생략되거나, 또는 가외성(redundancy)을 제공하거나 추가적인 내하력(addition load carrying capacity)를 제공하기 위해 포함될 수 있는 반면, 탄성 부재(48)는 종래 기술의 디커플러에서의 탄성 부재와는 상이한 주파수 대역에 격리를 제공하도록 설계될 수 있다.

이제 알 수 있는 바와 같이, 본원은 드라이브에 연결되도록 된 장치를 제공하며, 드라이브에 대한 연결이 장치 내에 통합된 디커플러에 의해 이루어진다. 풀리 또는 스프로켓과 같은 입력 부재가 장치를 가요성 벨트 또는 체인 또는 기어 트레인과 같은 드라이브에 연결하고, 디커플러에 연결된 제 1 입력 샤프트에 입력 부재가 연결된다. 또한, 보조 드라이브 샤프트가 디커플러에 연결되고, 장치 내부의 교류 발전기의 로터와 같은 부하에 연결된다. 디커플러는 제 1 입력 샤프트와 보조 드라이브 샤프트 사이의 토크 전달이 가능하도록 작동한다.

바람직하게, 디커플러는 장치가 드라이브를 오버런할 수 있도록 오버러닝 기능을 제공하고, 드라이브에서 비틀림 진동으로부터의 격리를 모두 제공한다. 또한, 바람직하게, 장치는 드라이브에 의해 장치로 입력될 수 있는 토크의 양을 제한하도록 작동하는 토크 제한 특징부를 포함한다.

장치 내부에 디커플러를 통합함으로써, 디커플러는 입력 부재와 함께 위치되었던 종래 기술의 디커플러보다 더 큰 부품들을 포함할 수 있으며, 풀리와 같은 입력 부재 내부에 위치된 종래 기술의 디커플러에 비해 본원의 디커플러는 향상된 냉각을 이용할 수 있다.

도시된 피동 액세서리의 예들이 특수한 유형의 디커플러(즉, 오버러닝 디커플러)를 채용하고 있으나, 본원의 교시는 더 넓은 응용력을 갖고, 상기 디커플러가 기계의 로터의 오버러닝을 용이하게 하지 않는 유형일 수 있음을 이해할 것이다. 그러한 "논-오버러닝" 또는 평범한 디커플러의 예는 미국특허번호 제7,153,227호 및 제7,227,910호에서 볼 수 있으며, 이 특허들의 내용은 본 명세서에 그 전체가 개시되는 것처럼 인용에 의해 본 명세서에 통합되었다. 다른 예로서, 기계의 로터의 오버러닝은 요구되지 않지만, 비틀림 감쇠 또는 격리가 요구되면, 일방향 클러치(40)가 도 1에 도시된 예로부터 생략될 수 있으며, 허브(44)가 입력 샤프트(28)에 직접 커플링될 수 있다.

전술한 설명은 단지 사실상 예시적인 것이며, 본원, 그 응용예 또는 용도를 한정하려는 의도가 아님을 이해할 것이다. 구체적인 예들이 상세한 설명에 개시되고 도면에 도시되었지만, 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자에게는 특허청구범위에 규정된 바와 같은 본원의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변경이 만들어질 수 있으며 그 요소들에 대해 균등물들이 대체될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 다양한 예시들 사이에서 특성들, 요소들, 및/또는 기능들의 혼합과 정합이 본 명세서에서 명백히 고려되며, 따라서, 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자는 본원으로부터 일 예의 특성들, 요소들, 및/또는 기능들이 앞에서 달리 기재되지 않는 한, 또 다른 예에 적절하게 통합될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범위로부터 벗어나지 않으며, 본원의 교시들에 대한 많은 변경이 특수한 상황 또는 재료에 적합하도록 만들어질 수 있다. 따라서, 본원은 본원의 교시를 실시하기 위해 현재 고려되는 최상의 모드로서 도면에 도시되고 상세한 설명에 개시된 특수한 예에 한정되지 않으며, 본원의 범위는 전술한 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위에 속하는 임의의 실시예들을 포함하는 것으로 하고자 한다.

Claims

무한 동력 전달 요소에 의해 구동되도록 구성된 피동 액세서리이며,
하우징과 상기 하우징에서 회전하도록 지지된 로터를 갖고, 상기 로터의 구동 회전에 응답하여 일에 영향을 미치는 기계;
상기 하우징 내부에 적어도 부분적으로 수용된 입력 샤프트;
공동 회전을 위해 상기 입력 샤프트에 커플링되고, 상기 무한 동력 전달 요소와 상기 입력 샤프트 사이에 회전력을 전달하기 위해 상기 무한 동력 전달 요소에 구동적으로 결합하도록 된 드라이브 부재; 및
상기 입력 샤프트가 미리 정해진 범위를 넘어 상기 로터에 대해 상대적으로 감속할 때를 제외하고, 미리 정해진 회전 방향으로 상기 입력 샤프트로부터 상기 로터로 회전력이 전달될 수 있도록 허용하는 모드로 상기 입력 샤프트와 상기 로터를 커플링함으로써, 상기 입력 샤프트에 대해 상대적으로 미리 정해진 회전 방향으로 상기 로터가 회전할 수 있도록 허용하는, 디커플러를 포함하고,
상기 디커플러는 상기 드라이브 부재로부터 축방향으로 이격되어 있는,
피동 액세서리.
제 1 항에 있어서,
상기 입력 샤프트와 상기 로터는 동축으로 배치된,
피동 액세서리.
제 2 항에 있어서,
상기 입력 샤프트는 상기 로터 내부에서 회전하도록 지지된,
피동 액세서리.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디커플러는 상기 입력 샤프트와 상기 로터 사이에서 반경 방향으로 배치된,
피동 액세서리.
제 3 항에 있어서,
상기 입력 샤프트의 단부가 상기 로터로부터 연장하며, 상기 디커플러는 상기 입력 샤프트의 단부를 상기 로터에 커플링하는,
피동 액세서리.
제 5 항에 있어서,
상기 디커플러와 상기 드라이브 부재는 상기 입력 샤프트의 대향 단부들에 커플링된,
피동 액세서리.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디커플러는 상기 하우징 내에 수용된,
피동 액세서리.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디커플러는 허브, 드라이버, 및 상기 허브와 상기 드라이버 사이에 배치된 스프링을 포함하는,
피동 액세서리.
제 8 항에 있어서,
상기 디커플러는 상기 허브와 상기 입력 샤프트 사이의 일방향 클러치를 더 포함하고, 상기 일방향 클러치는 제 1 회전 방향으로의 상기 입력 샤프트에 대한 상기 허브의 회전을 허용하고 상기 제 1 회전 방향에 대향하는 제 2 회전 방향으로의 상기 입력 샤프트에 대한 상기 허브의 회전을 억제하는,
피동 액세서리.
제 9 항에 있어서,
상기 일방향 클러치는 스프래그 클러치 또는 랩 스프링 클러치인,
피동 액세서리.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링은 상기 입력 샤프트와 동축인 나선형 비틀림 스프링인,
피동 액세서리.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디커플러는 상기 입력 샤프트와 상기 로터 사이에서 전달되는 토크를 제한하는 토크 클러치를 포함하는,
피동 액세서리.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기계는 발전기인,
피동 액세서리.
무한 동력 전달 요소에 의해 구동되도록 구성된 피동 액세서리이며,
하우징과 상기 하우징에서 회전하도록 지지된 중공 로터를 가진 발전기;
상기 중공 로터 내에 수용된 입력 샤프트; 및
미리 정해진 회전 방향으로 상기 입력 샤프트로부터 상기 로터로 회전력이 전달될 수 있도록 허용하는 방식으로 상기 입력 샤프트와 상기 로터를 커플링하며, 상기 입력 샤프트가 미리 정해진 범위를 넘어 상기 로터에 대해 상대적으로 감속할 때, 상기 로터가 상기 입력 샤프트를 과속할 수 있도록 허용하기 위하여 상기 로터로부터 상기 입력 샤프트를 디커플링하도록 구성된, 디커플러를 포함하는,
피동 액세서리.
제 14 항에 있어서,
상기 디커플러는 상기 입력 샤프트와 상기 로터 사이에서 반경 방향으로 배치된,
피동 액세서리.
제 14 항에 있어서,
상기 입력 샤프트의 단부가 상기 로터로부터 연장하며, 상기 디커플러는 상기 입력 샤프트의 단부를 상기 로터에 커플링하는,
피동 액세서리.
제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
공동 회전을 위해 상기 입력 샤프트에 커플링된 드라이브 부재를 더 포함하고, 상기 드라이브 부재는 상기 무한 동력 전달 요소와 상기 입력 샤프트 사이에 회전력을 전달하기 위해 상기 무한 동력 전달 요소에 구동적으로 결합하도록 된,
피동 액세서리.
제 17 항에 있어서,
상기 디커플러와 상기 드라이브 부재는 상기 입력 샤프트의 대향 단부들에 커플링된,
피동 액세서리.
제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디커플러는 상기 하우징 내에 수용된,
피동 액세서리.
제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디커플러는 허브, 드라이버, 스프링, 및 상기 허브를 상기 입력 샤프트에 커플링하는 일방향 클러치를 포함하고, 상기 드라이버는 상기 로터에 커플링되며, 상기 스프링은 상기 디커플러를 통해 전달되는 비틀림 진동을 감쇠시키기 위해 상기 허브와 상기 드라이버 사이에 배치되고, 상기 일방향 클러치는 상기 허브와 상기 입력 샤프트 사이에 배치되며, 상기 일방향 클러치는 제 1 회전 방향으로의 상기 입력 샤프트에 대한 상기 허브의 상대적인 회전을 허용하고, 상기 제 1 회전 방향에 대향하는 제 2 회전 방향으로의 상기 입력 샤프트에 대한 상기 허브의 상대적인 회전을 억제하는,
피동 액세서리.
제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디커플러는 상기 입력 샤프트와 상기 로터 사이에서 전달되는 토크를 제한하는 토크 클러치를 포함하는,
피동 액세서리.
제 14 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디커플러는 피동 액세서리의 작동시 공기의 흐름을 발생시키도록 구성된 복수의 휜을 포함하는,
피동 액세서리.