KR20150091250A - 외부 제어식 팬·클러치 장치 - Google Patents

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KR20150091250A
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사토시 구보타
히로키 스가와라
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우수이 고쿠사이 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 냉각용 팬 정지시의 오일 공급구 및 오일 회수구의 정지 위치에 관계없이, 시동시의 동반 회전을 보다 효과적으로 억제할 수 있는 외부 제어식 팬·클러치 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
내부에 오일 저류실을 갖는 구동 디스크를 고착시킨 회전축체에 지지된 밀봉 하우징의 내부에, 상기 구동 디스크를 내장하는 토크 전달실을 구비하고, 환상의 오일 저류실의 측벽면에 마련된 오일 순환 유통 구멍을 개폐하는 자성을 갖는 밸브 부재(전기자)를, 회전축체에 지지한 전자석에 의해 작동시켜 오일 순환 유통 구멍을 개폐 제어하는 구조로 이루어진 팬·클러치 장치로서, 상기 환상의 오일 저류실 내에 원호 형상 벽으로 이루어진 칸막이벽과 이 원호 형상의 칸막이벽의 일단을 차폐하는 판 형상 칸막이벽에 의해 형성되는 오일 공급실을 마련하고, 이 오일 공급실에 오일 순환 유통 구멍과 오일 회수구를 배치한 구성으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

외부 제어식 팬·클러치 장치{EXTERNAL CONTROL TYPE FAN CLUTCH DEVICE}
본 발명은, 일반적으로 자동차 등에 있어서의 기관 냉각용의 팬 회전을 외부 주위의 온도 변화 혹은 회전 변화에 따라 제어하는 방식의 외부 제어식 팬·클러치 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각용 팬이 정지 상태에서 회전 상태로 이행할 때에 발생하는 이 냉각용 팬의 불필요한 동반 회전을 억제할 수 있는 외부 제어식 팬·클러치 장치에 관한 것이다.
종래, 이 종류의 팬·클러치 장치로는, 차량의 냉각 팬을 구동하는 점성 마찰 클러치가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이 점성 마찰 클러치는, 구동 디스크 및 하우징과, 환상의 공급 챔버(환상 공급실) 및 작업 챔버(작동실)와, 공급 챔버로부터의 전단 유체(오일)를 작업 챔버에 공급하는 공급 장치 및 작업 챔버로부터의 전단 유체를 공급 챔버로 환류시키는 환류 장치를 구비하고, 공급 챔버의 일부에 전단 유체의 저장 챔버(저장실)를 포함하며, 이 저장 챔버는 공급 챔버의 다른 부분에 의해 작업 챔버로부터 이격되어 있는 구성으로 이루어진 것으로, 상기 공급 챔버는 구동 디스크 내에 배치되고, 상기 저장 챔버는 환상 세그먼트로 이루어지며, 또한, 저장 챔버의 환상 세그먼트가 보충 용기로서 형성되고, 공급 챔버가 적어도 하나의 공급구와 적어도 하나의 환류구(회수구)를 포함하며, 그 공급구와 환류구는 각각 상기 공급 장치와 환류 장치의 일부를 형성하는 등의 특징을 갖는 것이다. 그리고, 이러한 구성을 갖는 외부 제어식 팬·클러치 장치는, 오일 공급실에 오일 저장실을 마련하고, 냉각용 팬 정지시에 오일이 공급구 및 회수구를 통해 오일 저장실측에서 작동실측으로 새는 오일량을 줄임으로써, 냉각용 팬이 정지 상태에서 회전 상태로 이행할 때에 발생하는 상기 냉각용 팬의 불필요한 동반 회전을 억제하는 방식이 취해지고 있다.
그러나, 상기한 종래의 외부 제어식 팬·클러치 장치의 경우는, 냉각용 팬 정지시에 오일 저장실에 오일을 저장할 수 있기 때문에, 작동실측으로의 오일의 누설량을 줄일 수는 있지만, 냉각용 팬 정지시의 오일 공급구 및 오일 회수구의 정지 위치에 따라서는, 정지시에 오일 저장실 내에 저장할 수 없는 오일량이 오일 회수구 및 오일 공급구로부터 새기 때문에, 시동시의 동반 회전 억제 효과를 충분히 얻을 수 없다고 하는 결점이 있었다.
[특허문헌 1] US7,886,886B2
본 발명은, 상기한 종래의 외부 제어식 팬·클러치 장치의 결점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 냉각용 팬 정지시의 오일 공급구 및 오일 회수구의 정지 위치에 관계없이, 시동시의 동반 회전을 보다 효과적으로 억제할 수 있는 외부 제어식 팬·클러치 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 외부 제어식 팬·클러치 장치는, 전자석의 자속을 효율적으로 밸브 부재의 전기자(armature)에 전달하기 위한 링 형상의 자성체를 전자석과 회전축체 사이에 삽입한 구성으로 이루어진 것으로, 그 요지는, 구동 디스크를 고착시킨 회전축체 상에, 베어링을 통해 지지된 비자성체의 케이스와 이 케이스에 장착된 커버로 이루어진 밀봉 하우징(sealed housing) 내부에, 구동 디스크를 내장하는 토크 전달실을 구비하고, 상기 구동 디스크의 내부를 중공으로 하여 마련한 환상의 오일 저류실의 측벽면에 토크 전달 간극으로 통하는 적어도 하나의 오일 순환 유통 구멍을 가지며, 상기 오일 순환 유통 구멍을 개폐하는 자성을 갖는 밸브 부재를 구비하고, 상기 밸브 부재는 구동 디스크에 장착된 판스프링에 전기자가 부착된 구성으로 이루어지며, 상기 회전축체에 베어링을 통해 지지한 전자석, 이 회전축체의 외주에 링 형상의 비자성 부재를 통해 배치한 링 형상의 자성 부재를 구비하고, 상기 전자석에 의해 상기 밸브 부재를 작동시켜 상기 오일 순환 유통 구멍을 개폐 제어하는 구조로 이루어지며, 구동측과 피구동측이 이루는 토크 전달 간극부에서의 오일의 유효 접촉 면적을 증감시켜 구동측에서 피구동측으로의 회전 토크 전달을 제어하도록 하여 이루어지는 외부 제어식 팬·클러치 장치로서, 상기 환상의 오일 저류실(오일 저장실) 내에 이 오일 저류실과 동심의 원호 형상 벽으로 이루어진 칸막이벽과 이 원호 형상의 칸막이벽의 일단을 차폐하는 판 형상 칸막이벽에 의해 형성되는 오일 공급실을 마련하고, 이 오일 공급실에 상기 오일 순환 유통 구멍(오일 공급구)과 오일 회수구를 배치한 구성으로 한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 외부 제어식 팬·클러치 장치는, 환상의 오일 저류실(오일 저장실) 내에 원호 형상 칸막이벽과 판 형상 칸막이벽에 의해 형성되는 오일 공급실을 마련하고, 이 오일 공급실에 오일 순환 유통 구멍(오일 공급구)과 오일 회수구를 배치함으로써, 냉각용 팬 정지시에 오일 저류실측의 오일 순환 유통 구멍(오일 공급구)과 오일 회수구로부터 작동실(토크 전달실)측으로 오일이 새는 것(오일 누설)을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 오일 공급구 및 오일 회수구의 정지 위치에 관계없이, 작동실로 새는 오일량을 감소시키거나 혹은 전혀 없게 할 수 있기 때문에 시동시의 동반 회전을 보다 효과적으로 억제할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 외부 제어식 팬·클러치 장치의 일 실시예를 도시한 종단면도이다.
도 2는 상기한 외부 제어식 팬·클러치 장치의 구동 디스크를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선 상의 종단면도이다.
도 4는 상기한 외부 제어식 팬·클러치 장치의 구동 디스크에 마련된 환상의 오일 저류실(오일 저장실)을 도시한 개략도이다.
도 5는 상기한 외부 제어식 팬·클러치 장치의 구동 디스크에 마련된 환상의 오일 저류실의 오일 공급구 및 오일 회수구의 정지 위치별 오일 저류 상태를 도시한 개략도로서, (a)는 오일 공급구 및 오일 회수구가 바로 아래에 위치하는 경우, (b)는 오일 공급구 및 오일 회수구가 바로 위에 위치하는 경우, (c)는 오일 공급구 및 오일 회수구가 바로 옆(좌측)에 위치하는 경우, (d)는 오일 공급구 및 오일 회수구가 바로 옆(우측)에 위치하는 경우를 각각 나타낸다.
도 1 내지 도 4에 도시된 외부 제어식 팬·클러치 장치는, 구동부(엔진)의 구동에 의해 회전하는 회전축체(구동축)(1)에, 베어링(13, 14)을 통해 케이스(2-1)와 커버(2-2)로 이루어진 밀봉 하우징(2)이 지지되고, 이 밀봉 하우징(2) 내의 토크 전달실(6) 내에 회전축체(1)에 고착된 구동 디스크(3)가 내장되어 있다. 이 구동 디스크(3)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 내부를 중공으로 하여 마련한 환상의 오일 저류실(오일 저장실)(5)의 일단부에 토크 전달실(6)로 통하는 대략 삼각 형상의 창구멍(7)이 형성되고, 또한 상기 대략 삼각 형상의 창구멍(7)과 반대측의 디스크 이면측에 후술하는 밸브 부재(10)의 부착부(11)와, 디스크 중앙의 축구멍(9)의 외측에 이 축구멍과 동심원 상에 서로 대향하는 위치에 원호 형상의 디스크 지지 다리부(12)가 돌출되어 형성되고, 회전축체(1)에 밀봉 하우징(2)을 지지하는 베어링(13, 14) 사이의 회전축체(1)에 고착되어 있다. 그리고 또한, 상기 구동 디스크(3)에는, 상기 환상의 오일 저류실(5) 내에 이 오일 저류실과 동심의 원호 형상 벽으로 이루어진 칸막이벽(5-2)과 이 원호 형상 칸막이벽의 일단을 차폐하는 판 형상 칸막이벽(5-3)에 의해 형성되는 오일 공급실(5-1)이 마련되고, 이 오일 공급실의 상기 창구멍(7)의 단부측의 측벽면에 토크 전달 간극으로 통하는 적어도 하나의 오일 순환 유통 구멍(오일 공급구)(8)과 오일 회수구(8-1)가 형성되어 있다. 또한, 상기 환상의 오일 저류실(5) 내에 마련된 오일 공급실(5-1)의 원주 방향 영역을 이 구동 디스크(3)의 중심점(O)과 원호 형상 벽으로 이루어진 칸막이벽(5-2)의 양단부를 연결하는 선에 의해 형성되는 각도(θ)(도 4)로 나타내면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 150°∼200°의 범위가 바람직하다. 그 이유로는, 150° 미만에서는 오일 순환 유통 구멍(오일 공급구)(8) 및 오일 회수구(8-1)가 바로 아래에 위치하는 경우, 오일 저류실 내에 저장할 수 없는 오일의 토크 전달실 내로의 누설량을 효과적으로 감소시킬 수 없고, 한편, 200°를 초과하면 오일 공급구 및 오일 회수구가 바로 아래에 위치하는 경우, 오일 저류실로부터의 토크 전달실측으로의 오일 누설량은 각도에 따라서는 오일 저류실 내에 저장할 수 없는 오일의 토크 전달실 내로의 누설량을 감소시킬 수는 있어도, 그 각도가 지나치게 커지면 반대로 오일의 흐름이 나빠져 오일 공급구에 오일이 순조롭게 들어가지 않게 된다고 하는 지장을 초래하기 때문이다. 또한, 오일 공급실(5-1)을 용적으로 규정하면, 오일 저류실(5)의 30∼40%의 범위가 바람직하다. 그 이유는, 상기 각도로 규정한 경우와 마찬가지로, 30% 미만에서는 오일 공급구 및 오일 회수구가 바로 아래에 위치하는 경우, 오일 저류실 내에 저장할 수 없는 오일의 토크 전달실 내로의 누설량을 효과적으로 감소시킬 수 없고, 한편, 40%를 초과하면 오일의 흐름이 나빠져 오일 공급구에 오일이 순조롭게 들어가지 않게 된다고 하는 지장을 초래하기 때문이다. 도면 중, 부호 4는 세퍼레이트 플레이트, 부호 8-2는 오일 회수 경로이다.
구동 디스크(3)에 마련된 오일 순환 유통 구멍(8)을 개폐하는 오일 공급용의 밸브 부재(10)는, 판스프링(10-1)과 전기자(10-2)로 이루어지고, 이 밸브 부재의 전기자(10-2)가 회전축체(1) 근방에 위치하도록 판스프링(10-1) 기단부를 디스크 이면측에 설치한 부착부(11)에 나사 등에 의해 고착시킨다. 또한, 밸브 부재(10)의 판스프링(10-1)의 기단부와 반대측은 구동 디스크(3)에 형성된 대략 삼각 형상의 창구멍(7)으로부터 커버(2-2)측으로 노출되어 그 선단부가 오일 순환 유통 구멍(8)과 서로 대향하는 위치에 있는 것은 물론이다.
한편, 밀봉 하우징(2)의 구동부측에는, 회전축체(1)에 베어링(15)을 통해 지지된 링 형상의 전자석 지지체(17)에 링 형상의 전자석(16)이 지지되고, 이 전자석(16)과 상기 밸브 부재(10) 사이의 회전축체(1)의 외주에 고정된 통 형상의 비자성체 링(19)의 외주에 제1 자성체 링(18)이 배치되고, 또한, 전자석(16)의 전자석 지지체(17)와 회전축체(1) 사이에 제2 자성체 링(20)이 전자석 지지체(17)에 대략 접하도록 회전축체(1) 바깥에서 끼워져 고정되어 있다. 또한, 제2 자성체 링(20)은, 전자석(16)의 자속을 효율적으로 밸브 부재의 전기자(10-2)에 전달하기 위해서 설치한 것이다.
상기 구성의 팬·클러치 장치에 있어서, 전자석(16)이 OFF(비여자)일 때에는 전기자(10-2)가 상기 판스프링(10-1)의 작용에 의해 구동 디스크(3)의 오일 순환 유통 구멍(8)으로부터 이격됨으로써 오일 공급실(5-1) 내에 형성된 이 오일 순환 유통 구멍(8)이 개방되어, 오일 저류실(5)과 토크 전달실(6)이 연통하고, 오일 저류실(5) 내의 오일이 이 오일 저류실(5) 내에 마련된 오일 공급실(5-1)로부터 토크 전달실(6) 내로 공급되고, 냉각용 팬(도시하지 않음)이 정지 상태에서 회전 상태로 이행할 때에 발생하는 냉각용 팬의 불필요한 동반 회전이 억제된다. 한편, 전자석(16)이 ON(여자)일 때에는 전기자(10-2)가 상기 판스프링(10-1)에 대항하여 흡인됨으로써, 상기 판스프링(10-1)이 구동 디스크(3)에 압접하여 오일 순환 유통 구멍(8)이 폐쇄되고, 오일 저류실(5) 내의 오일이 토크 전달실(6) 내로 공급되지 않는다.
여기서, 환상의 오일 저류실(5) 내에 마련된 오일 공급실(5-1) 내에 오일 순환 유통 구멍(오일 공급구)(8)과 오일 회수구(8-1)를 배치함으로써, 시동시의 동반 회전을 그 오일 순환 유통 구멍(8)과 오일 회수구(8-1)의 위치에 관계없이 방지할 수 있는 이유를 도 5에 기초하여 설명한다. 또한, 도 5 중, 사선부는 냉각용 팬 정지시의 오일 저장량을 나타낸다.
도 5의 (a)는 오일 순환 유통 구멍(오일 공급구)(8)과 오일 회수구(8-1)가 바로 아래에 위치하는 경우이며, 이 경우 오일 공급실(5-1) 내에는 오일이 저장되어 있지 않기 때문에, 냉각용 팬 정지시에 환상의 오일 저류실(5) 내에 저장할 수 없는 오일의 토크 전달실(6) 내로의 누설량을 감소시킬 수 있다. 도 5의 (b)는 오일 순환 유통 구멍(오일 공급구)(8)과 오일 회수구(8-1)가 바로 위에 위치하는 경우이며, 이 경우도 도 5의 (a)의 경우와 마찬가지로, 냉각용 팬 정지시에 환상의 오일 저류실(5) 내에 저장할 수 없는 오일의 토크 전달실(6) 내로의 누설량을 감소시킬 수 있다. 도 5의 (c)는 오일 순환 유통 구멍(오일 공급구)(8)과 오일 회수구(8-1)가 바로 옆(좌측)에 위치하는 경우이며, 이 경우도 도 5의 (a), (b)의 경우와 마찬가지로, 냉각용 팬 정지시에 환상의 오일 저류실(5) 내에 저장할 수 없는 오일의 토크 전달실(6) 내로의 누설량을 감소시킬 수 있다. 또한, 도 5의 (d)는 오일 순환 유통 구멍(오일 공급구)(8)과 오일 회수구(8-1)가 바로 옆(우측)에 위치하는 경우이며, 이 경우도 도 5의 (a), (b), (c)의 경우와 마찬가지로, 냉각용 팬 정지시에 환상의 오일 저류실(5) 내에 저장할 수 없는 오일의 토크 전달실(6) 내로의 누설량을 감소시킬 수 있다.
또한, 전자석(16)이 ON(여자)일 때, 자기 회로는 전자석(16), 제1 자성체 링(18), 전기자(10-2), 회전축체(1) 및 제2 자성체 링(20)으로 구성되고, 자속은 전자석(16)→제1 자성체 링(18)→전기자(10-2)→회전축체(1)→제2 자성체 링(20)의 순서로 흐르기 때문에, 전자석(16)의 자속이 효율적으로 밸브 부재(10)의 전기자(10-2)에 전달되어 소비전력을 저감할 수 있다.
1 : 회전축체(구동축)
2 : 밀봉 하우징
2-1 : 케이스
2-2 : 커버
3 : 구동 디스크
4 : 세퍼레이트 플레이트
5 : 오일 저류실
5-1 : 오일 공급실
5-2 : 원호 형상 벽으로 이루어진 칸막이벽
5-3 : 판 형상 칸막이벽
6 : 토크 전달실
7 : 창구멍
8 : 오일 순환 유통 구멍
8-1 : 오일 회수구
8-2 : 오일 회수 경로
9 : 축구멍
10 : 밸브 부재
10-1 : 판스프링
10-2 : 전기자
11 : 밸브 부재 부착부
12 : 디스크 지지 다리부
13, 14, 15 : 베어링
16 : 전자석
17 : 전자석 지지체
18 : 제1 자성체 링
19 : 비자성체 링
20 : 제2 자성체 링
O : 구동 디스크의 중심점

Claims (1)

  1. 구동 디스크를 고착시킨 회전축체 상에, 베어링을 통해 지지된 비자성체의 케이스와 이 케이스에 장착된 커버로 이루어진 밀봉 하우징의 내부에, 구동 디스크를 내장하는 토크 전달실을 구비하고, 상기 구동 디스크의 내부를 중공으로 하여 마련한 오일 저류실의 측벽면에 토크 전달 간극으로 통하는 적어도 하나의 오일 순환 유통 구멍을 가지며, 상기 오일 순환 유통 구멍을 개폐하는 자성을 갖는 밸브 부재를 구비하고, 상기 밸브 부재는 구동 디스크에 장착된 판스프링에 전기자가 부착된 구성으로 이루어지며, 상기 회전축체에 베어링을 통해 지지한 전자석, 이 회전축체의 외주에 링 형상의 비자성 부재를 통해 배치한 링 형상의 자성 부재를 구비하고, 상기 전자석에 의해 상기 밸브 부재를 작동시켜 상기 오일 순환 유통 구멍을 개폐 제어하는 구조로 이루어지며, 구동측과 피구동측으로 이루어지는 토크 전달 간극부에서의 오일의 유효 접촉 면적을 증감시켜 구동측에서 피구동측으로의 회전 토크 전달을 제어하도록 하여 이루어지는 외부 제어식 팬·클러치 장치로서, 상기 환상의 오일 저류실 내에 이 오일 저류실과 동심의 원호 형상 벽으로 어루어진 칸막이벽과 이 원호 형상의 칸막이벽의 일단을 차폐하는 판 형상 칸막이벽에 의해 형성되는 오일 공급실을 마련하고, 이 오일 공급실에 상기 오일 순환 유통 구멍과 오일 회수구를 배치한 구성으로 한 것을 특징으로 하는 외부 제어식 팬·클러치 장치.
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