KR20210075531A - 건식 토크 컨버터 - Google Patents

Abstract

건식 토크 컨버터가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터는 입력축에 결합되며, 상기 입력축과 함께 회전하는 임펠러 어셈블리; 상기 임펠러 어셈블리와 마주하는 위치에 배치되고, 출력축에 결합되어 상기 출력축과 함께 회전하는 터빈 어셈블리; 상기 터빈 어셈블리를 사이에 두고, 축 방향을 기준으로 상기 임펠러 어셈블리의 반대방향에 위치하도록 상기 출력축에 회전 가능하게 배치되는 스테이터 어셈블리; 상기 스테이터 어셈블리와 고정부의 일방향 연결을 단속하도록 상기 스테이터 어셈블리에 장착되는 원웨이 클러치; 축 방향을 기준으로 상기 터빈 어셈블리의 양측에서 마주하는 상기 임펠러 어셈블리와 상기 스테이터 어셈블리의 각 일면과, 상기 터빈 어셈블리에 각각 구비되며, 초기 구동 시에 마그네틱 기어비에 따라 입력축으로부터 입력된 토크를 증배시켜 상기 출력축에 전달하는 마그네틱 기어 어셈블리; 및 상기 임펠러 어셈블리와 상기 터빈 어셈블리에 구비되며, 상기 입력축과 상기 출력축의 상대회전 속도 차이로 발생되는 와전류에 의한 와전류 토크를 상기 출력축에 전달하는 와전류 토크 발생부;를 포함한다.

Description

건식 토크 컨버터{DRY TYPE TORQUE CONVERTER}

본 발명은 건식 토크 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자기력(electromagnetic force)과 마그네틱 기어비를 이용하여 입력축으로부터 입력된 회전동력을 출력축에 연결된 변속기로 전달하는 건식 토크 컨버터에 관한 것이다.

일반적으로 토크 컨버터는 차량의 엔진과 변속기 사이에 설치되어 유체를 이용하여 엔진의 구동력을 변속기에 전달한다.

이러한 토크 컨버터는 엔진의 구동력을 전달받아 회전하는 임펠러, 임펠러에서 토출되는 오일에 의해 회전되는 터빈, 그리고 임펠러로 환류하는 오일의 흐름을 임펠러의 회전방향으로 향하게 하여 토크 변화율을 증대시키는 스테이터를 포함한다.

한편, 최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차로 구분된다.

이러한 친환경 차량 중, 전기자동차는 엔진 및 변속기를 대신하여 구동모터를 사용해 발생된 구동력을 이용하는 바, 유체의 흐름을 이용해 작동하는 종래의 토크 컨버터 적용이 어렵다.

이로 인해, 전기자동차에는 구동모터의 초기 고토크 및 제어의 편의성으로 인하여 내연기관 자동차와 달리, 1단 감속기를 주로 적용하고 있는 실정이다. 최근에는 모터 사이즈 축소 및 연비 상승을 위하여, 다단 감속기의 개발이 진행되고 있다.

그러나 다단 감속기는 클러치 액추에이터, 기어 액추에이터 및 변속기 제어유닛(TCU) 등의 부가적인 전장품이 추가적으로 필요하기 때문에 비용이 증가되는 문제점이 있어 감속기를 대신하여 유체 유동방식이 아닌 건식 토크 컨버터의 개발이 요구되고 있다.

한국 공개특허 10-2016-0017437호에 개시된 발명은 일반적인 마그네틱 기어를 이용한 토크 증배만 가능하기 때문에 유체 토크 컨버터의 고속도비 구간에서 입력 및 출력 속도 동기화의 구현이 불가능한 문제점이 있다.

일본 공개특허 2017-05878호에 개시된 발명은 일반적인 와전류 토크를 이용한 비접촉식 발전기에 관한 것으로서, 입력 및 출력 속도의 동기화만 가능하기 때문에 종래 유체 토크 컨버터에서 저속도비 구간에서의 토크증배 구현이 어려운 문제점이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 초기 구동 시에는 마그네틱 기어 어셈블리의 마그네틱 기어비를 이용해 입력축의 토크를 증배하여 출력축에 전달하고, 일정속도 이상부터는 입력축과 출력축의 상대회전 속도 차이로 발생된 와전류에 의한 와전류 토크를 이용해 출력축의 회전속도가 입력축의 회전속도와 동기화 되도록 출력축의 회전속도를 증가시키는 건식 토크 컨버터를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터는 입력축에 결합되며, 상기 입력축과 함께 회전하는 임펠러 어셈블리; 상기 임펠러 어셈블리와 마주하는 위치에 배치되고, 출력축에 결합되어 상기 출력축과 함께 회전하는 터빈 어셈블리; 상기 터빈 어셈블리를 사이에 두고, 축 방향을 기준으로 상기 임펠러 어셈블리의 반대방향에 위치하도록 상기 출력축에 회전 가능하게 배치되는 스테이터 어셈블리; 상기 스테이터 어셈블리와 고정부의 일방향 연결을 단속하도록 상기 스테이터 어셈블리에 장착되는 원웨이 클러치; 축 방향을 기준으로 상기 터빈 어셈블리의 양측에서 마주하는 상기 임펠러 어셈블리와 상기 스테이터 어셈블리의 각 일면과, 상기 터빈 어셈블리에 각각 구비되며, 초기 구동 시에 마그네틱 기어비에 따라 입력축으로부터 입력된 토크를 증배시켜 상기 출력축에 전달하는 마그네틱 기어 어셈블리; 및 상기 임펠러 어셈블리와 상기 터빈 어셈블리에 구비되며, 상기 입력축과 상기 출력축의 상대회전 속도 차이로 발생되는 와전류에 의한 와전류 토크를 상기 출력축에 전달하는 와전류 토크 발생부; 를 포함할 수 있다.

상기 마그네틱 기어 어셈블리는 상기 임펠러 어셈블리의 일면에서 반경방향 내측에 원주방향을 따라 장착되는 다수개의 제1 영구자석; 상기 제1 영구자석들에 대응하여 상기 스테이터 어셈블리의 일면에 원주방향을 따라 장착되는 다수개의 제2 영구자석; 및 상기 제1, 및 제2 영구자석의 상호 간에 자기력이 집중되도록 상기 제1, 및 제2 영구자석에 대응하여 축 방향을 기준으로 상기 임펠러 어셈블리와 상기 스테이터 어셈블리를 향하는 일단과 타단이 일정부분 돌출된 상태로, 상기 터빈 어셈블리를 관통하여 장착되며, 상기 터빈 어셈블리의 원주방향을 따라 등 간격으로 배치되는 다수개의 요크; 를 포함할 수 있다.

상기 임펠러 어셈블리는 반경방향 내측에 상기 제1 영구자석이 장착되도록 상기 입력축에 회전 중심이 결합되고, 원판 형상으로 형성되는 임펠러 바디를 포함할 수 있다.

상기 터빈 어셈블리는 상기 출력축에 회전 중심이 결합되는 원통 형상의 터빈 바디를 포함할 수 있다.

상기 터빈 바디에는 상기 요크가 장착되도록 반경방향 내측에 원주방향을 따라 등 간격으로 다수개의 삽입홀이 형성될 수 있다.

상기 터빈 바디는 투자율이 높은 금속이며, 비자성체 재질로 형성될 수 있다.

상기 제1 영구자석은 N 극과 S 극이 반복적으로 배치되고, 상호 배치된 전체적인 형상이 환형을 형성할 수 있다.

상기 제2 영구자석은 상호 배치된 전체적인 형상이 환형을 형성하도록 N 극과 S 극이 반복적으로 배치되며, 상기 제1 영구자석 보다 많은 개수로 구성될 수 있다.

상기 마그네틱 기어비(

)는 다음의 수학식을 통해 결정되고,

,

는 상기 제1 영구자석의 극쌍수이고,

는 상기 제2 영구자석의 극쌍수일 수 있다.

상기 요크의 개수(

)는 다음의 수학식을 통해 결정되고,

,

는 상기 제1 영구자석의 극쌍수이고,

는 상기 제2 영구자석의 극쌍수일 수 있다.

상기 와전류 토크 발생부는 축 방향을 기준으로, 상기 터빈 어셈블리를 향하는 상기 임펠러 어셈블리의 일면에서 반경방향 외측에 원주방향을 따라 장착되는 다수개의 제3 영구자석; 및 상기 제3 영구자석들에 대응하여 축 방향을 기준으로, 상기 스테이터 어셈블리를 향하는 상기 터빈 어셈블리의 일면에서 반경방향 외측에 장착되는 와전류 요크; 를 포함할 수 있다.

상기 제3 영구자석은 상기 제1 영구자석으로부터 반경방향 외측을 향하여 일정간격 이격된 위치에서 N 극과 S 극이 반복적으로 배치되고, 상호 배치된 전체적인 형상이 환형을 형성할 수 있다.

상기 제3 영구자석은 상기 제1 영구자석과 N 극과 S 극이 상호 엇갈리게 배치될 수 있다.

상기 와전류 요크는 반경방향을 기준으로 설정된 길이를 갖는 링 형상으로 형성될 수 있다.

상기 마그네틱 기어비(

)에 의한 상기 출력축의 회전속도는 다음의 수학식을 통해 결정되고,

,

는 상기 출력축의 회전속도이고,

은 상기 입력축의 회전속도일 수 있다.

상기 스테이터 어셈블리는 원통 형상으로 형성되는 스테이터 바디; 및 상기 터빈 어셈블리를 향하는 상기 스테이터 바디의 일단에서 반경방향 외측을 향하여 연장되며, 상기 터빈 어셈블리를 향하는 일면에 상기 제2 영구자석이 장착되는 스테이터 플랜지; 를 포함할 수 있다.

상기 스테이터 바디는 상기 출력축에 장착된 제2 베어링을 통해 상기 출력축 상에서 회전 가능하게 장착될 수 있다.

상기 원웨이 클러치는 그 내주면이 상기 스테이터 바디의 외주면에 결합되고, 그 외주면은 상기 고정부에 결합될 수 있다.

상기 임펠러 어셈블리는 상기 임펠러 어셈블리를 향하는 상기 출력축의 선단에 장착된 제1 베어링을 통해 상기 출력축에 회전 가능하게 연결될 수 있다.

상기 고정부는 차량의 바디 또는 변속기 하우징일 수 있다.

상기 원웨이 클러치는 차량의 운행 초기에 저속도비 구간에서 상기 터빈 어셈블리에 상기 마그네틱 기어비에 의한 회전력이 상기 입력축의 회전방향과 동일한 정방향으로 전달되도록 상기 마그네틱 기어 어셈블리에서 발생된 회전력에 의해 상기 스테이터 어셈블리가 역방향으로 회전하는 것을 방지할 수 있다.

상기 원웨이 클러치는 고속도비 구간에서 상기 와전류 토크 발생부의 작동을 통해 상기 터빈 어셈블리의 회전속도가 증가되면, 상기 스테이터 어셈블리를 정방향으로 회전시킬 수 있다.

축 방향을 기준으로 상기 임펠러 어셈블리 측에서 상기 입력축과 함께 회전하도록 회전중심이 상기 입력축에 결합되고, 상기 임펠러 어셈블리와 상기 터빈 어셈블리의 외주면으로부터 반경방향 외측을 향하여 이격된 상태에서 상기 임펠러 어셈블리와 상기 터빈 어셈블리의 외주면을 감싸는 커버를 더 포함할 수 있다.

상기 터빈 어셈블리와 상기 커버의 사이에는 상기 출력축의 회전속도에 따라 발생된 원심력으로 작동하여 상기 커버에 선택적으로 접촉되면서, 상기 터빈 어셈블리를 상기 커버에 연결하여 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결하는 록업 기구가 구비될 수 있다.

상기 록업 기구는 상기 터빈 어셈블리에 탄성부재를 통해 연결되며, 상기 출력축의 회전속도에 의해 제어되면서, 상기 커버의 내주면을 향하여 선택적으로 이동하는 록업 부재; 및 상기 록업 부재에 대응하여 상기 커버의 내주면에 장착되는 마찰부재; 를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터에 의하면, 초기 구동 시에는 마그네틱 기어 어셈블리의 마그네틱 기어비를 이용해 입력축의 토크를 증배하여 출력축에 전달하고, 일정속도 이상부터는 입력축과 출력축의 상대회전 속도 차이로 발생된 와전류에 의한 와전류 토크를 이용하여 출력축의 회전속도가 입력축의 회전속도와 동기화 되도록 출력축의 회전속도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 동력 전달과정에서 입력축의 반대 방향으로 출력축이 회전하는 것을 방지하도록 원웨이 클러치를 적용함으로써, 스테이터 어셈블리의 역방향 회전을 방지하고, 입력축과 동일한 방향으로 출력축을 회전시키면서 마그네틱 기어 어셈블리의 마그네틱 기어비에 의한 효율적인 토크증배가 가능해지는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 작동유체를 사용하지 않고, 기계적인 접촉이 없는 비접촉식으로 구성함으로써, 기계적인 마찰손실, 및 유지보수 등이 요구되지 않아 내구성을 향상시키고, 유지보수 비용을 줄일 수 있는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 터빈 어셈블리에 배치되는 터빈 요크를 통해 마그네틱 기어 어셈블리에서 발생하는 자력을 집중시킴으로써, 입력토크를 출력토크로 효율적으로 전달할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 차량의 크기 및 성능에 대응하여 마그네틱 기어비와 와전류 토크의 세기에 대한 튜닝이 가능하여 공용성과 함께 전체적인 상품성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 저속에서 마그네틱 기어 어셈블리를 통해 토크를 증배시킬 수 있어 구동모터의 다운 사이징이 가능하고, 인버터, 및 주변 부품들의 사양을 낮출 수 있어 차량의 전체적인 생산비용을 낮추는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 종래의 유체 토크 컨버터의 기능을 전자기력과 자력을 이용해 모두 구현할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터의 부분 절개 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터에 적용되는 임펠러 어셈블리의 후방 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터에 적용되는 스테이터 어셈블리의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터에서 입력축과 출력축의 회전수에 따른 토크의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 토크 컨버터의 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변경을 가할 수 있고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 어느 하나의 실시예의 구성과 다른 실시예의 구성을 서로 치환하거나 부가하는 것은 물론 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께가 과장되게 크거나 작게 표현될 수 있으나, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 아니 될 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예나 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 그리고 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

명세서에서 “포함하다”, “이루어진다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다. 즉, 명세서에서 “포함하다”, “이루어진다” 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들이 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소의 “상부에 있다”거나 “하부에 있다”고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 배치되어 있는 것뿐만 아니라 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

편의상 이 명세서에서 방향은 다음과 같이 정의한다.

전후 방향 또는 축 방향은 회전축과 나란한 방향으로서, 전방(앞쪽)은 동력원인 어느 일 방향, 가령 엔진 쪽으로 향하는 방향을 의미하고, 후방(뒤쪽)은 다른 일 방향, 가령 변속기 쪽으로 향하는 방향을 의미한다. 따라서 전면(앞면)이란 그 표면이 전방을 바라보는 면을 의미하고, 후면(뒷면)이란 그 표면이 후방을 바라보는 면을 의미한다.

반경방향 또는 방사 방향이라 함은 상기 회전축과 수직한 평면 상에서 상기 회전축의 중심을 지나는 직선을 따라 상기 중심에 가까워지는 방향 또는 상기 중심으로부터 멀어지는 방향을 의미한다. 상기 중심으로부터 반경방향으로 멀어지는 방향을 원심방향이라 하고, 상기 중심에 가까워지는 방향을 구심방향이라 한다.

원주방향이라 함은 상기 회전축의 원주를 에워싸는 방향을 의미한다. 외주라 함은 외측 둘레, 내주라 함은 내측 둘레를 의미한다. 따라서 외주면은 상기 회전축을 등지는 방향의 면이고, 내주면은 상기 회전축을 바라보는 방향의 면을 의미한다.

원주방향 측면이라 함은 그 면의 법선이 대략적으로 원주방향을 향하는 면을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터의 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터의 부분 절개 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터에 적용되는 임펠러 어셈블리의 후방 사시도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터에 적용되는 스테이터 어셈블리의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터에서 입력축과 출력축의 회전수에 따른 토크의 크기를 나타낸 그래프이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터(100)는 작동유체를 사용하지 않는 전기 자동차에서 모터(2)와 변속기(4)의 사이에 배치되며, 상기 모터(2)의 회전동력을 상기 변속기(4)에 전달할 수 있다.

상기 모터(2)는 상기 건식 토크 컨버터(100)의 입력축(102)에 연결되고, 상기 변속기(4)는 상기 건식 토크 컨버터(100)의 출력축(104)에 연결될 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터(100)는, 도 1 내지 도 4에서 도시한 바와 같이, 임펠러 어셈블리(110), 터빈 어셈블리(120), 스테이터 어셈블리(130), 원웨이 클러치(140), 마그네틱 기어 어셈블리(150), 및 와전류 토크 발생부(160)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 임펠러 어셈블리(110)는 상기 입력축(102)에 결합되며, 상기 입력축(102)과 함께 회전한다.

이러한 임펠러 어셈블리(110)는 상기 입력축(102)에 회전 중심이 결합되고, 대략 원판 형상으로 형성되는 임펠러 바디(112)를 포함할 수 있다.

상기 터빈 어셈블리(120)는 상기 임펠러 어셈블리(110)와 마주하는 위치에 배치되고, 상기 출력축(104)에 결합되어 상기 출력축(104)과 함께 회전한다.

여기서, 상기 터빈 어셈블리(120)는 상기 출력축(104)에 회전 중심이 결합되는 원통 형상의 터빈 바디(122)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 터빈 바디(122)의 회전 중심에는 상기 출력축(104)이 볼트와 같은 체결부품을 통해 결합될 수 있다.

한편, 상기 임펠러 어셈블리(110)는 상기 임펠러 어셈블리(110)를 향하는 상기 출력축(104)의 선단에 장착된 제1 베어링(B1)을 통해 상기 출력축(104)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 스테이터 어셈블리(130)는 상기 터빈 어셈블리(120)를 사이에 두고, 축 방향을 기준으로 상기 임펠러 어셈블리(110)의 반대방향에 위치하도록 상기 출력축(104)에 회전 가능하게 배치될 수 있다.

상기 원웨이 클러치(140)는 상기 스테이터 어셈블리(130)와 고정부(6)의 일방향 연결을 단속하도록 상기 스테이터 어셈블리(130)에 장착될 수 있다.

여기서, 상기 고정부(6)는 차량의 바디 또는 변속기 하우징일 수 있다.

즉, 상기 원웨이 클러치(140)는 상기 입력축(102)의 회전방향과 동일한 회전방향으로 상기 스테이터 어셈블리(130)를 회전 가능하게 지지할 수 있다.

이와는 반대로, 상기 원웨이 클러치(140)는 상기 입력축(102)의 회전방향과 반대방향으로 상기 스테이터 어셈블리(130)가 회전되는 것을 방지하도록 상기 고정부(6)를 통해 상기 스테이터 어셈블리(130)의 역방향 회전을 구속할 수 있다.

이러한 원웨이 클러치(140)의 작동은 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 실시예에서, 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)는 축 방향을 기준으로 상기 터빈 어셈블리(120)의 양측에서 마주하는 상기 임펠러 어셈블리(110)와 상기 스테이터 어셈블리(130)의 각 일면과, 상기 터빈 어셈블리(120)에 각각 구비된다.

이러한 마그네틱 기어 어셈블리(150)는 차량의 초기 구동 시에 마그네틱 기어비에 따라 상기 입력축(102)으로부터 입력된 토크를 증배시켜 상기 출력축(104)에 전달할 수 있다.

즉, 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)는 마그네틱 기어비로 상기 입력축(102)으로부터 입력된 토크를 증배시키는 기능을 수행할 수 있다.

여기서, 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)는, 제1 영구자석(152), 제2 영구자석(154), 및 요크(156)를 포함한다.

먼저, 상기 제1 영구자석(152)은 다수개로 구성되며, 상기 임펠러 어셈블리(110)의 일면에서 반경방향 내측에 원주방향을 따라 장착될 수 있다.

이러한 제1 영구자석(152)은, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 터빈 어셈블리(120)를 향하는 상기 임펠러 바디(112)의 일면에서 반경방향 내측에 장착될 수 있다.

여기서, 상기 제1 영구자석(152)은 N 극과 S 극이 반복적으로 배치되고, 상호 배치된 전체적인 형상이 환형을 형성할 수 있다.

즉, 본 실시에에서, 상기 제1 영구자석(152)은 서로 다른 극성을 갖는 4개의 영구자석이 90°각도로 이격되며, 교대로 배치될 수 있다.

상기 제2 영구자석(154)은 다수개로 구성되며, 상기 제1 영구자석(152)들에 대응하여 상기 스테이터 어셈블리(130)의 일면에 원주방향을 따라 장착될 수 있다.

이러한 제2 영구자석(154)은 상호 배치된 전체적인 형상이 환형을 형성하도록 N 극과 S 극이 반복적으로 배치되며, 상기 제1 영구자석(152) 보다 많은 개수로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 스테이터 어셈블리(130)는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 스테이터 바디(132)와, 스테이터 플랜지(134)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 스테이터 바디(132)는 대략 원통 형상으로 형성되며, 상기 출력축(104)에 장착된 제2 베어링(B2)을 통해 상기 출력축(104) 상에서 회전 가능하게 장착될 수 있다.

이러한 스테이터 바디(132)의 외주면에는 상기 원웨이 클러치(140)의 내주면이 결합되고, 상기 원웨이 클러치(140)의 외주면은 상기 고정부(6)에 결합될 수 있다.

이에 따라, 상기 스테이터 어셈블리(130)는 상기 고정부(6)에 결합된 상기 원웨이 클러치(140)에 의해 상기 입력축(102)과 동일한 방향으로 회전할 수 있고, 상기 입력축(102)과 반대방향으로의 회전이 구속될 수 있다.

상기 스테이터 플랜지(134)는 상기 터빈 어셈블리(120)를 향하는 상기 스테이터 바디(132)의 일단에서 반경방향 외측을 향하여 연장되며, 상기 터빈 어셈블리(120)를 향하는 일면에 상기 제2 영구자석(154)이 장착될 수 있다.

그리고 상기 요크(156)는 상기 제1, 및 제2 영구자석(152, 154)의 상호 간에 자기력이 집중되도록 상기 제1, 및 제2 영구자석(152, 154)에 대응하여 축 방향을 기준으로 상기 임펠러 어셈블리(110)와 상기 스테이터 어셈블리(130)를 향하는 일단과 타단이 일정부분 돌출된 상태로, 상기 터빈 어셈블리(120)를 관통하여 장착된다.

이러한 요크(156)는 다수개로 구성되며, 상기 터빈 어셈블리(120)의 원주방향을 따라 등 간격으로 배치될 수 있다.

여기서, 상기 터빈 바디(122)에는 상기 요크(156)들이 장착되도록 반경방향 내측에 원주방향을 따라 등 간격으로 다수개의 삽입홀(124)이 형성될 수 있다.

또한, 상기 터빈 바디(122)는 투자율이 높은 금속(금, 은, 구리 등)인 비자성체 재질로 형성될 수 있다. 그리고 상기 요크(156)는 자력이 집중되도록 철과 같은 강자성 재질로 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 요크(156)는 상기 제1, 및 제2 영구자석(152, 154) 사이의 자력을 집중시켜 효율적으로 토크를 전달할 수 있도록 상기 제1, 및 제2 영구자석(152, 154) 상호 간의 자기장 영향을 극대화 할 수 있다.

여기서, 상기 제1, 및 제2 영구자석(152, 154)과 상기 요크(156)는 동일선상에 배치된다.

이와 같이 구성되는 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)는 상기 임펠러 어셈블리(110), 상기 터빈 어셈블리(120), 및 상기 스테이터 어셈블리(130)를 통해 기계적인 접촉 없이도 마그네틱 기어비로 상기 입력축(102)으로 입력된 토크를 증배시켜 상기 출력축(104)으로 출력할 수 있다.

즉, 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)는 종래의 기계식 기어에서 발생하는 기계적 마찰손실, 유지보수 등이 필요 없는 장점을 가지고, 과부하 시에는 토크리미터의 역할로도 사용할 수 있다.

이러한 마그네틱 기어 어셈블리(150)에서 상기 마그네틱 기어비(

)는 다음의 [수학식1]을 통해 결정될 수 있다.

[수학식 1]

여기서,

는 상기 제1 영구자석(152)의 극쌍수이고,

는 상기 제2 영구자석(154)의 극쌍수를 나타낼 수 있다.

그리고 상기 요크(156)의 개수(

)는 다음의 [수학식 2]를 통해 결정될 수 있다.

[수학식 2]

여기서,

는 상기 제1 영구자석(152)의 극쌍수이고,

는 상기 제2 영구자석(154)의 극쌍수를 나타낼 수 있다.

즉, 상기 마그네틱 기어비(

)와 상기 요크(156)의 개수는 상기 제1, 및 제2 영구자석(152, 154)의 극수를 이용하여 계산 가능하고 다양한 조합을 구성할 수 있다.

그리고 상기 마그네틱 기어비(

)에 의한 상기 출력축(104)의 회전속도는 다음의 [수학식 3]을 통해 결정될 수 있다.

[수학식 3]

여기서,

는 상기 출력축(104)의 회전속도이고,

은 상기 입력축(102)의 회전속도일 수 있다.

상기한 [수학식 3]에서 음의 부호가 갖는 의미는 상기 입력축(102)과 반대방향으로 상기 출력축(104)이 회전하는 것을 의미한다.

그러나 본 실시예에서는 동력 전달과정에서 상기 입력축(102)의 반대 방향으로 상기 출력축(104)이 회전하는 것을 상기 원웨이 클러치(140)로 구속하여 상기 입력축(102)과 동일한 회전방향으로 상기 출력축(104)이 회전하면서 상기 마그네틱 기어비(

)를 통해 토크가 증배되도록 할 수 있다.

그리고 상기 와전류 토크 발생부(160)는 상기 임펠러 어셈블리(110)와 상기 터빈 어셈블리(120)에 구비되며, 상기 입력축(102)과 상기 출력축(104)의 상대회전 속도 차이로 발생되는 와전류에 의한 와전류 토크를 상기 출력축(104)에 전달할 수 있다.

여기서, 상기 와전류 토크 발생부(160)는, 도 2 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 제3 영구자석(162), 및 와전류 요크(164)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 제3 영구자석(162)은 다수개로 구성되며, 축 방향을 기준으로, 상기 터빈 어셈블리(120)를 향하는 상기 임펠러 바디(112) 일면에서 반경방향 외측에 원주방향을 따라 장착될 수 있다.

여기서, 상기 제3 영구자석(162)은, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 임펠러 바디(112)에서 상기 제1 영구자석(152)으로부터 반경방향 외측을 향하여 일정간격 이격된 위치에서 N 극과 S 극이 반복적으로 배치되고, 상호 배치된 전체적인 형상이 환형을 형성할 수 있다.

즉, 본 실시에에서, 상기 제3 영구자석(162)은 서로 다른 극성을 갖는 4개의 영구자석이 90°각도로 이격되며, 교대로 배치될 수 있다.

또한, 상기 제3 영구자석(162)은 상기 제1 영구자석(152)과 N 극과 S 극이 상호 엇갈리게 배치될 수 있다.

그리고 상기 와전류 요크(164)는 상기 제3 영구자석(162)들에 대응하여 축 방향을 기준으로, 상기 스테이터 어셈블리(130)를 향하는 상기 터빈 바디(122)의 일면에서 반경방향 외측에 장착될 수 있다.

이러한 상기 와전류 요크(164)는 반경방향을 기준으로 설정된 길이를 갖는 링 형상으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 와전류 요크(164)는 상기 제3 영구자석(162)의 자력이 잘 통과할 수 있는 상기 터빈 바디(122)를 통해 상기 제3 영구자석(162)과 축 방향으로 동일선상에 배치될 수 있다.

또한, 상기 와전류 요크(164)는 상기 제3 영구자석(162)의 자력이 집중되도록 철과 같은 강자성 재질로 형성될 수 있다.

이와 같이 구성되는 건식 토크 컨버터(100)는 차량의 초기 구동에 따른 저속도비 구간에서 상기 입력축(102)으로 회전동력이 입력되면 상기 임펠러 어셈블리(110)가 상기 입력축(102)과 함께 정방향으로 회전한다.

그러면, 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)에서 상기 임펠러 바디(112)에 장착된 제1 영구자석(152), 상기 스테이터 플랜지(134)에 장착된 상기 제2 영구자석(154), 및 상기 터빈 바디(122)에 장착된 상기 요크(156)의 상호 작용으로 인해 발생된 역방향의 회전력이 상기 스테이터 어셈블리(130)에 유도된다.

이 때, 상기 원웨이 클러치(140)는 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)에서 발생된 역방향 회전력에 의한 상기 스테이터 어셈블리(130)의 역방향 회전을 구속하여 상기 스테이터 어셈블리(130)를 고정시킨 상태로 유지하게 된다.

즉, 상기 원웨이 클러치(130)는 차량의 운행 초기에 저속도비 구간에서 상기 터빈 어셈블리(120)에 상기 마그네틱 기어비에 의한 회전력이 상기 입력축(102)의 회전방향과 동일한 정방향으로 전달되도록 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)에서 발생된 회전력에 의해 상기 스테이터 어셈블리(130)가 역방향으로 회전하는 것을 방지할 수 있다.

이에 따라, 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)에서 발생된 역방향 회전력은 상기 스테이터 어셈블리(130)가 고정됨으로써, 상기 요크(156)를 통해 상기 터빈 어셈블리(120)에 정방향 회전력으로 전달되면서 저속도비 구간의 토크증배가 발생될 수 있다.

여기서, 상기 임펠러 어셈블리(110)는 상대적으로 저속으로 회전하기 때문에 상기 와전류 토크 발생부(160)로부터 상기 터빈 어셈블리(120)에 전달되는 와전류 토크의 영향은 제한적일 수 있다.

이러한 상태에서, 차량의 속도가 증가되어 고속도비 구간이 되면, 상기 모터(2)의 회전력에 의해 상기 임펠러 어셈블리(110)의 회전속도가 증가된다.

그러면, 상기 터빈 어셈블리(120)와 상기 임펠러 어셈블리(110)의 상대속도 차이로 인해 상기 와전류 토크 발생부(160)에서 와전류에 의한 와전류 토크가 발생된다.

즉, 상기 임펠러 바디(112)에 장착된 상기 제3 영구자석(162)과, 상기 터빈 바디(122)에 장착된 상기 와전류 요크(164)의 사이에서 상대속도 차이에 의해 와전류를 발생시킬 수 있다.

이 와전류는 와전류 토크를 발생시키고, 발생된 와전류 토크가 상기 터빈 어셈블리(120)에 전달되면서, 상기 터빈 어셈블리(120)의 회전속도가 상기 마그네틱 기어비를 초과하게 된다.

이에 따라, 와전류 토크는 상기 터빈 어셈블리(120)의 회전속도를 증가시키게 되고, 상기 터빈 어셈블리(120)의 회전속도는 상기 임펠러 어셈블리(110)의 회전속도에 점진적으로 접근할 수 있다.

여기서, 상기 터빈 어셈블리(120)에 회전속도가 증가되면, 상기 요크(156)와 상기 스테이터 어셈블리(130)에 장착된 상기 제2 영구자석(154)의 사이에서 와전류에 의한 와전류 토크가 발생되면서 상기 스테이터 어셈블리(130)에 정방향으로 회전력을 갖는 와전류 토크가 전달된다.

그러면, 상기 원웨이 클러치(140)의 잠금이 해제되고, 상기 임펠러 어셈블리(110), 상기 터빈 어셈블리(120), 및 상기 스테이터 어셈블리(130)는 모두 같은 방향으로 회전된다.

따라서, 상기 원웨이 클러치(140)는 고속도비 구간에서 상기 와전류 토크 발생부(160)의 작동을 통해 상기 터빈 어셈블리(120)의 회전속도가 증가되면, 상기 터빈 어셈블리(120)로부터 상기 스테이터 어셈블리(130)에 전달되는 정방향 회전력을 갖는 와전류 토크에 의해 상기 스테이터 어셈블리(130)의 구속을 해제하여 정방향으로 회전시킬 수 있다.

즉, 상기 원웨이 클러치(140)는 차량의 초기 구동 시에 상기 스테이터 어셈블리(130)를 고정시킴으로써, 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)에서 발생된 역방향 회전력(상기 임펠러 어셈블리(110)의 회전방향과 반대방향)을 정방향으로 변경하여 상기 터빈 어셈블리(120)에 전달할 수 있다.

그리고 일정 속도에서 상기 원웨이 클러치(140)는 상기 임펠러 어셈블리(110)의 회전과 같은 방향의 회전력을 발생시키는 와전류 구동력에 의해 상기 스테이터 어셈블리(130)의 구속을 해제함으로써, 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)의 회전력을 다시 상기 스테이터 어셈블리(130)로 전달할 수 있다. 이에 따라, 일정 속도에서는 와전류 구동력만 상기 터빈 어셈블리(130)에 작용하도록 하는 기능을 한다.

이와 같은 기능을 수행하는 상기 원웨이 클러치(140)가 없다면, 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)를 통해 발생된 구동력과 그와 반대방향인 와전류 구동력이 같은 피동체에 작용하게 되어서 구동력이 상쇄되므로 입출력의 토크증배도 불가능하고, 입출력의 동기화도 불가능하다.

즉, 상기 원웨이 클러치(140)가 적용되지 않고, 상기 스테이터 어셈블리(130)가 상기 고정부(6)에 고정된다면, 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)의 작동에는 문제가 없을 수 있다. 그러나, 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)를 구성하는 상기 제2 영구자석(154)과 상기 요크(156)는 고속도비 구간에서 전자석 브레이크로 기능하게 됨으로써, 속도비의 증가를 불가능하게 한다.

이와는 반대로, 상기 스테이터 어셈블리(130)가 자유 회전만 한다면, 저속도비 구간에서 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)에서 발생된 마그네틱 기어토크는 상기 터빈 어셈블리(120)가 아닌 상기 스테이터 어셈블리(130)로 전달됨에 따라, 상기 출력축(104)이 회전하지 않는 문제가 있다.

따라서 유체 토크 컨버터의 저속도비 동작 및 고속도비 동작을 모두 재현하기 위해서는 상기 원웨이 클러치(140)는 필수적으로 적용되어야만 한다.

이와 같이 작동하는 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터(100)에서 회전수에 따른 토크의 크기를 첨부한 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 건식 토크 컨버터에서 입력축과 출력축의 회전수에 따른 토크의 크기를 나타낸 그래프이다.

도 7을 참조하면, 차량의 초기 구동에 따른 저속도비 구간인 제1 영역에서는 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150)의 작동으로 인해 상기 입력축(102)의 토크보다 상기 출력축(104)의 토크가 큰 것을 알 수 있다.

즉, 상기 입력축(102)으로 입력된 토크보다 상기 출력축(104)으로 출력되는 토크의 크기가 증배된다.

이러한 상태에서, 고속도비 구간인 제2 영역에서는 상기 와전류 토크 발생부(160)로부터 전달된 와전류 토크에 의해 상기 터빈 어셈블리(120)의 회전수가 증가되면서 상기 마그네틱 기어비를 초과함에 따라, 상기 출력축(104)의 토크는 점진적으로 작아지는 것을 알 수 있다.

이 때, 상기 입력축(102)의 회전수는 증가하지만, 입력된 토크는 일정한 상태를 유지하게 된다.

그리고 2 영역 이후의 높은 회전수 구간인 제3 영역에서는 상기 입력축(102)과 상기 출력축(104)의 회전수와 토크가 동일한 것을 알 수 있다.

이는, 별도의 록업 기구를 적용해 상기 입력축(102)과 상기 출력축(104)을 직결시킨 것으로서, 이러한 록업 기구를 적용한 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 토크 컨버터(200)를 첨부한 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 토크 컨버터의 구성도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 토크 컨버터(200)는 임펠러 어셈블리(210), 터빈 어셈블리(220), 스테이터 어셈블리(230), 원웨이 클러치(240), 마그네틱 기어 어셈블리(250), 및 와전류 토크 발생부(260)를 포함할 수 있다.

상기 임펠러 어셈블리(210), 상기 터빈 어셈블리(220), 상기 스테이터 어셈블리(230), 상기 원웨이 클러치(240), 상기 마그네틱 기어 어셈블리(250), 및 상기 와전류 토크 발생부(260)는 전술한 일 실시예와 동일하므로, 이하 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식 토크 컨버터(200)는 축 방향을 기준으로 상기 임펠러 어셈블리(210) 측에서 상기 입력축(102)과 함께 회전하도록 회전중심이 상기 입력축(102)에 결합되고, 상기 임펠러 어셈블리(210)와 상기 터빈 어셈블리(220)의 외주면으로부터 반경방향 외측을 향하여 이격된 상태에서 상기 임펠러 어셈블리(210)와 상기 터빈 어셈블리(220)의 외주면을 감싸는 커버(270)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 터빈 어셈블리(220)와 상기 커버(270)의 사이에는 상기 출력축(104)의 회전속도에 따라 발생된 원심력으로 작동하여 상기 커버(270)에 선택적으로 접촉되면서, 상기 터빈 어셈블리(120)를 상기 커버(270)에 연결하여 상기 입력축(102)과 상기 출력축(104)을 직접 연결하는 록업 기구(280)가 구비될 수 있다.

상기 록업 기구(280)는 록업 부재(282)와 마찰부재(256)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 록업 부재(282)는 상기 터빈 어셈블리(220)에서 상기 터빈 바디(222)의 외주면에 탄성부재(284)를 통해 연결된다. 이러한 록업 부재(282)는 상기 출력축(104)의 회전속도에 의해 제어되면서, 상기 커버(270)의 내주면을 향하여 선택적으로 이동할 수 있다.

그리고 상기 마찰부재(286)는 상기 록업 부재(282)에 대응하여 상기 커버(270)의 내주면에 장착된다.

이와 같이 구성되는 상기 록업 기구(280)의 작동은 다음과 같다.

상기 터빈 어셈블리(220)의 회전속도가 증가하면서 발생하는 원심력이 상기 탄성부재(284)의 탄성력을 극복하면, 상기 록업 기구(280)에서는 상기 탄성부재(284)가 인장됨에 따라, 상기 록업 부재(282)가 상기 마찰부재(286)를 향하여 반경방향 외측으로 이동하게 된다.

이러한 상태에서, 상기 터빈 어셈블리(220)에서 발생된 원심력이 더욱 증가되면, 상기 탄성부재(284)가 더 인장되면서, 상기 록업 부재(282)는 상기 마찰부재(286)에 마찰 접촉된다.

이에 따라, 상기 터빈 어셈블리(2)는 상기 록업 기구(280)의 작동에 의해 상기 커버(270)와 연결되고, 이로 인해, 상기 입력축(102)과 상기 출력축(104)이 직접 연결된 상태로 회전될 수 있다.

즉, 도 7의 제2 영역 이후의 높은 회전수 구간인 제3 영역에서는 상기 입력축(1002)과 상기 출력축(104)이 직결됨으로써, 입력 및 출력 속도를 1:1로 전달하게 되며, 상기 모터(2)의 토크를 상기 변속기(4)로 직접 전달할 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 토크 컨버터를 적용하면, 초기 구동 시에는 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150, 250)의 마그네틱 기어비를 이용해 상기 입력축(102)의 토크를 증배하여 상기 출력축(104)에 전달하고, 일정속도 이상부터는 상기 입력축(102)과 상기 출력축(104)의 상대회전 속도 차이로 발생된 와전류에 의한 와전류 토크를 이용하여 상기 출력축(104)의 회전속도가 상기 입력축(102)의 회전속도와 동기화 되도록 상기 출력축(104)의 회전속도를 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 동력 전달과정에서 상기 입력축(102)의 반대 방향으로 상기 출력축(104)이 회전하는 것을 방지하도록 상기 원웨이 클러치(140)를 적용함으로써, 상기 스테이터 어셈블리(130, 230)의 역방향 회전을 방지하고, 상기 입력축(102)과 동일한 방향으로 상기 출력축(104)을 회전시키면서 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150, 250)의 마그네틱 기어비에 의한 효율적인 토크증배가 가능해질 수 있다.

또한, 본 발명은 작동유체를 사용하지 않고, 기계적인 접촉이 없는 비접촉식으로 구성함으로써, 기계적인 마찰손실, 및 유지보수 등이 요구되지 않아 내구성을 향상시키고, 유지보수 비용을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 터빈 어셈블리(120, 220)에 배치되는 상기 요크(156, 256)를 통해 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150, 250)에서 발생하는 자력을 집중시킴으로써, 입력토크를 출력토크로 효율적으로 전달할 수 있다.

또한, 본 발명은 차량의 크기 및 성능에 대응하여 상기 마그네틱 기어비와 와전류 토크의 세기에 대한 튜닝이 가능하여 공용성과 함께 전체적인 상품성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 저속에서 상기 마그네틱 기어 어셈블리(150, 250)를 통해 토크를 증배시킬 수 있어 상기 모터(2)의 다운 사이징이 가능하고, 인버터, 및 주변 부품들의 사양을 낮출 수 있어 차량의 전체적인 생산비용을 낮출 수 있다.

또한, 본 발명은 종래의 유체 토크 컨버터의 기능을 전자기력과 자력을 이용해 모두 구현할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

2 : 모터
4 : 변속기
6 : 고정부
100, 200 : 건식 토크 컨버터
102 : 입력축
104 : 출력축
110, 210 : 임펠러 어셈블리
112, 212 : 임펠러 바디
120, 220 : 터빈 어셈블리
122, 222 : 터빈 바디
124, 224 : 삽입홀
130, 230 : 스테이터 어셈블리
132, 232 : 스테이터 바디
134, 234 : 스테이터 플랜지
140, 240 : 원웨이 클러치
150, 250 : 마그네틱 기어 어셈블리
152, 252 : 제1 영구자석
154, 254 : 제2 영구자석
156, 256 : 요크
160, 260 : 와전류 토크 발생부
162, 262 : 제3 영구자석
164, 264 : 와전류 요크
270 : 커버
280 : 록업 기구
282 : 탄성부재
284 : 록업 부재
286 : 마찰부재

Claims (25)

1. 입력축에 결합되며, 상기 입력축과 함께 회전하는 임펠러 어셈블리;
   상기 임펠러 어셈블리와 마주하는 위치에 배치되고, 출력축에 결합되어 상기 출력축과 함께 회전하는 터빈 어셈블리;
   상기 터빈 어셈블리를 사이에 두고, 축 방향을 기준으로 상기 임펠러 어셈블리의 반대방향에 위치하도록 상기 출력축에 회전 가능하게 배치되는 스테이터 어셈블리;
   상기 스테이터 어셈블리와 고정부의 일방향 연결을 단속하도록 상기 스테이터 어셈블리에 장착되는 원웨이 클러치;
   축 방향을 기준으로 상기 터빈 어셈블리의 양측에서 마주하는 상기 임펠러 어셈블리와 상기 스테이터 어셈블리의 각 일면과, 상기 터빈 어셈블리에 각각 구비되며, 초기 구동 시에 마그네틱 기어비에 따라 입력축으로부터 입력된 토크를 증배시켜 상기 출력축에 전달하는 마그네틱 기어 어셈블리; 및
   상기 임펠러 어셈블리와 상기 터빈 어셈블리에 구비되며, 상기 입력축과 상기 출력축의 상대회전 속도 차이로 발생되는 와전류에 의한 와전류 토크를 상기 출력축에 전달하는 와전류 토크 발생부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마그네틱 기어 어셈블리는
   상기 임펠러 어셈블리의 일면에서 반경방향 내측에 원주방향을 따라 장착되는 다수개의 제1 영구자석;
   상기 제1 영구자석들에 대응하여 상기 스테이터 어셈블리의 일면에 원주방향을 따라 장착되는 다수개의 제2 영구자석; 및
   상기 제1, 및 제2 영구자석의 상호 간에 자기력이 집중되도록 상기 제1, 및 제2 영구자석에 대응하여 축 방향을 기준으로 상기 임펠러 어셈블리와 상기 스테이터 어셈블리를 향하는 일단과 타단이 일정부분 돌출된 상태로, 상기 터빈 어셈블리를 관통하여 장착되며, 상기 터빈 어셈블리의 원주방향을 따라 등 간격으로 배치되는 다수개의 요크;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 임펠러 어셈블리는
   반경방향 내측에 상기 제1 영구자석이 장착되도록 상기 입력축에 회전 중심이 결합되고, 원판 형상으로 형성되는 임펠러 바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
4. 제2항에 있어서,
   상기 터빈 어셈블리는
   상기 출력축에 회전 중심이 결합되는 원통 형상의 터빈 바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
5. 제4항에 있어서,
   상기 터빈 바디에는
   상기 요크가 장착되도록 반경방향 내측에 원주방향을 따라 등 간격으로 다수개의 삽입홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
6. 제4항에 있어서,
   상기 터빈 바디는
   투자율이 높은 금속이며, 비자성체 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
7. 제2항에 있어서,
   상기 제1 영구자석은
   N 극과 S 극이 반복적으로 배치되고, 상호 배치된 전체적인 형상이 환형을 형성하는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
8. 제2항에 있어서,
   상기 제2 영구자석은
   상호 배치된 전체적인 형상이 환형을 형성하도록 N 극과 S 극이 반복적으로 배치되며, 상기 제1 영구자석 보다 많은 개수로 구성되는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
9. 제2항에 있어서,
   상기 마그네틱 기어비(

   

   )는
   다음의 수학식을 통해 결정되고,
   

   

   
   

   

   는 상기 제1 영구자석의 극쌍수이고,

   

   는 상기 제2 영구자석의 극쌍수인 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
10. 제2항에 있어서,
    상기 요크의 개수(

    

    )는
    다음의 수학식을 통해 결정되고,
    

    

    
    

    

    는 상기 제1 영구자석의 극쌍수이고,

    

    는 상기 제2 영구자석의 극쌍수인 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
11. 제2항에 있어서,
    상기 와전류 토크 발생부는
    축 방향을 기준으로, 상기 터빈 어셈블리를 향하는 상기 임펠러 어셈블리의 일면에서 반경방향 외측에 원주방향을 따라 장착되는 다수개의 제3 영구자석; 및
    상기 제3 영구자석들에 대응하여 축 방향을 기준으로, 상기 스테이터 어셈블리를 향하는 상기 터빈 어셈블리의 일면에서 반경방향 외측에 장착되는 와전류 요크;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 영구자석은
    상기 제1 영구자석으로부터 반경방향 외측을 향하여 일정간격 이격된 위치에서 N 극과 S 극이 반복적으로 배치되고, 상호 배치된 전체적인 형상이 환형을 형성하는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
13. 제11항에 있어서,
    상기 제3 영구자석은
    상기 제1 영구자석과 N 극과 S 극이 상호 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
14. 제11항에 있어서,
    상기 와전류 요크는
    반경방향을 기준으로 설정된 길이를 갖는 링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
15. 제1항에 있어서,
    상기 마그네틱 기어비(

    

    )에 의한 상기 출력축의 회전속도는
    다음의 수학식을 통해 결정되고,
    

    

    
    

    

    는 상기 출력축의 회전속도이고,

    

    은 상기 입력축의 회전속도인 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
16. 제2항에 있어서,
    상기 스테이터 어셈블리는
    원통 형상으로 형성되는 스테이터 바디; 및
    상기 터빈 어셈블리를 향하는 상기 스테이터 바디의 일단에서 반경방향 외측을 향하여 연장되며, 상기 터빈 어셈블리를 향하는 일면에 상기 제2 영구자석이 장착되는 스테이터 플랜지;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
17. 제16항에 있어서,
    상기 스테이터 바디는
    상기 출력축에 장착된 제2 베어링을 통해 상기 출력축 상에서 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
18. 제16항에 있어서,
    상기 원웨이 클러치는
    그 내주면이 상기 스테이터 바디의 외주면에 결합되고, 그 외주면은 상기 고정부에 결합되는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
19. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러 어셈블리는
    상기 임펠러 어셈블리를 향하는 상기 출력축의 선단에 장착된 제1 베어링을 통해 상기 출력축에 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
20. 제1항에 있어서,
    상기 고정부는
    차량의 바디 또는 변속기 하우징인 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
21. 제1항에 있어서,
    상기 원웨이 클러치는
    차량의 운행 초기에 저속도비 구간에서 상기 터빈 어셈블리에 상기 마그네틱 기어비에 의한 회전력이 상기 입력축의 회전방향과 동일한 정방향으로 전달되도록 상기 마그네틱 기어 어셈블리에서 발생된 회전력에 의해 상기 스테이터 어셈블리가 역방향으로 회전하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
22. 제1항에 있어서,
    상기 원웨이 클러치는
    고속도비 구간에서 상기 와전류 토크 발생부의 작동을 통해 상기 터빈 어셈블리의 회전속도가 증가되면, 상기 스테이터 어셈블리를 정방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
23. 제1항에 있어서,
    축 방향을 기준으로 상기 임펠러 어셈블리 측에서 상기 입력축과 함께 회전하도록 회전중심이 상기 입력축에 결합되고, 상기 임펠러 어셈블리와 상기 터빈 어셈블리의 외주면으로부터 반경방향 외측을 향하여 이격된 상태에서 상기 임펠러 어셈블리와 상기 터빈 어셈블리의 외주면을 감싸는 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
24. 제23항에 있어서,
    상기 터빈 어셈블리와 상기 커버의 사이에는
    상기 출력축의 회전속도에 따라 발생된 원심력으로 작동하여 상기 커버에 선택적으로 접촉되면서, 상기 터빈 어셈블리를 상기 커버에 연결하여 상기 입력축과 상기 출력축을 직접 연결하는 록업 기구가 구비되는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.
25. 제24항에 있어서,
    상기 록업 기구는
    상기 터빈 어셈블리에 탄성부재를 통해 연결되며, 상기 출력축의 회전속도에 의해 제어되면서, 상기 커버의 내주면을 향하여 선택적으로 이동하는 록업 부재; 및
    상기 록업 부재에 대응하여 상기 커버의 내주면에 장착되는 마찰부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 토크 컨버터.

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