KR20160142844A - 방사상으로 배향된 디커플링 메커니즘을 구비한 풀리 조립체 - Google Patents

방사상으로 배향된 디커플링 메커니즘을 구비한 풀리 조립체 Download PDF

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Abstract

방사상으로 배향된 디커플링 메커니즘을 갖는 풀리 조립체가 개시된다. 풀리 조립체는 관통 보어를 가지는 풀리 바디, 허브, 및 일방향 클러치 메커니즘을 포함한다. 풀리 바디는 주 회전 방향으로 회전 가능하다. 허브는 회전축을 한정한다. 허브는 풀리 바디 내에 배치된다. 일방향 클러치 메커니즘은 허브를 방사상으로 둘러싼다. 일방향 클러치 메커니즘은 결합 위치와 분리 위치를 포함한다. 허브와 풀리 바디는 일방향 클러치 메커니즘이 결합 위치에 있으면 주 회전 방향으로 함께 회전한다. 허브는 일방향 클러치 메커니즘이 분리 위치에 있으면 풀리 바디에 대해 자유롭게 회전한다.

Description

방사상으로 배향된 디커플링 메커니즘을 구비한 풀리 조립체{PULLEY ASSEMBLY WITH RADIALLY ORIENTED DECOUPLING MECHANISM}
본 발명은 개괄적으로 풀리에 관한 것이고, 특히 방사상으로 배향된 디커플링 메커니즘을 구비한 풀리 조립체에 관한 것이다.
예를 들어, 물 펌프, 교류 발전기/발전기, 냉각제를 냉각하기 위한 팬, 파워 스트어링 펌프, 및 압축기를 포함하는 다양한 자동차의 액세서리 조립체들은 차량 엔진을 사용하여 구동될 수 있다. 특히, 모터 차량의 엔진 샤프트에 의해 작동되는 구동 풀리는 무한 구동 벨트를 구동하며, 무한 구동 벨트는 차례로 구동 풀리를 통해 액세서리 조립체들을 구동한다. 무한 구동 벨트, 다양한 풀리들 및 텐셔너 풀리 조립체는 보조 구동 시스템(accessory drive system)으로서 지칭될 수 있다.
예를 들어 연소기관 연소에 의해 개시되는 주기적인 토크 펄스는 상당한 속도 이행(speed transition)을 생성할 수 있다. 이러한 속도 이행은 보조 구동 시스템의 종동 구성요소들(driven component)의 매끄러운 동작을 방해할 수 있다. 아울러, 시동, 정지 및 기어 변속과 관련된 관성 및 종동 속도 이행은 또한 종동 구성요소들의 동작을 방해할 수 있다. 이러한 이행은 무한 벨트 점프, 무한 벨트 마모, 베어링 마모, 및 소음과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 바람직하지 않은 효과를 유발할 수 있다.
오버러닝 교류발전기 디커플러(OAD)는 토크 변화 또는 속도 이행을 약화시키도록 사용될 수 있다. OAD는, 교류 발전기가 통상 무한 구동 벨트에 의해 구동되는 액세서리들의 가장 큰 관성 하중을 가짐에 따라서, 보조 구동 시스템의 교류 발전기 상에 설치된다. OAD는 디커플링 능력을 가지며, 또한 교류 발전기에 비틀림 격리(torsional isolation)를 제공한다. 교류 발전기와 같은 보다 큰 관성 구성요소들을 시스템으로부터 분리하는 것에 의해, 이러한 무한 벨트 마모, 무한 벨트 소음, 베어링 수명, 및 텐셔너 아암(tensioner arm)의 움직임과 같은 문제는 개선될 수 있다.
비록 OAD가 보조 구동 시스템의 다양한 구성요소들의 소음뿐만 아니라 수명을 개선할 수 있을지라도, 몇몇 결점이 현재 존재한다. 예를 들어, OAD는 부품 복잡성 및 보조 조립체에서 패키징 공간(packaging space)으로 인하여 추가의 비용을 발생시킬 수 있다. 이러한 것은 일부 적용에서 OAD를 사용하는 것을 힘들게 할 수 있다. 더욱이, 일부 형태의 OAD들은 오염 또는 열에 특히 민감할 수 있다. 끝으로, 일부 형태의 OAD들은 소음, 토크 일관성, 낮은 히스테리시스(low hysteresis), 또는 매끄러운 스프링 상수(spring rate)에 의한 문제를 가질 수 있다.
예를 들어 교류 발전기와 같은 구동 액세서리의 입력 샤프트와 풀리 조립체의 외부 종동 활차(driven sheave) 사이의 일방향 상대 운동(one-way relative motion)을 허용하도록 내부 디커플러 시스템을 이용하는 개선된 풀리 조립체가 개시된다. 개선된 풀리 시스템은 크랭크 샤프트와 풀리 조립체의 외부 종동 활차 사이에 일방향 상대 운동을 허용하도록 또한 사용될 수 있다.
종동 풀리 조립체에 있어서, 풀리 조립체의 활차가 주 회전 방향(predominate rotational direction)으로 구동될 때, 풀리 조립체의 클러칭 메커니즘은 보조 입력 샤프트를 맞물고 구동한다. 상대 토크 역전(relative torque reversal)이 예를 들어 종동 속도 이행의 결과로서 일어날 때, 개시된 풀리 조립체의 내부 클러칭 메커니즘은 외부 종동 활차로부터 종동 보조 샤프트룰 분리하고, 이에 의해, 심지어 풀리의 종동 활차보다 큰 속도에서도 주 회전 방향으로 종동 샤프트가 모멘텀에 의해 계속 회전하는 것을 허용한다.
구동 풀리 조립체에 있어서, 크랭크 샤프트에 결합된 풀리의 허브가 주 회전 방향으로 회전될 때, 풀리 조립체의 클러칭 메커니즘은 풀리 조립체의 활차를 맞물고 구동한다. 상대 토크 역전이 예를 들어 크랭크 샤프트 속도 이행의 결과로서 일어날 때, 개시된 풀리 조립체의 내부 클러칭 메커니즘은 크랭크 샤프트로부터 풀리 조립체의 활차를 분리하고, 이에 의해, 심지어 크랭크 샤프트보다 큰 속도에서도 주 회전 방향으로 풀리의 활차가 모멘텀에 의해 계속 회전하는 것을 허용한다.
일 실시예에서, 풀리 조립체는 관통 보어를 가지는 풀리 바디(pulley body), 허브, 및 일방향 클러치 메커니즘을 포함한다. 풀리 바디는 주 회전 방향으로 회전 가능하다. 허브는 회전축을 한정한다. 허브는 풀리 바디 내에 배치된다. 일방향 클러치 메커니즘은 허브를 방사상으로 둘러싼다. 일방향 클러치 메커니즘은 결합 위치와 분리 위치를 포함한다. 허브와 풀리 바디는 일방향 클러치 메커니즘이 결합 위치에 있으면 주 회전 방향으로 함께 회전한다. 허브는 일방향 클러치 메커니즘이 분리 위치에 있으면 풀리 바디에 대해 자유롭게 회전한다. 맞물림 위치는 주 회전 방향으로 동시 회전을 위하여 풀리 바디에 허브를 링크한다. 그런 다음, 풀리 바디가 주 회전 방향과 반대인 방향으로 회전하거나 또는 감속될 때, 클러치 메커니즘은 액추에이터로부터 분리되고, 풀리 바디와 관계없이, 여전히 그 자체의 모멘텀하에서 주 회전 방향으로 허브가 회전하는 것을 가능하게 한다. 다시 말하면, 풀리 조립체는, 클러칭 메커니즘이 액추에이터로부터 분리되고 허브가 풀리 바디보다 큰 속도로 회전하는 것을 가능하게 하는 오버런 위치로 들어간다.
한 실시예에서, 풀리 조립체는 허브 주위에 배치된 클러치 액추에이터를 포함한다. 클러치 액추에이터는 상부 램프 구성요소(upper ramp component)와 하부 램프 구성요소(lower ramp component)를 포함한다. 상부 램프 구성요소와 하부 램프 구성요소는 풀리 바디가 주 회전 방향으로 회전하면 서로에 대해 축방향으로 연장한다.
도 1은 보조 구동 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 보조 구동 시스템에서 사용하기 위한 풀리 조립체의 실시예의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 풀리 조립체의 측단면도이다.
도 4는 맞물림 위치에서, 도 2에 도시된 일방향 클러치 메커니즘의 확대 단면도이다.
도 5는 분리 위치에서 도 2에 도시된 일방향 클러치 메커니즘의 확대 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 바와 같은 보조 구동 시스템에서 사용하기 위한 풀리 조립체의 대안적인 실시예의 분해 사시도이다.
도 7은 도 4의 풀리 조립체의 측단면도이다.
다음의 상세한 설명은 본 발명의 일반적인 원리를 설명할 것이며, 본 발명의 실시예들은 첨부된 도면에서 추가로 예시된다. 도면에서, 유사한 도면부호는 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 요소를 지시한다.
이제 도 1을 참조하면, 예를 들어 차량의 내연기관의 보조 구동 시스템(10)이 예시된다. 보조 구동 시스템(10)은 다수의 액세서리들(도 1에 도시되지 않음)을 구동하기 위해 사용되는 무한 벨트(30)를 포함한다. 대신에, 액세서리들은 다수의 풀리 조립체들에 의해 개략적으로 도 1에 도시된다. 특히, 도 1은 크랭크 풀리 조립체(12), 팬/물 펌프 풀리 조립체(14), 교류 발전기 풀리 조립체(16), 파워 스티어링 풀리 조립체(18), 아이들러 풀리 조립체(20) 및 텐셔너 풀리 조립체(22) 주위에서 동조되는(entrained) 벨트(30)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 텐셔너 풀리 조립체(22)는 벨트(30)로부터 텐셔너 아암의 리프팅에 저항하는 마찰 댐퍼에 의한 비대칭 댐핑과 같은 댐핑을 포함한다.
다양한 액세서리들은 그 자체가 벨트(30)에 의해 회전되는 풀리 조립체들(14, 16, 18, 20 및 22)의 사용을 통해 구동된다. 설명의 목적을 위하여, 아래에서, 교류 발전기 풀리 조립체(16)에 집중할 것이다. 비록 다음에 교류 발전기 풀리 조립체(16)를 설명하지만, 통상의 기술자는 다른 풀리 조립체들(12, 18, 20, 및 22)이 교류 발전기 풀리 조립체(16)의 동작과 유사한 형태로 또한 동작할 수 있다는 것을 예측할 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 교류 발전기 풀리 조립체(16)는, 교류 발전기 풀리 조립체(16)가 주 회전 방향으로 회전될 때, 벨트(30)(도 1 참조)로부터 액세서리(예를 들어, 교류 발전기)의 입력 샤프트(32)로 입력 토크를 전달하기 위해 사용될 수 있다. 교류 발전기 풀리 조립체(16)는 또한 상대 토크 역전으로부터 입력 샤프트(32)를 격리한다. 특히, 교류 발전기 풀리 조립체(16)와 입력 샤프트(32) 사이의 상대 토크 역전이 일어날 때, 교류 발전기 풀리 조립체(16)의 내부 디커플러 시스템은 토크 역전으로부터 입력 샤프트(32)를 분리하도록 작용하고, 이에 의해, 입력 샤프트(32)가 주 회전 방향으로 모멘텀에 의해 계속 회전하는 것을 허용한다. 토크 역전은 또한 오버러닝 상태로서 지칭될 수 있다.
풀리 조립체(16)는 입력 샤프트(32), 스페이서(42), 롤러 베어링(43), 일방향 클러치 메커니즘(44), 클러치 액추에이터(48), 하나 이상의 편향 부재(50), 슬리브(52), 유지 링(54), 및 플러그(56)와 맞물림 가능한 허브(40)를 포함하며, 이것들 모두는 풀리 바디(62)의 보어(60) 내에 수용된다. 허브(40)가 입력 샤프트(32) 주위에서 자유롭게 회전하는 것을 방지하도록, 허브(40)는 입력 샤프트(32)에 접속(mate)될 수 있다. 허브(40)는, 예를 들어 우드러프 키(Woodruff key)(도시되지 않음)와 같은, 2개의 회전 요소들 사이에서 토크 전달을 가능하게 하기 위한 임의의 공지된 방식을 사용하여 입력 샤프트(32)에 접속될 수 있다. 롤러 베어링(43)은 내부 레이스(64)와 외부 레이스(66)를 포함할 수 있다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 롤러 베어링(43)은 허브(40)와 풀리 바디(62) 사이에 위치될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 풀리 바디(62)는 허브(40)를 둘러싸고, 풀리 보어(60)는 풀리 바디(62)가 허브(40) 주위에서 회전할 수 있도록 하는 정도의 크기이다. 풀리 바디(62)는 벨트(30)(도 1)와 맞물리는 외주변 벨트 맞물림 표면(70)을 또한 포함한다. 벨트 맞물림 표면(70)은, 벨트(30) 상의 대응하는 리브들 및 그루브들(도시되지 않음)과 접속하는 V-형상 리브들 및 그루브들을 포함하도록, 형상화될 수 있다. 도 2 및 도 3은 벨트 맞물림 표면(70)을 따라서 위치된 V-형상 리브들을 도시하지만, 벨트(30)를 결합하기 위해 톱니(cogs), 평탄 또는 둥근 리브들 및 그루브들과 같은 다른 특징부들이 사용될 수도 있다.
롤러 베어링(43)은 무한 벨트(30)(도 1 참조)에 의해 풀리 바디(62) 위에 가해진 힘의 일부를 지지할 수 있다. 슬리브(52) 내에 위치된 홈부(69) 내로 압입 끼워맞춤되는 부싱(68)은 롤러 베어링(43)에 의해 지지되지 않는 무한 벨트(30)에 의해 가해진 나머지 힘을 지지하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 롤러 베어링(43)이 벨트(30)와 정렬되면, 롤러 베어링(43)은 무한 벨트(30)에 의해 가해진 전체 힘을 지지할 수 있으며, 부싱(68)은 생략될 수 있다는 것을 유념하여야 한다. 롤러 베어링(43)의 내부 레이스(64)는 허브(40)에 인접하여 결합될 수 있다. 롤러 베어링(43)의 외부 레이스(66)는 풀리 바디(62)에 인접하여 결합될 수 있다. 롤러 베어링(43)은 풀리 조립체(16)의 전체적인 구조적 강성을 개선할 수 있다.
도 2를 참조하면, 슬리브(52)는 외부면(80)과, 일련의 축방향으로 연장하는 맞물림 특징부들(82)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 슬리브(52)의 외부면(80)의 일부는 널링될 수 있으며, 널링된 표면(84)으로서 도시되어 있다. 슬리브(52)의 널링된 표면(84)은 풀리 바디(62)의 내부면(86)을 파지하거나 또는 이와 마찰 맞물림될 수 있으며, 이에 의해 함께 회전하도록 풀리 바디(62)와 슬리브(52)를 고정한다. 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 슬리브(52)의 맞물림 특징부들(82)은 슬리브(52)의 전체 원주(88) 주위에 위치된 일련의 등 간격으로 이격되고 축 방향 연장하는 탭들일 수 있다. 맞물림 특징부들(82)은 상부 램프 구성요소(94) 상에 위치된 한 세트의 유지 특징부들(retaining features)(90)과 방사상으로 결합하도록 구성될 수 있다. 상부 램프 구성요소(94)와 슬리브(52)의 맞물림은 다음에 상세하게 설명된다. 도 2에는 맞물림 특징부들(82)이 도시되어 있지만, 슬리브(52)의 전체 원주(88) 주위에서 연장하는 일련의 등 간격으로 이격된 탭들로서, 상부 램프 구성요소(94)와 맞물림하기 위해 다른 구성이 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 2에 도시된 예시적인 실시예서, 클러치 액추에이터(48)는, 클러치 액추에이터(48)의 적어도 일부분의 회전 운동의 결과로서 축방향으로 연장하는 램프 구조체 또는 롤러-램프 구조체를 포함할 수 있다(즉, 다른 구성요소로부터 먼 위치로 교류 발전기 풀리 조립체(16)의 회전축(A-A)을 따라서 병진할 수 있는 적어도 하나의 구성요소를 가진다). 전형적으로 축 방향 연장은, 하나의 구성요소가 경사진 특징부 위로 또는 이를 따라서 움직이거나, 또는 경사진 특징부 위로 또는 이를 따르는 롤링 요소의 움직임에 응답하여 움직이는 결과이다. 도 2 및 도 3의 실시예에서 클러치 액추에이터(48)는 상부 램프 구성요소(94), 하부 램프 구성요소(98), 및 그 사이에 둘러싸인 롤러 요소(100)를 포함한다. 롤러 요소들(100)은 실린더, 볼, 거의 원뿔형 실린더 등일 수 있다. 상부 및 하부는 지면(page)의 배향에 대하여 도 3에 도시된 바와 같이 풀리 조립체(16)의 구성요소들의 위치들에 상대적인 것으로서 본 명세서에서 사용된다. 용어 상부 및 하부는 다른 도면들에 마찬가지로 적용할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 실시예에서, 상부 램프 구성요소(94)는 하부 램프 구성요소(98)를 구동한다. 그러나, 다른 실시예에서, 하부 램프 구성요소(98)가 구동 부재일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 도 6 및 도 7에 도시된 실시예에서, 하부 램프 구성요소(98)는 상부 램프 구성요소(94)를 구동한다.
상부 램프 구성요소(94)는 대체로 편향 부재(50)에 인접하여 위치된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 비제한적인 실시예에서, 편향 부재(50)는 복수의 벨빌 와셔(Belleville washer)로서 예시된다. 그러나, 예를 들어, 파형 또는 나선형 압축 스프링과 같이 축방향으로 및 상부 램프 구성요소(94)에 대하여 힘을 가하도록 구성된 임의의 형태의 편향 부재가 사용될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 편향 부재(50)는 슬리브(52)에 의해 형성된 홈부(104) 내에 수용될 수 있다. 슬리브(52)의 결합 특징부들(82)은 회전축(A-A)을 따라서 축 방향으로 연장하고, 상부 램프 구성요소(94)를 포함하는 울타리(corral)를 생성한다.
상부 램프 구성요소(94)는 대체로 매끄러운 상부면(110), 상부 램프 구성요소(94)의 바디(116) 내로 움푹 패인 하나 이상의 제1 경사 특징부들(114)을 포함하는 하부면(112), 및 허브(40)를 수용하기 위한 보어(120)를 한정하는 내부면(118)을 포함할 수 있다. 상부 램프 구성요소(94)는 또한 외측 원주면(130)을 포함하며, 외측 원주면(130)을 따라서 유지 특징부들(90)이 위치된다. 도 2에 도시된 바와 같은 비제한적인 실시예에서, 유지 특징부들(90)은 하나 이상의 외향 돌출 탭들일 수 있다. 풀리 조립체(16)가 조립될 때(도 3), 상부 램프 구성요소(94)는, 슬리브(52)의 결합 특징부들(82)과 상부 램프 구성요소(94)의 유지 특징부들(90)을 결합하는 것에 의해, 슬리브(52)에 결합된다. 특히, 상부 램프 구성요소(94)의 각 외향 돌출 탭들은 슬리브(52) 상에 위치된 축방향 연장 탭들 중 2개 사이에서 방사상으로 결합될 수 있다. 따라서, 상부 램프 구성요소(94)는 함께 회전하기 위하여 슬리브(52) 및 풀리 바디(62)에 고정된다. 그러나, 상부 램프 구성요소(94)는 축(A-A)에 대하여 축 방향으로 병진할 수 있다. 풀리 조립체(16)는, 상부 램프 구성요소(94)가 풀리 바디(62)에 대해 병진할 때, 상부 램프 구성요소(94)의 유지 특징부들(90)과 슬리브(52)의 결합 특징부들(82)이 그 사이에 마찰 접촉을 제공하도록 구성된다. 매끄러운 램프 활성화 및 낮은 스프링 히스테리시스를 위해 더욱 낮은 접촉 압력이 바람직할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상부 램프 구성요소(94)의 제1 경사 특징부들(114)은 채널을 형성하고, 그 채널 안에 롤러 요소들(100) 중 하나가 안치될 수 있다. 채널은 제2 단부(142)에 비해 얕은 제1 단부(140)를 갖는다(즉, 제2 단부(142)는 상부 램프 구성요소(94)의 바디(116) 내로 더욱 깊게 움푹 패일 수 있다). 상부 램프 구성요소(94)의 매끄러운 각도 변위(및 롤러 요소(100)의 회전)를 위하여, 채널은 제1 단부(140)로부터 제2 단부(142)까지 매끄럽게 점차적으로 테이퍼진다.
하부 램프 구성요소(98)는 상부 램프 구성요소(94)와 트러스트 베어링(102) 사이에 위치된다. 하부 램프 구성요소(98)는 하부 램프 구성요소(98)의 바디(154) 내로 움푹 패인 하나 이상의 제2 경사 특징부들(152)을 포함하는 상부면(150), 대체로 매끄러운 하부면(156), 보어(161)를 향성하는 내부면(158), 및 대체로 매끄러운 외부 원주면(162)을 가진다. 하부 램프 구성요소(98)의 보어(161)는 일방향 클러치 메커니즘(44)을 수용한다. 트러스트 베어링(102)은 하부 램프 구성요소(98)의 하부면(156)과 풀리 바디(62)(도 3)의 내부면(164) 사이에 안치될 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 트러스트 베어링(102)은 복수의 대체로 원통형인 롤러 요소들(162)을 포함하는 니들 롤러형 트러스트 베어링일 수 있다. 트러스트 베어링(102)은 하부 램프 구성요소(98)와 풀리 바디(62) 사이의 상대 회전을 허용한다. 도 2에는 롤러 요소들을 갖는 램프 구성을 가지는 것으로서 클러치 액추에이터(48)가 도시되어 있지만, 당업자는, 풀리 바디(62)가 주 회전 방향으로 회전하면, 클러치 액추에이터(48)는 하부 램프 구성요소와 상부 램프 구성요소 사이에서 축방향 확장을 가능하게 하는 임의의 형태의 구성을 포함할 수 있다는 것을 예측할 수 있음을 유념하여야 한다. 예를 들어, 한 실시예에서, 클러치 액추에이터(62)는 볼-램프, 캠 공이(can follower), 또는 볼-스크루 유닛을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 하부 램프 구성요소(98)의 제2 경사 특징부들(152)은, 제2 경사 특징부들(152)의 제1 단부(164)와 제2 단부(166)의 배향이 제1 경사 특징부들의 제1 및 제2 단부들(140, 142)의 배향에 대해 역전될 수 있지만, 상부 램프 구성요소(94)의 제2 경사 특징부들과 유사하게 구성될 수 있다. 롤러 요소들(100)은 상부 램프 구성요소(94)의 제1 경사 특징부(114)과 하부 램프 구성요소(98)의 제2 경사 특징부(152) 내에 수용될 수 있다. 그러므로, 풀리 바디(62)가 주 회전 방향으로 회전함에 따라서, 상부 램프 구성요소(94)는 하부 램프 구성요소(98)를 구동하고, 액추에이터(48)는 축방향으로 확장한다. 특히, 상부 램프 구성요소(94)와 하부 램프 구성요소(98)의 구성요소들은 서로에 대해 떨어져 축방향으로 확장하고, 이것은 차례로 전체 액추에이터(48)를 축방향으로 확장한다. 축방향으로의 액추에이터(48)의 확장은 편향 요소들(50)을 압축하고, 이에 의해 비틀림 진동 또는 여기로부터 격리를 위해 풀리 조립체(16)의 토크를 증가시킨다. 편향 부재(50)의 스프링 상수는 시스템의 특정 요구조건에 부합하기 위해 변경될 수 있다. 더욱이, 상부 램프 구성요소(94)의 제1 경사 특징부들(114)과 하부 램프 구성요소(98)의 제2 경사 특징부들(152)의 램프 또는 각도는 교류 발전기 풀리 조립체(16)의 격리 특성을 재단 및/또는 향상시키도록 변경될 수 있다.
일방향 클러치 메커니즘(44)은 허브(40)의 외부면(160)과 하부 램프 구성요소(98)의 내부면(158) 사이에서 방사상으로 개재된다. 일방향 클러치 메커니즘(44)은 허브(40)를 방사상으로 둘러싸는 고리 모양의 클러칭 요소이다. 도 2 및 도 3에 도시된 비제한적인 실시예에서, 일방향 클러치 메커니즘(44)은 스프래그 베어링(sprag bearing), 특히 일방향 니들 베어링으로서 도시되어 있다. 그러나, 오직 하나의 회전 방향으로 풀리 바디(62)로부터 허브(40)로 토크를 전달하기 위한 임의의 형태의 일방향 클러치 메커니즘이 마찬가지로 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 일방향 클러치 메커니즘(44)은 랩 스프링(wrap spring) 또는 멈춤쇠 클러치(pawl clutch)일 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일방향 클러치 메커니즘(44)은 함께 회전하도록 하부 램프 구성요소(98)의 내부면(158)을 방사상으로 둘러싸고 결합하는 외부면(170)을 포함한다. 일방향 클러치 메커니즘(44)은 허브(40)의 외부면(160)과 접촉하는 복수의 일방향 베어링들 또는 스프래그들(172)을 또한 포함한다.
일방향 클러치 메커니즘(44)은 토크 전달 또는 결합 위치 뿐만 아니라 분리 위치를 포함한다. 결합 위치는 주 회전 방향으로 회전하는 풀리 조립체(16)에 대응한다. 도 4는 스프래그들(172)이 허브(40)의 외부면(160)과 쐐기 결합상태에 있는 결합 위치로 작동된 일방향 클러치 메커니즘(44)을 도시한다. 특히, 일방향 클러치 메커니즘(44)은 복수의 홈부들(182)을 포함하는 외부 레이스(180)를 포함할 수 있다. 각 홈부(180)는 편향 요소(184) 및 스프래그들(172) 중 하나를 수용하는 크기일 수 있다. 일방향 클러치(44)의 외부 레이스(180)가 시계 방향 또는 주 회전 방향으로 회전될 때, 편향 요소들(182)은 작동된다. 작동될 때, 각각의 편향 요소(182)는 주 회전 방향의 반대 방향으로 각각의 스프래그(172)를 누른다. 그러므로 각 스프래그(172)는 허브(40)의 외부면(160)과 쐐기 결합상태에 있으며, 허브(40)는 일방향 클러치 메커니즘(44)과 협력하여 회전할 수 있다.
도 5는 스프래그(172)들이 허브(40)의 외부면(160)과 쐐기 결합으로부터 벗어나 움직일 수 있는 분리 구성으로 있는 일방향 클러치 메커니즘(44)의 예시이다. 특히, 일방향 클러치 메커니즘(44)의 외부 레이스(180)가 주 회전 방향과 반대인 반시계 방향으로 회전될 때, 편향 요소(185)는 수축하고, 각 스프래그(172)는 허브(40)의 외부면(160)으로부터 해제된다. 그러므로, 스프래그(172)들은 허브(40)의 외부면(160)에 대해 매끄럽거나 타성으로 구동할 수 있으며(free-wheel), 허브(40)는 일방향 클러치 메커니즘(44)에 대해 자유롭게 회전할 수 있다.
대체로 도 1 내지 도 5를 참조하면, 교류 발전기 풀리 조립체(16)는, 주 회전 방향으로 회전될 때, 벨트(30)(도 1)로부터 교류 발전기와 같은 액세서리의 입력 샤프트(32)로 입력 토크를 전달할 수 있다. 특히, 풀리 바디(62)가 주 회전 방향으로 회전됨에 따라서, 일방향 클러치 메커니즘(44)은 결합 위치에 있으며, 일방향 클러치 메커니즘(44)은 풀리 바디(62)와 허브(40) 사이에서 토크를 전달할 수 있다. 그러므로, 교류 발전기 풀리 조립체(16)는 벨트(30)로부터 입력 샤프트(32)로 입력 토크를 전달할 수 있다.
교류 발전기 풀리 조립체(16)는 또한 상대 토크 역전으로부터 입력 샤프트(32)를 격리한다. 특히, 풀리 바디(62)가 주 회전 방향과 반대인 제2 회전 방향으로 회전되면, 일방향 클러치 메커니즘(44)(도 5)은 분리 위치에 있다. 그러므로, 일방향 클러치 메커니즘(44)의 스프래그(172)들은 허브(40)의 외부면(160)에 대하여 타성으로 구동할 수 있으며, 입력 샤프트(32)는 풀리 조립체(16)로부터, 특히 풀리 바디(62)로부터 분리된다. 그러므로, 오버러닝 상태 동안, 입력 샤프트(32)는 주 방향으로 모멘텀에 의해 계속 회전할 수 있는 반면, 풀리 바디(62)는 상대적인 토크 역전 또는 급격한 둔화를 겪을 수 있다. 이러한 상태에서, 풀리 바디(62)는 주 회전 방향으로 계속 회전할 수 있지만, 풀리 바디(62)가 이전에 입력 샤프트(32)를 구동하였던 속도와 비교할 때 보다 작은 각속도를 가진다. 그러므로, 풀리 바디(62)는 허브(40)로부터 분리되고, 허브(40)와 풀리 바디(62)는 서로 상대적으로 회전할 수 있어서, 입력 샤프트(32)는 풀리 바디(62)와 관계없이 회전한다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시예들에서, 일방향 클러치 메커니즘(44)은 허브(40)의 외부면(160)과 하부 램프 구성요소(98)의 내부면(158) 사이에서 방사상으로 개재된다. 그러나, 일방향 클러치 메커니즘(44)이 풀리 바디(62)와 하부 램프 구성요소(98) 사이에 방사상으로 개재될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 특히, 도 6 및 도 7은 일방향 클러치 메커니즘(344)이 풀리 바디(362)와 하부 램프 구성요소(398) 사이에 개재되는 풀리 조립체(316)의 대안적인 실시예를 도시한다. 풀리 조립체(316)는 입력 샤프트(332), 스페이서(342), 롤러 베어링(343), 일방향 클러치 메커니즘(344), 클러치 액추에이터(348), 하나 이상의 편향 부재(350)들, 슬리브(352), 유지 링(354), 및 플러그(356)와 결합 가능한 허브(340)를 포함하며, 이것들 모두는 풀리 바디(362)의 보어(360) 내에 수용된다. 허브(340)는, 허브(340)가 입력 샤프트(332) 주위를 자유롭게 회전하는 것을 방지하도록 입력 샤프트(332)에 접속될 수 있다. 롤러 베어링(343)은 내부 레이스(364)와 외부 레이스(366)를 포함할 수 있다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 롤러 베어링(343)은 허브(340)와 풀리 바디(362) 사이에 위치될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 풀리 바디(362)는 벨트(30)(도 1)를 결합하는 외주변 벨트 결합 표면(370)을 포함한다. 롤러 베어링(343)은 무한 벨트(30)(도 1)에 의해 풀리 바디(362) 위에 가해진 힘의 일부를 지지할 수 있다. 롤러 베어링(343)에 의해 지지되지 않는 무한 벨트(30)에 의해 가해진 나머지 힘을 지지하기 위해, 슬리브(352) 내에 위치된 홈부(369) 내로 압입 끼워맞춤되는 부싱(368)이 사용될 수 있다. 그러나 롤러 베어링(343)이 벨트(30)와 정렬되면, 롤러 베어링(343)이 무한 벨트(30)에 의해 가해진 전체 힘을 지지할 수 있고, 부싱(368)은 생략될 수 있다는 것을 유념하여야 한다.
슬리브(352)는 외부면(380)을 포함할 수 있다. 슬리브(352)의 일부 또는 전체 외부면(380)은 풀리 바디(362)의 내부면(386)을 파지 또는 마찰 결합하도록 널링될 수 있으며, 이에 의해 풀리 바디(362)와 함께 회전하도록 슬리브(352)를 고정한다. 슬리브(352)는 편향 부재(350)들의 일부는 수용하는 홈부(404)를 형성할 수도 있다.
상시되고 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 실시예와 유사하게, 클러치 액추에이터(348)는, 풀리 바디(362)가 주 회전 방향으로 회전함에 따라서 클러치 액추에이터(348)의 적어도 일부의 회전 움직임의 결과로서 축방향으로 연장하는 램프 구조체를 포함할 수 있다. 클러치 액추에이터(348)는 상부 램프 구성요소(394), 하부 램프 구성요소(398), 및 이것들 사이에 수용되는 롤러 요소(400)를 포함한다. 상부 램프 구성요소(394)는 대체로 편향 부재(350)들에 인접하여 위치된다. 하부 램프 구성요소(398)는 상부 램프 구성요소(398)와 트러스트 베어링(402) 사이에 위치된다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 실시예에서, 하부 램프 구성요소(398)는 대체로 컵 형상일 수 있으며, 외벽(406)을 포함한다. 하부 램프 구성요소(398)는 그 안에 하부 램프 구성요소(394)의 적어도 일부를 수용하는 크기일 수 있다.
상부 램프 구성요소(394)는 대체로 매끄러운 상부면(410), 상부 램프 구성요소(394)의 바디(416) 내로 움푹 패인 하나 이상의 제1 경사 특징부(414)들을 포함하는 하부면(412), 및 허브(340)를 수용하기 위한 보어(420)를 형성하는 내부면(418)을 포함할 수 있다. 상부 램프 구성요소(394)의 보어(420)는 허브(340) 상에 위치된 일련의 축방향 연장 스플라인(398)들과 결합하도록 구성된 복수의 결합 특징부(396)들을 포함할 수 있다. 그러므로 상부 램프 구성요소(394)는 허브(340)를 따라서 축방향으로 미끄러질 수 있다. 그러나 허브(340)와 상부 램프 구성요소(394)는 서로 함께 협력하여 회전한다.
상부 램프 구성요소(394)의 제1 경사 특징부(414)들은 채널을 향성하고, 롤러 요소(400)들 중 하나가 이 채널 내에 안치된다. 채널은 제2 단부(442)에 비해 얕은 제1 단부(440)를 가진다(즉, 제2 단부(442)는 상부 램프 구성요소(394)의 바디(16) 내로 더욱 깊게 움푹 패인다).
하부 램프 구성요소(398)는 상부면(450)을 가진다. 하부 램프 구성요소(398)의 외벽(406)은 상부면(450)을 둘러싼다. 상부면(450)은 하부 램프 구성요소(398)의 바디(454) 내로 움푹 패인 하나 이상의 제2 경사 특징부(452)들, 대체로 매끄러운 하부면(456), 및 보어(460)를 형성하는 내부면(458)을 포함할 수 있다. 하부 램프 구성요소(398)의 보어(460)는 허브(340)를 수용한다. 트러스트 베어링(402)은 하부 램프 구성요소(398)의 하부면(456)과 풀리 바디(362)의 내부면(464)(도 7) 사이에 안치될 수 있다. 한 실시예에서, 트러스트 베어링(402)은 복수의 대체로 원통형인 롤러 요소(462)를 포함하는 롤러형 트러스트 베어링일 수 있다.
도 6을 참조하면, 하부 램프 구성요소(398)의 제2 경사 특징부(452)들은, 제2 경사 특징부(452)들의 제1 단부(464)와 제2 단부(466)의 배향이 제1 경사 특징부(414)들의 제1 및 제2 단부(440, 442)들의 배향에 대해 역전될 수 있지만, 상부 램프 구성요소(394)에 있는 경사 특징부들과 유사하게 구성될 수 있다. 편향 부재(350)들은 구성요소들이 연장함에 따라서, 특히 상부 램프 구성요소(394)와 하부 램프 구성요소(398)가 서로에 대해 떨어져 축 방향으로 연장함에 따라서, 압축될 수 있다. 편향 요소(350)들의 압축은 격리를 위하여 풀리 조립체(316)의 토크를 증가시킨다.
일방향 클러치 메커니즘(344)은 풀리 바디(362)의 내부면(386)과 하부 램프 구성요소(398)의 외부면(468) 사이에 개재된다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예와 유사하게, 일방향 클러치 메커니즘(344)은 스프래그 베어링, 특히 원위에 니들 베어링으로서 도시된다. 그러나 한쪽 회전 방향으로만 풀리 바디(362)로부터 허브(340)로 토크를 전달하기 위한 임의의 유형의 일방향 클러치 메커니즘이 사용될 수 있는 것을 이해하여야 한다. 일방향 클러치 메커니즘(344)은 풀리 바디(362)의 내부면(386)과 함께 회전하도록 결합되는 외부면(470)을 포함한다. 일방향 클러치 메커니즘(344)은 하부 램프 구성요소(398)의 외부면(468)을 접촉하는 복수의 일방향 롤러 베어링 또는 스프래그(472)들을 또한 포함한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같은 실시예와 유사하게, 일방향 클러치 메커니즘(344)은 결합 구성 뿐만 아니라 분리 구성을 포함한다. 일방향 클러치 메커니즘(344)이 결합 구성으로 있을 때, 풀리 바디(362)는 주 회전 방향으로 회전하고, 일방향 클러치 메커니즘(344)의 스프래그(472)들은 하부 램프 구성요소(398)의 외부면(468)과 쐐기 결합상태에 있다. 하부 램프 구성요소(398)는 상부 램프 구성요소(394)를 구동하도록 작용한다. 상기된 바와 같이, 허브(340)와 상부 램프 구성요소(394)는 서로 키 결합되고(keyed) 함께 회전한다. 그러므로, 풀리 바디(362)가 주 회전 방향으로 회전함에 따라서, 하부 램프 구성요소(398)는 상부 램프 구성요소(394)를 구동하고, 상부 램프 구성요소(394)는 허브(340)를 구동한다. 그러므로, 허브(340)는 풀리 바디(362)와 함께 회전한다.
일방향 클러치 메커니즘(344)이 분리 구성으로 있을 때, 스프래그(472)들은 하부 램프 구성요소(398)의 외부면(468)에 대해 미끄러지거나 타성으로 구동할 수 있다. 그러므로 허브(340)는 일방향 클러치 메커니즘(344)에 대해 자유롭게 회전할 수 있다. 도 2 내지 도 5에 도시된 실시예와 유사하게, 교류 발전기 풀리 조립체(316)는 주 회전 방향으로 회전될 때 벨트(30)(도 1)로부터 교류 발전기와 같은 액세서리의 입력 샤프트(332)로 입력 토크를 전달할 수 있다. 교류 발전기 풀리 조립체(316)는 입력 샤프트(332)를 상대 토크 역전으로부터 또한 격리한다. 특히, 풀리 바디(362)가 주 회전 방향과 반대인 제2 회전 방향으로 회전되면, 일방향 클러치 메커니즘(344)은 분리 위치에 있다. 그러므로, 일방향 클러치 메커니즘(344)의 스프래그(472)들은 하부 램프 구성요소(398)의 외부면(468)에 대해 타성으로 구동할 수 있다. 그러므로, 오버러닝 상태 동안, 입력 샤프트(332)는 주 방향으로 모멘텀에 의해 계속 회전할 수 있는 반면, 풀리 바디(362)는 상대적인 토크 역전 또는 급격한 둔화를 겪을 수 있다.
대체로 도 1 내지 도 7을 참조하면, 개시된 풀리 조립체(16, 316 )들은 풀리 조립체의 입력 샤프트와 외측 종동 활차 사이의 일방향 상대 운동을 허용하기 위하여 방사상으로 배향된 디커플링 메커니즘(즉, 일방향 클러칭 메커니즘(44, 344))을 이용한다. 많은 차량의 엔진실에 있는 패키징 공간의 이용 가능한 양은 제한된다. 이러한 문제는 또한 교류 발전기와 같은 비교적 큰 후드 아래 구성 요소를 이용하는 것에 의해 악화될 수 있다. 개시된 풀리 조립체는 마찰 클러치를 이용하는 일부 다른 형태의 풀리 조립체와 비교할 때 감소된 높이를 가질 수 있다. 그러므로 개시된 풀리 조립체들은 차량 엔진실의 패키징 공간이 극히 제한되는 응용에서 특히 유용할 수 있다. 감소된 양의 패키징 공간에 더하여, 개시된 풀리 조립체는, 마찰 클러치를 이용할 수 있는 어떤 다른 형태의 풀리 조립체들과 비교할 때, 감소된 양의 소음, 열, 보다 일관적인 오버런 토크, 및 보다 적은 토크 스파이크를 발생시킬 수 있다.
도면에 도시되고 상기된 본 발명의 실시예들은 첨부된 청구항의 범위 내에서 만들어질 수 있는 많은 실시예들의 예시이다. 텐셔너의 수많은 다른 구성이 생성될 수 있으며, 개시된 접근 방식의 이점을 취하는 것으로 고려된다. 간단히 말해서, 특허의 범위는 첨부된 청구항들의 범위에 의해서만 한정된다는 것이 출원인의 의도이다.

Claims (20)

  1. 풀리 조립체로서,
    관통 보어를 가지며 주 회전 방향으로 회전 가능한 풀리 바디;
    회전축을 한정하며 상기 풀리 바디 내에 배치되는 허브; 및
    상기 허브를 방사상으로 둘러싸고 맞물림 위치와 분리 위치를 포함하는 일방향 클러치 메커니즘을 포함하며,
    상기 일방향 클러치 메커니즘이 맞물림 위치에 있으면 상기 허브와 상기 풀리 바디는 상기 주 회전 방향으로 함께 회전하고, 상기 일방향 클러치 메커니즘이 분리 위치에 있으면 상기 허브는 상기 풀리 바디에 대해 자유롭게 회전하는, 풀리 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일방향 클러치 메커니즘은 상기 허브의 외부면과 상기 클러치 액추에이터의 내부면 사이에 개재되는, 풀리 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 클러치 액추에이터는 상부 램프 구성요소와 하부 램프 구성요소를 포함하며, 상기 하부 램프 구성요소는 상기 일방향 클러치 메커니즘을 둘러싸는 상기 내부면을 포함하는, 풀리 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 램프 구성요소는 상기 하부 램프 구성요소를 구동하는, 풀리 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 일방향 클러치 메커니즘은 상기 풀리 바디의 내부면과 클러치 액추에이터의 외부면 사이에 개재되는, 풀리 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 클러치 액추에이터는 상부 램프 구성요소와 하부 램프 구성요소를 포함하며, 상기 하부 램프 구성요소는 상기 일방향 클러치 메커니즘을 둘러싸는 상기 외부면을 포함하는, 풀리 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부 램프 구성요소는 상기 상부 램프 구성요소를 구동하는 풀리 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 허브 주위에 배치된 클러치 액추에이터를 추가로 포함하며,
    상기 클러치 액추에이터는 상부 램프 구성요소와 하부 램프 구성요소를 포함하는, 풀리 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 풀리 바디가 상기 주 회전 방향으로 회전하면 상기 상부 램프 구성요소와 상기 하부 램프 구성요소는 서로에 대해 축방향으로 확장하는 풀리 조립체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부 램프 구성요소에 대항하여 축 방향으로 힘을 가하기 위한 적어도 하나의 편향 요소를 추가로 포함하는, 풀리 조립체.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 허브와 상기 상부 램프 구성요소는 서로 키 결합되는, 풀리 조립체.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부 램프 구성요소와 상기 하부 램프 구성요소 사이에 배치된 적어도 하나의 롤러 요소를 추가로 포함하는, 풀리 조립체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 일방향 클러치 메커니즘은 스프래그 베어링, 랩 스프링 및 멈춤쇠 클러치 중 하나인, 풀리 조립체.
  14. 풀리 조립체로서,
    관통 보어를 가지며 주 회전 방향으로 회전 가능한 풀리 바디;
    회전축을 한정하며 상기 풀리 바디 내에 배치되는 허브;
    상기 허브 주위에 배치되며 상부 램프 구성요소와 하부 램프 구성요소를 포함하는 클러치 액추에이터로서, 상기 풀리 바디가 상기 주 회전 방향으로 회전하면 상기 상부 램프 구성요소와 상기 하부 램프 구성요소는 서로에 대해 축방향으로 연장하는, 상기 클러치 액추에이터; 및
    상기 허브를 방사상으로 둘러싸며 맞물림 위치와 분리 위치를 포함하는 일방향 클러치 메커니즘을 포함하며,
    상기 일방향 클러치 메커니즘이 맞물림 위치에 있으면 상기 허브와 상기 풀리 바디는 상기 주 회전 방향으로 함께 회전하고, 상기 일방향 클러치 메커니즘이 분리 위치에 있으면 상기 허브는 상기 풀리 바디에 대해 자유롭게 회전하는, 풀리 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 일방향 클러치 메커니즘은 상기 허브의 외부면과 상기 클러치 액추에이터의 하부 램프 구성요소의 내부면 사이에 개재되는, 풀리 조립체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 상부 램프 구성요소는 상기 하부 램프 구성요소를 구동하는, 풀리 조립체.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 일방향 클러치 메커니즘은 상기 풀리 바디의 내부면과 상기 클러치 액추에이터의 하부 램프 구성요소의 외부면 사이에 개재되는, 풀리 조립체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 하부 램프 구성요소는 상기 클러치 액추에이터의 상부 램프 구성요소를 구동하는, 풀리 조립체.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 클러치 액추에이터의 상부 램프 구성요소에 대향하여 축 방향으로 힘을 가하기 위한 적어도 하나의 편향 요소를 추가로 포함하는, 풀리 조립체.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 허브와 상기 상부 램프 구성요소는 서로 키 결합되는, 풀리 조립체.
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