KR20160127655A - 모든 전자기 클러치 설계에 대해 최적화된 클러치 견인력 - Google Patents

모든 전자기 클러치 설계에 대해 최적화된 클러치 견인력 Download PDF

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KR20160127655A
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말레 인터내셔널 게엠베하
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Abstract

본 발명의 압축기용 전자기 클러치 장치는 압축기 하우징 내에 수용되는 내부 샤프트 단부 및 압축기 하우징으로부터 축방향으로 돌출하는 외부 샤프트 단부를 갖는 크랭크 샤프트를 포함한다. 풀리 조립체는 회전자 몸체 및 풀리를 구비한다. 회전자 몸체는 코일 하우징을 수용하고 풀리 베어링에 의해 압축기 하우징 상에서 회전 가능하게 지지된다. 코일 하우징은 반경방향 내부 환형 벽, 반경방향 외부 환형 벽, 및 내부 샤프트 단부 부근의 코일 하우징의 축방향 단부의 저부를 포함한다. 전기자 플레이트는 축방향으로 변위 가능한 방식으로 외부 샤프트 단부에 연결되고 크랭크 샤프트와 함께 회전한다. 코일 하우징의 내부 환형 벽 및 외부 환형 벽의 외부 표면은 축방향 개방 단부 부근에서보다 코일 하우징의 저부 부근에서 서로로부터 더 멀리 이격된다.

Description

모든 전자기 클러치 설계에 대해 최적화된 클러치 견인력{OPTIMIZED CLUTCH PULL FORCE FOR ALL ELECTRO MAGNETIC CLUTCH DESIGNS}
본 발명은 공조 시스템에 사용되는 압축기에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 압축기를 위한 전자기 클러치 장치에 관한 것이다.
차량 공조 시스템에서, 압축기는 필요할 때에만 작동된다. 따라서, 구동 기구에 압축기를 커플링하기 위해, 압축기는 통상적으로 회전 가능한 크랭크 샤프트, 벨트 또는 체인을 거쳐 구동되는 회전 가능한 풀리 조립체, 및 크랭크 샤프트와 풀리 조립체를 커플링 및 커플링 해제하는 클러치를 포함한다.
통상적으로, 에너지가 공급될 때 전기자 플레이트를 회전자 몸체와 접촉시키는 코일을 포함하는 전자기 클러치가 사용된다. 회전 고정 방식 및 축방향 변위 가능한 방식으로 크랭크 샤프트 상에 장착되는 전기자 플레이트는 따라서 풀리 조립체에 마찰식으로 커플링되어 풀리 조립체와 함께 회전한다. 따라서, 풀리 조립체의 회전은 크랭크 샤프트의 회전을 초래한다.
이러한 유형의 배열체가 일반적으로 공지되어 있으며 신뢰할만하지만, 본 발명의 일 목적은 클러치의 기능을 최적화하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 압축기용 전자기 클러치 장치는 압축기 하우징 내에 수용되는 내부 샤프트 단부 및 압축기 하우징 외측으로 축방향 돌출하는 외부 샤프트 단부를 갖는 크랭크 샤프트를 포함한다. 또한, 회전자 몸체 및 그에 고정식으로 부착되는 풀리를 갖는 풀리 조립체는 코일 하우징을 수용하는 환상 공동을 가지며 풀리 베어링에 의해 압축기 하우징 상에 회전 가능하게 지지된다. 코일 하우징은 반경방향 내부 환형 벽, 반경방향 외부 환형 벽, 외부 샤프트 단부와 대면하는 축방향 개방 단부, 및 반경방향 내부 환형 벽으로부터 내부 샤프트 단부 부근의 코일 하우징의 축방향 단부에 있는 반경방향 외부 환형 벽으로 연장하는 저부를 포함한다. 회전자 몸체에 인접한 전기자 플레이트는 크랭크 샤프트와 함께 회전하도록 축방향으로 변위 가능한 방식으로 외부 샤프트 단부에 연결된다. 코일 하우징의 내부 환형 벽 및 외부 환형 벽 각각은 외부 표면을 가지며, 상기 외부 표면은 축방향 개방 단부 부근에서보다 코일 하우징의 저부 부근에서 서로로부터 더 멀리 이격된다. 이로 인해, 코일 하우징 내에서 코일을 위해 가용될 수 있는 공간에 영향을 주지 않으면서 이전에 가능했던 것보다 더 많은 자속이 코일 하우징을 통과할 수 있다.
바람직하게는, 코일의 내부 환형 벽은 코일 하우징의 저부 부근의 제1 두께 및 축방향 개방 단부에서의 제2 두께를 가지며 외부 환형 벽은 코일 하우징의 저부 부근의 제3 두께 및 축방향 개방 단부에서 제4 두께를 갖는 방식으로 추가의 재료가 제공되는데, 상기 제1 두께와 상기 제2 두께 사이의 차이는 상기 제3 두께와 상기 제4 두께 사이의 차이보다 크다.
바람직하게는, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 40% 내지 100% 만큼, 특히 50% 내지 80% 만큼 더 크다.
또한, 바람직하게는 상기 제3 두께는 상기 제4 두께보다 최대 50% 만큼, 특히 15% 내지 30% 만큼 더 크다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 코일 하우징에 추가된 재료는, 코일 하우징의 내부 환형 벽이 상부 단부에서의 크랭크 샤프트로부터의 상부 거리 및 저부 단부에서의 크랭크 샤프트로부터의 저부 거리를 가지며, 상부 단부와 저부 단부 사이에 배치되는 경사진 부분이 상기 크랭크 샤프트로부터의 상이한 거리들을 연결하는 테이퍼를 형성하는 방식으로 분포된다.
예컨대, 내부 환형 벽의 상부 부분 및 저부 부분은 원통형일 수 있다. 이러한 기하학적 형상으로 인해, 코일 하우징의 개방 단부에 또는 저부에 근접하게 테이퍼를 이동시키는 시뮬레이션에 의해 용이한 모델링이 가능하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 코일 하우징에 추가되는 재료는, 코일 하우징의 외부 환형 벽이 상부 단부에서의 크랭크 샤프트로부터의 상부 거리 및 저부 단부에서의 크랭크 샤프트로부터의 저부 거리를 가지며, 상부 단부와 저부 단부 사이에 배치되는 경사진 부분이 상기 크랭크 샤프트로부터의 상이한 거리들을 연결하는 테이퍼를 형성하는 방식으로 분포된다.
예컨대, 외부 환형 벽의 상부 부분 및 저부 부분은 원통형일 수 있다. 이러한 기하학적 형상으로 인해, 코일 하우징의 개방 단부로 또는 저부로 더 근접하게 테이퍼를 이동시키는 시뮬레이션에 의해 용이한 모델링이 가능하다.
내부 환형 벽은 코일 하우징의 단면에 걸쳐 자속 밀도의 더욱 균일한 분포를 위해 외부 환형 벽보다 더 긴 축방향 길이를 가질 수 있다.
제조 공정의 간소화를 위해, 풀리 및 회전자 몸체는 하나의 모놀리식 부품으로 형성될 수 있다.
추가의 세부 사항 및 이익이 첨부된 도면의 후속하는 설명으로부터 명확해질 것이다. 도면은 단지 도시를 목적으로 제공되었으며, 본 발명의 범주를 제한하려고 의도되지 않았다.
도면에서,
도 1은 풀리 조립체를 갖는 압축기의 측면도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 유형의 압축기의 풀리 조립체, 통상의 클러치 및 크랭크 샤프트를 통과하는 단면을 도시한다.
도 3a는 도 2에 도시된 풀리 조립체 내의 자속 밀도의 시뮬레이션을 도시한다.
도 3b는 도 2에 도시된 풀리 조립체를 통과하는 자속선을 도시한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풀리 조립체 내의 자속 밀도의 시뮬레이션을 도시한다.
도 5는 도 4의 실시예와 유사하지만 다른 풀리 조립체를 갖는 풀리 조립체 및 클러치를 통과하는 단면을 도시한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 풀리 조립체 내의 자속 밀도의 시뮬레이션을 도시한다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 풀리 조립체 내의 자속 밀도의 시뮬레이션을 도시한다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 풀리 조립체 내의 자속 밀도의 시뮬레이션을 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자동차용 압축기(10)는 압축기 하우징(12) 및 풀리 조립체(14)를 포함한다. 풀리 조립체(14)는 시이브(20)를 갖는 풀리(18) 및 회전자 몸체(16)를 포함한다. 풀리 조립체(14)는 압축기 하우징(12) 상에 회전 가능하게 장착되고 자동차의 엔진으로부터 또는 대안적으로는 전기 모터로부터 풀리 조립체(14)로 회전 운동을 전달하는 벨트 또는 체인(도시 생략)과 맞물리도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 회전자 몸체(16) 및 풀리(18)는 하나의 모놀리식 부품으로 도시된다. 하지만, 풀리 조립체(14)는, 적절한 방식으로 서로에게 견고하게 고정되는 회전자 몸체(16) 및 풀리(18)로부터 형성될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 압축기(10)는 압축기 하우징(12) 내에 회전 가능하게 장착되는 크랭크 샤프트(22)를 포함한다. 크랭크 샤프트는 압축기 하우징 내측의 내부 단부(24) 및 압축기 하우징 외측으로 돌출하는 외부 단부(26)를 갖는다. 크랭크 샤프트(22)는 압축기(10)의 내부 구성요소를 구동하는데, 이 내부 구성요소는 더 상세하게 도시되지는 않는다. 크랭크 샤프트(22)는 샤프트 베어링(28)에 의해 압축기(10) 내에 지지된다. 이 샤프트 베어링(28)은 크랭크 샤프트(22)가 압축기 하우징(12)에 대해 회전할 수 있게 한다. 풀리 조립체(14)는 풀리 베어링(30)에 의해 압축기 하우징(12) 상에 지지된다. 풀리 베어링(30)은 풀리 조립체(14)가 압축기 하우징(12)에 대해 회전할 수 있게 한다.
압축기(10)는 풀리 조립체(14)의 회전이 크랭크 샤프트(22)로 전달되어 압축기(10)를 구동하도록 크랭크 샤프트(22)에 풀리 조립체(14)를 선택적으로 연결하기 위해 전자기 클러치(32)를 포함한다. 전자기 클러치(32)는 클러치 허브(36)를 통해 크랭크 샤프트(22)의 외부 단부(26) 상에 장착되는 전기자 플레이트(34)를 포함한다. 전기자 플레이트(34)는 전기자 플레이트(34)가 크랭크 샤프트(22)와 함께 회전하지만 크랭크 샤프트(22) 및 압축기 하우징(12)에 대해서는 축방향으로 이동하는 것이 허용되는 방식으로 장착된다.
전기자 플레이트(34)는 축방향 간극이 전기자 플레이트(34)와 풀리 조립체(14) 사이에 존재하는 맞물림 해제된 위치를 갖는다. 이 위치에서, 풀리 조립체(14)는 크랭크 샤프트(22)에 대해 자유롭게 회전하며, 회전 운동은 전기자 플레이트(34)로 전달되지 않는다.
하지만, 전기자 플레이트(34)는 전기자 플레이트(34)가 회전자 몸체(16)와 접촉하는 맞물린 위치로 이동할 수 있다. 전기자 플레이트(34)가 회전자 몸체(16)와 접촉할 때, 회전자 몸체(16)와 전기자 플레이트(34) 사이의 마찰로 인해, 풀리 조립체(14)의 회전 운동이 회전자 몸체(16)로부터 전기자 플레이트(34)로 전달되어 크랭크 샤프트(22)로 전달된다.
회전자 몸체(16) 내에서, 전자기 코일 조립체(38)는 환상 공동(40) 내에 배치된다. 코일 조립체(38)는 환상 공동(40) 내에 배치되고 크랭크 샤프트(22) 주위에 연장되는 코일 하우징(42) 내의 적어도 하나의 코일을 포함한다. 코일 하우징(42)은 축방향 내부 환형 벽(44), 축방향 외부 환형 벽(46) 및 외부 환형 벽(46)으로부터 내부 환형 벽(44)으로 반경방향 연장하는 저부(48)를 갖는다. 코일 하우징(42)의 저부(48)는 크랭크 샤프트(22)의 내부 단부(24)와 대면하는 회전자 몸체(16)의 환상 공동(40)의 개방 측부를 폐쇄한다. 압축기 하우징(12)과 코일 하우징(42) 사이에서 연장하는 링 디스크(50)가 풀리 베어링(30)을 오염으로부터 보호한다.
전류가 코일 조립체(38)를 통해 흐를 때, 자기장이 발생된다. 코일 하우징(42)은 전자기장을 회전자 몸체(16)의 저부 통해 그리고 상기 간극을 가로질러 축방향 외측으로 유도하며, 그로 인해, 자기장은 전기자 플레이트(34)를 회전자 몸체(16)를 향해 축방향으로 견인한다. 전기자 플레이트(34)가 회전자 몸체(16)와 접촉하였을 때, 자기장은 전기자 플레이트(34)와 회전자 몸체(16)의 접촉을 유지시킬 것이며, 그로 인해 풀리 조립체(14)로부터의 회전 운동이 전기자 플레이트(34)로 마찰 전달될 것이다.
통상의 클러치 설계의 일 목적은 전기자 플레이트(34)와 맞물리기 위한 자기 강도를 최대화하고 전력 소비를 최소화하는 것이다.
현재 클러치 기술의 공통의 배열체에 의해, 회전자 몸체(16) 및 코일 조립체(38)가 서로 안착된다. 이러한 통상의 배열체는 다소 이상적이지 못한데, 이는 주변 스틸의 국소 자속 포화를 초래하기 때문이다. 상기 스틸의 이러한 국소 자속 포화는 클러치(32) 내의 전체 자속 회로가 제한되게 한다. 따라서, 상기 자속 포화는 전기자 플레이트(34)의 자기 인력(magnetic attraction)을 제한하고 그로 인해 코일 조립체(38)에 의해 가해지는 기자력을 감소시킴으로써 클러치 강도를 제한한다. 기자력은 소정의 코일 설계에서 권선("턴")의 수와 전류의 곱이며 암페어-턴의 단위로 표현되는데, 여기서 1 암페어-턴은 1 권선의 코일에서 흐르는 1 암페어의 직류 전류에 의해 발생되는 기자력이다. 이 기자력은 소정의 클러치 설계를 위한 자기 견인력(magnetic pull force)을 시뮬레이션하는데 사용된다. 자속 포화로 인한 기자력의 제한은 도 3에서 코일 하우징(42)의 저부(48) 부근에서 확인할 수 있다.
코일 하우징(42)의 저부(48)가 코일 하우징(42)의 내부 환형 벽(44) 및 외부 환형 벽(46)과 만나는 전이 영역에서, 자속은 매우 높은 밀도를 가지며 자속을 전달하기 위한 스틸 재료의 부족으로 인해 포화된다. 이러한 재료 부족으로 인해 자속에 병목 효과가 발생된다.
풀리(18)의 형상 및 풀리 크기는 얼마나 많은 추가의 재료가 전이 영역 내에서 코일 하우징(42)에 추가될 수 있는 지를 제한한다. 하지만, 풀리(18)는 코일 하우징(42)의 전이 영역 부근에서 자속으로 포화되지 않는다. 충분한 자속을 발생시키기 위해, 더 적은 재료가 풀리(18)의 이러한 부분에 요구되는데, 이는 나머지 재료에서의 자속 밀도가 과포화되지 않고 증가될 수 있기 때문이다.
이러한 구현은 코일 하우징(42)의 전이 영역에서의 포화를 완화시키는 코일 하우징(42) 및 회전자 몸체(16)의 쌍 조립체를 구성하는 것을 돕는다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 코일 하우징(42)의 환형 벽(44, 46)은 코일 하우징(42)의 저부(48)의 원격에서보다 코일 하우징(42)의 저부 부분(52)에서 더 두껍다. 이는 코일 하우징(42)의 개방 축방향 단부 부근에서보다 코일 하우징(42)의 저부(48) 부근에서 서로로부터 더 멀리 이격되도록 내부 환형 벽(44) 및 외부 환형 벽(46)의 외부 표면(56 및 58)을 배치함으로써 달성된다. 따라서, 코일 하우징(42)에 추가되는 재료는 코일 조립체(38)를 수용하는 코일 하우징(42)의 내부 공간에 영향을 주지 않는다.
코일 하우징(42)의 내부 공간의 단면은 종래 기술로부터 대체로 공지된 바와 같이 대체로 원통형이거나 약간 사다리꼴을 유지한다. 상기 내부 공간이 내부 환형 벽(44)과 외부 환형 벽(46) 사이에서 그리고 코일 하우징(42)의 저부(48)로부터 코일 하우징(42)의 개방 단부로 축방향으로 약간 넓어질 수 있지만, 내부 벽들의 거리는 외부 표면(56, 58)의 거리가 코일 하우징(42)의 저부(48)로부터 개방 단부로 축방향으로 감소되는 양보다 적은 양만큼 증가한다. 벽 두께와 관련하여, 코일 하우징(42)의 저부(48) 부근에 추가되는 재료는 축방향 개방 단부 부근의 벽 두께의 40% 내지 100% 만큼, 양호하게는 50% 내지 80% 만큼 내부 환형 벽(44)의 두께를 증가시킨다. 외부 환형 벽(46)의 두께는 최대 50%, 바람직하게는 15% 내지 30% 만큼 증가된다.
반대로, 코일 하우징(42)의 저부 부분(52)이 통상의 배열체 내에서보다 현재 더 넓기 때문에, 유사한 양의 재료가 회전자 몸체(16)로부터 제거된다. 회전자 몸체(16)의 환상 공동(40)은 따라서 전기자 플레이트(34)로부터 코일 하우징(42)의 저부(48)를 향하는 방향으로 넓어진다. 따라서, 쌍을 이루는 회전자 몸체(16) 및 코일 하우징(42)은 서로 연대하여 안착된다.
코일 하우징(42)의 저부 부분(52)의 확장된 설계는 더 많은 재료가 자속의 제한을 완화시키기 위해 코일 하우징(42)의 저부 부분(52) 내에 존재할 수 있게 한다. 마찬가지로, 회전자 몸체(16) 상에서, 종래의 설계에서는 자속 밀도로 불포화상태인 저부 부분(52) 부근의 영역이 더 적은 재료를 수용하는데, 이 영역에서는 증가된 자속 밀도를 통해 상기 영역에 필요한 동일한 전체 자속이 여전히 달성될 수 있다.
도 4 및 도 5는 코일 하우징(42)의 폭이 증가된 저부 부분(52)을 갖는 본 발명의 제1 실시예를 도시한다. 내부 환형 벽(44) 및 외부 환형 벽(46)은 코일 하우징(42)의 저부 부분(52) 내의 자속 밀도를 완화시키며, 동시에 회전자 몸체(16)의 종래의 불포화된 영역은 종래의 설계에서보다 더 높은 자속 밀도에 도달하는데, 이는 포화가 막 시작되었다는 것을 나타낸다.
도 4 및 도 5의 실시예에서, 코일 하우징(42)의 환형 벽(44, 46)은 3개의 부분으로 구성된다. 코일 하우징(42)의 저부(48) 부근의 저부 부분(52)에서, 내부 및 외부 환형 벽(44, 46)은 서로 대체로 평행하게 연장하는 외부 표면(56, 58)을 갖는다. 코일 하우징(42)의 개방 단부에 인접한 상부 부분(54)에서, 내부 및 외부 환형 벽(44, 46)의 외부 표면(56, 58) 역시 서로 평행하게 연장하지만, 저부 부분(52)에서보다 서로로부터 더 작은 거리에 위치된다. 상부 부분(54)과 저부 부분(52)을 연결하는 경사진 부분(60)이 상부 부분(54)의 외부 표면(56, 58)의 더 작은 거리와 저부 부분(52)의 외부 표면(56, 58)의 더 큰 거리 사이의 전이부를 생성하는 테이퍼를 포함한다.
반경방향 외측으로보다 환형 코일 하우징(42)으로부터 즉, 크랭크 샤프트(22)와 대면하는 측부상에서 반경방향 내측으로 더 많은 재료가 회전자 몸체(16)로부터 제거될 수 있기 때문에, 코일 하우징 저부(48)를 향한 코일 하우징(42)의 내부 환형 벽(44)의 반경“‡향으로 내향하는 테이퍼는 코일 하우징(42)의 외부 환형 벽(46) 상의 반경방향으로 외향하는 테이퍼보다 크랭크 샤프트(22)로부터의 거리와 관련하여 더 큰 반경방향 단차를 가교할 수 있다. 따라서, 외부 환형 벽(46)의 외부 표면(58)보다 코일 하우징(42)의 내부 환형 벽(44)의 외부 표면(56)에 더 많은 재료가 추가된다. 따라서, 코일 하우징(42)의 내부 환형 벽(44)은, 상부 부분(54)에서의 두께(D4)와 저부 부분(52)에서의 외부 환형 벽(46)의 두께(D3) 사이의 차이보다 코일 하우징(42)의 상부 부분(54)에서의 개방 단부의 두께(D2)와 저부 부분(52)의 두께(D1) 사이의 두께의 차이가 더 크다.
코일 하우징(42) 및 풀리(18)의 기하학적 형상은 자속 밀도가 코일 하우징(42)의 단면에 대해 가장 고르게 그리고 잠재적으로는 회전자 몸체(16)의 단면에 대해 고르게 분포될 때까지 가상 모델 내에서 조작될 수 있다. 균일한 분포는 기하학적 제한으로 인해 쉽게 달성되지 않는다. 하지만, 종래의 배열체에 비해 상당한 향상이 자기 견인력을 최대화함으로써 달성될 수 있다. 최대화된 견인력은 설계가 코일 조립체(38) 내에 사용되는 자석 와이어의 양을 감소시킬 수 있게 하여, 더 낮은 질량 및 비용을 초래한다. 가능하게는, 더 작은 코일 조립체(38)가 사용될 수 있는데, 이는 역시 패키징 크기를 감소시키고 풀리(18)의 전체 길이를 감소시켜서, 풀리 조립체(14)에 요구되는 스틸의 양을 추가로 감소시킨다.
도 6 및 도 7은 도 4 및 도 5의 실시예의 변형례를 도시한다. 도 6에서, 경사진 부분(60)은 상부 부분(54)이 내부 및 외부 환형 벽(44, 46)의 대부분을 점유하도록 코일 하우징(42)의 저부(48)로 더 근접되게 이동된다. 반대로, 도 7에서, 상부 부분(54)은 도 4 및 도 5의 실시예에 비해 경사진 부분(60)을 상향 이동시킴으로써 짧아진다. 도 6 및 도 7은 넓어지지 않은 상부 부분(54)과 넓어진 저부 부분(52) 사이에서 연장하는 코일 하우징(42)의 경사진 부분(60)의 위치를 변경하는 효과를 도시한다.
도 6 및 도 7은 회전자 몸체(16) 내의 환상 공동(40)의 형상이 환상 공동(40)의 벽 내의 대응 테이퍼를 갖는 코일 하우징(42)의 형상에 어떻게 맞춰지는지를 도시한다. 테이퍼가 저부 부분(52)을 넓이기 위해 코일 하우징(42)의 환형 벽(44, 46)의 내측 표면 상에 추가될 수 있지만, 이 영역에서의 재료의 추가는 구리 또는 알루미늄 와이어로 이루어진 코일 조립체(38)의 크기로 인해 제한된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 코일 하우징(42)의 저부 부분(52)에 재료를 추가하는 대안적 방식은 코일 하우징(42)의 내부 및 외부 환형 벽(44, 46)의 전체 축방향 길이를 따라 코일 하우징(42)의 환형 벽(44, 46)의 외측 표면에 단면 테이퍼(62)를 추가하는 것을 포함한다. 이 테이퍼(62)는 코일 하우징(42)의 전체 축방향 길이에 걸쳐 도 4 내지 도 7의 실시예의 경사진 부분(60)을 연장시킨다. 전술된 바와 같이, 코일 하우징(42) 내측에 테이퍼 단면을 추가하는 것은 코일 크기를 제한하고 그로 인해 나머지 공간 내에서 표준 코일과 함께 달성될 수 있는 기자력을 제한하는 부작용을 갖는다. 풀리(18)의 환상 공동(40)은 코일 하우징(42)의 저부(48)를 향해 대응적으로 테이퍼 형성되고 넓어진다.
그 결과, 코일 하우징(42)의 내부 및 외부 벽의 외부 표면(56, 58) 사이의 최대 거리는 코일 하우징(42)의 저부 부분(52)에 존재하는데, 이는 코일 하우징(42)의 저부(48)에 축방향으로 가장 근접한 부분이다. 반대로, 도 4 내지 도 7과 같이, 이들 두 개의 외부 표면(56, 58) 사이의 가장 짧은 거리는 코일 하우징(42)의 저부(48)의 축방향 반대편인 코일 하우징(42)의 개방 단부 부근에서 발견된다.
반경방향 외측으로보다 회전 축에 대해 환형 코일 하우징(42)으로부터 반경방향 내측으로 더 많은 재료가 풀리(18)로부터 제거될 수 있기 때문에, 코일 하우징 저부(48)를 향한 코일 하우징(42)의 내부 환형 벽(44)의 반경방향으로 내향하는 테이퍼(62)는 코일 하우징(42)의 외부 환형 벽(46) 상에서 반경방향으로 외향하는 테이퍼(62)보다 회전축에 대해 더 큰 각도를 형성할 수 있다. 따라서, 이전 예에서와 마찬가지로, 코일 하우징(42)의 내부 환형 벽(44)은 외부 환형 벽(46)보다 코일 하우징(42)의 개방 단부와 저부 부분(52) 사이의 두께 차이가 더 크다. 도 8에 도시된 바와 같이, 예컨대, 추가된 재료의 전체 체적은 내부 환형 벽(44) 상에 고르게 합체될 수 있는 반면에, 외부 환형 벽(46)은 거의 원통형 형상을 갖는다. 풀리(18)의 환상 공동(40)은 다시 코일 하우징(42)의 내향 및 외향 테이퍼(62)를 반영하는 상보적 형상을 갖는다. 코일 하우징(42) 및 풀리(18)의 향상된 형상은 코일 조립체(38)를 위한 공간을 유지하면서 배열체의 자기 포화를 균일하게 한다.
도면에서, 도 4 및 도 6 내지 도 8의 풀리(18)는 풀리 시이브(20)를 도시하는데, 상기 풀리 시이브는 회전자 몸체(16)로부터 풀리 시이브(20)로 반경방향으로 연장하는 링-형상 디스크 상에 형성된다. 반대로, 도 1, 도 2 및 도 5는 회전자 몸체(16) 상에 직접 형성된 시이브(20)를 도시한다. 도 4 및 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 회전자 몸체(16)로부터 시이브(20)의 반경방향 분리가 회전자 몸체(16) 내에서 자속 밀도에 영향을 줄 수 있지만, 제공된 근거는 두 설계 모두 그리고 코일 조립체(38)를 수용하는 환상 공동(40)을 제공하는 임의의 다른 설계에 적용될 수 있다. 따라서, 시이브(20)가 임의의 요구되는 직경을 갖도록 치수 결정될 수 있으며, 동시에 코일 하우징(42) 및 환상 공동(40)이 도 4 내지 도 8 중 어느 하나의 설계 또는 다양한 설계의 조합을 적용함으로써 향상될 수 있다. 예컨대, 도 4 내지 도 7의 상부 및 저부 부분(54, 52)은 도 8에 도시된 것과 같이 테이퍼질 수도 있으며, 경사진 부분(60)은 단지 상부 부분(54)과 저부 부분(52)보다 더 급격한 경사를 가질 수 있다. 상부 부분(54)에 비해 저부 부분(52)에 더 많은 재료를 추가하는 임의의 어떠한 외형도 가능하다.
또한, 모든 실시예는 내부 환형 벽(44)이 외부 환형 벽(46)보다 더 긴 축방향 길이를 갖는다는 것을 도시한다. 따라서, 내부 환형 벽(44)은 외부 환형 벽(46)보다 전기자 플레이트(34)를 향해 더 근접하게 연장된다. 도시된 예에서, 이러한 기하학적 형상은 자속 밀도의 더욱 균일한 분포를 초래한다. 하지만, 코일 하우징(42)의 내부 및 외부 환형 벽(44, 46)의 축방향 길이는 자속을 최적화하기 위해 예컨대, 추가의 시뮬레이션에서 변경될 수도 있다.
상기 배열체의 이익은 종래의 설계에서와 동일한 자력을 획득하는데 있어서의 코일 와이어의 더 낮은 요구조건이다. 이는 신규한 클러치 설계를 포함하는 압축기(10)의 패키징 공간의 감소 및 비용의 저감을 초래한다. 대략 20% 내지 35%의 구리(또는 알루미늄) 질량 감소가 종래의 설계에 비해 달성될 수 있다.
본 발명이 단지 제한된 수의 실시예와 함께 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 그러한 기술된 실시예에 제한되지 않는다는 것이 쉽게 이해되어야 한다. 오히려, 본 발명은 본 발명의 사상 및 범주에 상응하지만 본원에 기술되지 않은 임의 수의 변형예, 대안예, 대체예 또는 균등 배열체를 포함하도록 변경될 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예가 기술되었지만, 본 발명의 양태는 기술된 실시예의 일부만을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (12)

  1. 압축기(1)를 위한 전자기 클러치 장치이며,
    압축기 하우징(12) 내에 수용되는 내부 샤프트 단부(24) 및 압축기 하우징(12)으로부터 축방향으로 돌출하는 외부 샤프트 단부(26)를 구비하는 크랭크 샤프트(22)와,
    회전자 몸체(16) 및 그에 견고하게 부착되는 풀리(18)를 갖는 풀리 조립체(14)로서, 회전자 몸체(16)는 풀리 베어링(30)에 의해 압축기 하우징(12) 상에 회전 가능하게 지지되며 코일 하우징(42)을 수용하는 환상 공동을 가지며, 코일 하우징(42)은 반경방향 내부 환형 벽(44), 반경방향 외부 환형 벽(46), 내부 샤프트 단부(26)와 대면하는 축방향 개방 단부, 및 반경방향 내부 환형 벽(44)으로부터 내부 샤프트 단부(24) 부근의 코일 하우징(42)의 축방향 단부에 있는 반경방향 외부 환형 벽(46)으로 반경방향으로 연장하는 저부(48)를 포함하는, 풀리 조립체와,
    회전자 몸체(16)에 인접하고 크랭크 샤프트와 함께 회전하도록 축방향으로 변위 가능한 방식으로 내부 샤프트 단부(26)에 연결되는 전기자 플레이트를 포함하고,
    코일 하우징(42)의 내부 환형 벽(44) 및 외부 환형 벽(46) 각각은 외부 표면(56, 58)을 가지며, 외부 표면(56, 58)은 축방향 개방 단부 부근에서보다 코일 하우징(42)의 저부(48) 부근에서 서로로부터 더 멀리 이격되는 전자기 클러치 장치.
  2. 제1항에 있어서, 코일의 내부 환형 벽(44)은 코일 하우징(42)의 저부(48) 부근의 제1 두께 및 축방향 개방 단부에서의 제2 두께를 가지며, 외부 환형 벽(46)은 코일 하우징(42)의 저부(48) 부근의 제3 두께 및 축방향 개방 단부에서의 제4 두께를 가지며, 상기 제1 두께와 상기 제2 두께 사이의 차이는 상기 제3 두께와 상기 제4 두께 사이의 차이보다 큰 전자기 클러치 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 40% 내지 100% 만큼 더 큰 전자기 클러치 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 50% 내지 80% 만큼 더 큰 전자기 클러치 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제3 두께는 상기 제4 두께보다 최대 50% 만큼 더 큰 전자기 클러치 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제3 두께는 상기 제4 두께보다 15% 내지 30% 만큼 더 큰 전자기 클러치 장치.
  7. 제1항에 있어서, 코일 하우징(42)의 내부 환형 벽(44)은 상부 단부(상부 부분(54))에서의 크랭크 샤프트로부터의 상부 거리 및 저부 단부(저부 부분(52))에서의 크랭크 샤프트로부터의 저부 거리를 가지며, 상기 상부 단부와 저부 단부 사이에 배치되는 경사진 부분(60)이 상기 크랭크 샤프트(22)로부터의 상이한 거리들을 연결하는 테이퍼를 형성하는 전자기 클러치 장치.
  8. 제7항에 있어서, 내부 환형 벽(44)의 상부 단부에 인접한 상부 부분(54) 및 내부 환형 벽(44)의 저부 단부에 인접한 저부 부분(52)은 원통형인 전자기 클러치 장치.
  9. 제1항에 있어서, 코일 하우징(42)의 외부 환형 벽(46)은 코일 하우징(42)의 저부에 인접한 저부 부분 및 축방향 개방 단부에 인접한 상부 부분을 포함하고, 상기 저부 부분 및 상부 부분은 크랭크 샤프트로부터 상이한 거리들을 가지며, 상기 상부 부분과 저부 부분 사이에 배치되는 경사진 부분이 상기 상이한 거리들을 연결하는 테이퍼를 형성하는 전자기 클러치 장치.
  10. 제9항에 있어서, 외부 환형 벽(46)의 상부 단부에 인접한 상부 부분(54) 및 외부 환형 벽(46)의 저부 단부에 인접한 저부 부분(52)은 원통형인 전자기 클러치 장치.
  11. 제1항에 있어서, 내부 환형 벽(44)은 외부 환형 벽(46)보다 큰 축방향 길이를 갖는 전자기 클러치 장치.
  12. 제1항에 있어서, 풀리(18) 및 회전자 몸체(16)는 하나의 모놀리식 부품으로 형성되는 전자기 클러치 장치.
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