KR102051686B1 - 개선된 듀얼 매스 플라이휠 - Google Patents

Abstract

듀얼 매스 플라이휠은 필요 시에 2개 스테이지들을 갖는 스프링 어셈블리를 포함하되, 2개의 스테이지들 중의 하나는 스파이럴 스프링을 포함할 수 있다. 또한, 듀얼 매스 플라이휠은 플라이휠의 회전 속도와는 관계없이 토크를 인가하는 마찰 감쇠 시스템을 포함한다.

Description

개선된 듀얼 매스 플라이휠{IMPROVED DUAL MASS FLYWHEEL}

본 발명은 개선된 듀얼 매스 플라이휠(dual mass flywheel)에 관한 것이다.

듀얼 매스 플라이휠은 내연기관의 크랭크샤프트에 의해 회전 구동되는 1차 매스(primary mass), 기어박스의 입력 샤프트를 회전 구동하기 위한 2차 매스(secondary mass), 및 1차 매스를 2차 매스에 탄성 비틀림 방식(elastically torsional manner)으로 연결하는 스프링 어셈블리를 포함한다.

스프링 어셈블리가 직렬로 배치되고 상이한 비틀림 강성 등의 기계 특성들을 갖는 적어도 2개의 탄성 유닛들을 포함하는 것이 공지되어 있다. 2개의 탄성 유닛들은 상당한 질량을 갖는 구조체에 의해 연결되고, 이는 원하지 않는 공진의 원인이 된다.

특히, 탄성 유닛은 플라이휠의 1차 매스를 구조체에 비틀림 방식으로 연결하는 다수의 원주 방향 코일 스프링들을 포함할 수 있는데, 제2 탄성 유닛은 구조체를 2차 매스에 비틀림 방식으로 연결하고, 구조체는 1차 매스 및 2차 매스에 대해 회전할 수 있다.

본 발명의 목적은 동적 조건들 하에서, 예컨대 공진 중에 또는 격렬한 급제동 이후에 개선된 성능을 갖는 듀얼 매스 플라이휠을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 플라이휠에 의해 달성된다.

이제부터, 본 발명을 첨부 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠의 개략적인 기능도이고;
도 2는 도 1의 플라이휠에서 인가되는 감쇠 토크의 그래프이며;
도 3은 본 발명(실선)에 따른 그리고 종래 기술(점선)에 따른 플라이휠에서 측정되는 비틀림 진동들의 그래프이고;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 매스 플라이휠의 분해 사시도이며;
도 5는 명료하게 하기 위해 세부들을 제거한 도 4의 단면 사시도이고;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예의 분해 사시도이다.

도 1에서, 도면 부호 "1"은 바람직하게는 내연 기관의 크랭크샤프트에 연결되는 1차 매스(2)와 바람직하게는 클러치를 통해 차량의 기어박스(G)의 입력 샤프트에 연결되는 2차 매스(3), 2차 매스에 대한 비틀림 작용을 얻기 위해 원주 방향으로 배치되는 다수의 코일 스프링들(4), 및 1차 매스와 코일 스프링들(4) 사이에 직렬로 배치되는 추가의 비틀림 탄성 요소(5)를 포함하는 듀얼 매스 플라이휠을 지시하고 있다.

특히, 비틀림 탄성 요소(5)는 1차 매스 및 2차 매스의 질량과 대비하여 무시할 수 없는 질량의 스프링 로더(6)에 의해 코일 스프링들(4)에 연결된다. 스프링 로더(6)는 탄성 요소(5)로부터 코일 스프링들(4)로 토크를 전달하도록 구성되는 요소 또는 구조체이다. 비틀림 탄성 요소(5)는 1차 매스(2)가 2차 매스(3)를 구동할 때에 스프링 로더(6)를 통해 코일 스프링들(4)에 토크를 전달하도록 배치된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 탄성 요소(5)는 플라이휠의 1차 매스(2)에 고정적으로(rigidly) 연결된 제1 단부(7)와 스프링 로더(6)에 고정적으로 연결된 제2 단부(8)를 갖는, 금속 밴드 또는 비원형(non-round) 와이어로 제조된 스파이럴 스프링(spiral spring)을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 탄성 요소는 250°내지 600° 또는 225°내지 600°, 바람직하게 275°내지 425°의 각도와 0.4 내지 0.8, 바람직하게는 0.5 내지 0.7의 단면 높이 대 폭 비에 의해 정의되는 다수의 턴(turn)들을 갖는 스파이럴 스프링이다. 본 명세서 및 특허 청구 범위에서, 스파이럴 스프링은 가변적인 곡률을 갖는, 그 결과 가변적인 반지름을 갖는 턴들 또는 턴들의 부분들을 포함한다. 예컨대, 스파이럴 스프링의 적어도 일부는 아르키메데스 나선(Archimedean spiral)과 같은 형상으로 될 수 있다. 또한, 턴들이 반지름 방향으로 오버레이(overlay)되도록 공통의 중앙면을 공유하고, 직접적인 접촉을 피하기 위해 반지름 방향의 빈 공간을 형성할 수 있다. 대안적으로, 턴들 또는 턴들의 부분들이 축 방향으로 서로에 대해 오프셋(offset)될 수도 있다. 예컨대, 각각의 측면들이 접촉하고 있거나 적어도 일부의 또는 모든 작동 조건들에서 떨어져 이격되는 측면들을 갖는 다수의 스파이럴 스프링들이 축 방향으로 나란히 있을 수 있다.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 탄성 요소(5)의 단면은 10 mm 내지 30 mm의 폭과 4 mm 내지 12 mm의 높이를 가진다. 탄성 요소(5)는 바람직하게는 평탄한 금속 밴드의 스프링으로 제조된다.

피로 저항의 성능을 향상시키기 위해, 탄성 요소(5)의 평탄한 면들을 연결하기 위한 필릿 반지름(fillet radius)이 1 mm 내지 3 mm 또는 0.5 내지 3 mm, 바람직하게는 0.75 내지 1.75 mm이어야 하는 것이 상당히 중요한 것으로 판명되었다. 탄성 요소(5)의 단면은 대략 직사각형인 것이 바람직하다. 전술한 특성들은, 그 자체로 또는 더 좋게는 조합되어, 플라이휠(2)의 1차 매스로부터 생기는 진동들을 분리시키기 위한 원하는 범위의 강성 또는 일정한 탄성을 그리고 그와 동시에 원하는 피로 저항을 얻게끔 하는 역할을 한다.

탄성 요소(5)와 다수의 코일 스프링들(4)은 1차 매스(2)와 2차 매스(3) 사이에 직렬로 배치되는데, 탄성 요소(5)와 코일 스프링들(4) 사이에 스프링 로더(6)가 개재된다. 본 발명에 따르면, 스프링 로더(6)와 2차 매스(3) 사이에서 측정되는 코일 스프링들(4)의 전체적인 비틀림 강성이 탄성 요소(5)의 비틀림 강성보다 더 크다.

코일 스프링들(4)은 원주 방향의 빈 공간(G1)이 제공되도록 스프링 로더(6)와 2차 매스(3) 사이에 연결되는 것이 바람직하다. 따라서 스프링 로더(6)와 2차 매스(3)가 각방향(angular direction)으로 상대 이동할 경우, 코일 스프링들(4)이 원주 방향으로 하중을 받는 상태가 되기 전에 원주 방향의 빈 공간(G1)이 폐쇄되게 된다.

또한, 듀얼 매스 플라이휠(1)은 제1 유닛(T1)과 제2 유닛(T2)을 갖는 감쇠 장치를 포함한다.

감쇠 장치는 스프링 로더(6)와 2차 매스(3) 사이에 구비되고, 감쇠 유닛들(T1, T2)은 스프링 로더(6)에 대해 병렬로 연결된다.

감쇠 유닛(T1)은 원주 방향의 빈 공간(G2)이 제공되도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서 스프링 로더(6)와 2차 매스(3)가 각방향으로 상대 이동할 경우, 감쇠 유닛(T2)이 그 각방향 감쇠 작용을 제공하기 전에 원주 방향의 빈 공간(G2)이 폐쇄되게 된다.

그와는 반대로, 감쇠 유닛(T2)은 스프링 로더(6)와 2차 매스(3)의 어떠한 각변위(angular displacement)에 대해서도 T2의 각방향 감쇠 작용이 제공되도록 구성된다. 감쇠 유닛(T2)은 마찰 커플링을 제공하기 위해 스프링 로더(6)와 플라이휠의 2차 매스(3) 사이에 고정 커플링 부시를 포함하는 것이 바람직하다.

따라서 스프링 로더(6)와 2차 매스(3)가 각방향으로 상대 이동할 경우, 비틀림 감쇠 효과가 일어난다. 코일 스프링(4)들이 하중을 받기 전에 또는 하중을 받는 순간에 감쇠 유닛(T2)이 작동하도록 G1이 G2보다 크거나 같은 것이 바람직하다. 따라서 감쇠가 유효하고 코일 스프링(4)들이 하중을 받지 않는 작동 조건, 즉 스프링 로더(6)와 2차 매스(3) 사이의 각방향 상대 이동이 G1보다 작게 되는 경우를 의도할 수 있다. 특히, 감쇠 유닛들(T1, T2)은 빈 공간(G2)이 폐쇄될 때에 스프링 로더(6)와 플라이휠의 2차 매스(3) 사이의 전체적인 감쇠 토크가 제1 레벨로부터 그 제1 레벨보다 큰 제2 레벨로 증가하도록 각각의 일정한 레벨의 감쇠를 제공한다(도 2 참조).

따라서 본 실시예에 따르면, 스프링 로더(6)와 2차 매스(3) 사이의 감쇠를 적어도 2개의 값들 사이에서 불연속적으로 변경하는 전체적인 감쇠 효과가 제공된다. 특히, 불연속적인 감쇠율은 빈 공간(G2)을 제공함으로써 얻어진다.

도 4에서, 도면 부호 "100"은 내연 기관의 크랭크샤프트(도시되지 않음)에 연결되기 적합한 1차 매스(102), 예컨대 기어박스(도시되지 않음)의 입력 샤프트에 연결되기 적합하고 1차 매스(102)에 대해 축(A)을 중심으로 회전 가능한 2차 매스(103), 및 1차 매스(102)를 2차 매스(103)에 비틀림 방식으로 연결하는 스프링 어셈블리(104)를 포함하는 듀얼 매스 플라이휠을 전체적으로 지시하고 있다.

스프링 어셈블리(104)는 1차 매스(102)에 연결되는 제1 스테이지(105) 및 제1 스테이지(105)와 2차 매스(103)에 직렬로 연결되는 제2 스테이지(106)를 포함한다. 제1 스테이지(105)는 탄성 장치(107)를 포함하고, 제2 스테이지(106)는 탄성 장치(107)의 비틀림 강성과는 상이한 비틀림 강성을 갖는 탄성 장치(108)를 포함한다. 탄성 장치(107)의 비틀림 강성은 탄성 장치(108)의 비틀림 강성보다 작은 것이 바람직하다. 그와 같이 하여, 크랭크샤프트의 각진동(angular vibration)들이 탄성 장치(107)에 의해 더욱 효과적으로 흡수되거나 감쇠된다. 또한, 스프링 어셈블리(104)는 기계적으로 탄성 장치(107)를 탄성 장치(108)에 직렬로 커플링하기 위한 구조체(109)를 포함한다.

공진의 경우에 비틀림 진동들을 감소시키고, 토크의 급변에 의해 일어나는 원하지 않는 동적 영향을 감소시키기 위해, 플라이휠(100)은 구조체(109)에 작용하고 바람직하게는 구조체(109)와 2차 매스(103) 사이에 개재되는 마찰 감쇠 장치(111)를 포함한다. 마찰 감쇠 장치(111)는 건조 마찰 장치이고, 스프링(112) 및 접시 스프링(Belleville spring)인 것이 바람직한 그 스프링(112)에 의해 대략 축 방향으로 하중을 받는 마찰 요소(113)를 포함한다. 스프링(112)은 회전하지 않게 고정적으로 2차 매스(103)에 연결되는 벽(114) 및 회전하지 않게 고정적으로 구조체(109)에 연결되는 벽(115)의 작용에 의해 하중을 받는다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 벽(115)은 마찰 장치(111)의 2개의 마찰 요소들, 특히 마찰 요소(113)와 축 방향으로 벽(115)을 기준으로 하여 마찰 요소(113)의 맞은편에 배치되는, 그에 따라 구조체(109)와 2차 매스(103) 사이에서 마찰 요소(113)의 마찰 효과와 대등한 마찰 효과를 갖는 층(16) 사이에 개재된다. 마찰 요소(113)와 층(116)은 모두 스프링(112)을 통해 가해지는 동일한 힘에 의해 하중을 받는 것이 유리하다.

또한, 스프링(112)은 원주 방향의 마모를 피하기 위해 서로 회전하지 않게 고정된 구성 부품들 사이에 장착될 수 있다. 마찰 요소(113)가 회전에 있어서는 고정적이고 축 방향으로는 자유롭게 이동하도록 2차 매스(103)에 속박되고, 스프링(112)이 벽(114)과 마찰 요소(113) 사이에 개재되는 것이 유리하다.

특히, 플라이휠(100)은 2차 매스(103)와 접촉하는 벽(117) 및 벽(117)과 함께 환형 격실(119)을 획정하도록 형성된 형상 요소(118)를 갖는 예비 조립 유닛을 포함한다. 환형 격실(119)은 적어도 축 방향으로 마찰 장치(111)를, 더욱 정확히 말하자면 적어도 스프링(112), 마찰 요소(113), 벽(115), 및 층(116)을 수용한다. 특히, 환형 격실(119)을 획정하기 위해, 형상 요소(118)는 벽(114), 벽(114)의 원주로부터 연장되는 원통형 벽(120), 및 축 방향으로 벽(114)의 맞은편에서 원통형 벽(114)으로부터 반지름 방향으로 연장되고 벽(117)에 고정적으로 연결될 수 있는 플랜지(121)를 포함한다. 형상 요소(118)는 시트 금속으로 제작된다.

또한, 벽들(114, 117)은 탄성 장치(108)의 지지체를 형성한다. 특히, 탄성 장치(108)는 압축 스프링 또는 원통형 코일 스프링들(122)을 포함할 수 있고, 벽들(114, 117)은 각각의 윈도(123, 124)의 범위를 한정하여 각각의 압축 스프링(122)의 반지름 방향 및 원주 방향 위치를 정할 수 있다. 벽들(114, 117)은 구조체(109)와 기능적으로 유사하고 벽들(114, 117)에 대해 각방향으로 회전하여 압축 스프링(122)에 하중을 가하도록 구성되는 디스크(125) 또는 벽을 또한 수용하도록 축 방향으로 떼어져 놓이는 것이 유리하다. 또한, 벽(115)은 회전에 있어서는 고정적이고 축 방향으로는 자유롭게 이동하도록 디스크(125)에 연결되어 구조체(109)와 2차 매스(103) 사이의 상대 각위치와 무관하게 마찰 장치(111)를 작동시킨다. 그와 같이 하여, 층(116)의 마모에 기인하는 축 방향 유격을 줄일 수 있다.

벽(115)과 마찰 장치(113)는 구조체(109)와 2차 매스(103) 사이의 상대 각위치에 의거하여 마찰 감쇠 작용을 변경하기 위해 축 방향 캠-캠 팔로워(cam-cam follower) 장치를 형성하는 것이 유리하다. 특히, 마찰 장치(111)의 작용은 2개의 작용분(contribution)들의 합으로, 그 작용분들 중의 하나는 일정하고 5 내지 50 Nm의 범위에 있는 마찰 토크의 인가를 의도하고 있고, 다른 하나는 0과 150 Nm 사이에서 가변적이다. 특히, 구조체(109)와 2차 매스(103) 사이에서 결과적으로 생기는 마찰은 2개의 작용분들의 모든 조합들에 걸친 범위를 갖고, 특히 일정한 작용분 또는 가변적인 작용분이 0으로 될 수 있다. 탄성 장치들(107, 108)에의 하중 인가를 일으키는 구조체(109)의 원주 방향 이동을 뒤따라, 구조체(109)와 2차 매스(103) 사이의 상대 각위치가 증가함에 따라 마찰이 증가하는 것이 유리하다. 또한, 플라이휠(100)에 의해 전달되는 토크가 임계치에 도달할 때에, 마찰 하중의 증가가 구조체(109)와 2차 매스(103)를 회전에 있어 고정되게 할 정도로 되도록 할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 벽(115)은 캠을 형성하기 위해 원주 방향으로 가변적인 축 방향 두께를 갖고, 마찰 요소(113)는 대응하는 캠 팔로워를 형성한다. 마찰 요소(113)는 원주 방향으로 가변적인 축 방향 두께의 환형 지지체(126) 및 환형 지지체(126)에 의해 받쳐지는 마찰재 층(127)을 포함하는 것이 바람직하다. 환형 지지체(126)는 원통형 벽(120)에 의해 획정되는 각각의 축 방향 홈들에 맞물리는 다수의 반지름 방향 릿지(ridge)들을 구비하여 회전에 있어서는 거의 고정적이고 축 방향으로는 자유롭게 이동하도록 형상 요소(118)와의 커플링을 형성한다. 벽(115)과 환형 지지체(126)의 축 방향 프로파일들이 전술한 일정한 작용분과 가변적인 작용분의 조합들을 달성한다. 축 방향 프로파일들이 구조체(109)와 2차 매스(103) 사이의 상대 각위치의 미리 정해진 값까지는 일정한 마찰 감쇠를 형성하고 상대 각위치가 그 미리 정해진 값을 넘어 증가함에 따라 최대 감쇠 값에 도달할 때까지 점진적인 감쇠를 형성하게 되도록 할 수 있는 것이 유리하다. 상대 각위치는 탄성 장치들(107, 108)에 걸리는 하중이 증가하는, 앞에서도 또한 설명한 조건에서 증가하는 것으로 생각된다.

구조적으로, 플라이휠(100)은 구성 부품들의 수를 감소시켜 조립 작업들을 간단히 하고 구조체(109)의 관성을 감소시키며, 그 결과 고속 회전 중에 구조체(109)에 의해 축적될 수 있는 에너지의 개선된 소산을 가능하게 하도록 설계될 수 있다.

특히, 제1 스테이지(105)는 제1 및 제2 스파이럴 스프링들(128, 129)을 포함하는데, 그들은 탄성 요소(5)와 관련하여 설명한 것들과 같은 각각의 기하 치수들, 1차 매스(102)의 외주 원통형 벽(130)에 대해 고정되는 각각의 제1 단부들(130)(그 중의 하나만 도시됨), 및 제1 단부들(130)의 반대쪽에 있고 반지름 방향으로 스파이럴 스프링(128, 129)들에 의해 둘러싸인 구조체(109)의 몸체(133)에 고정적으로 연결되는 각각의 제2 단부들(131, 132)을 갖는다. 따라서 몸체(133)는 스파이럴 스프링들(132, 133)이 차지하는 공간에 비해 작은 반지름 방향 크기를 갖는다. 또한, 몸체(133)는 2차 매스(103)와 1차 매스(102) 중의 어느 하나에 의해 받쳐지는 관형 부분(134)의 부싱에 의해 반지름 방향으로 지지되고, 다시 그 관형 부분(134)은 1차 매스(102)와 2차 매스(103) 중의 다른 하나에 의해 받쳐지는 관형 요소(도시되지 않음)에 의해 반지름 방향으로 지지된다.

2차 매스(103)와 구조체(109) 사이 및 구조체(109)와 1차 매스(102) 사이 모두에 낮은 마찰 효과, 즉 마찰 장치(111)의 마찰 효과보다 적어도 한자리의 크기, 예컨대 2-5 Nm 또는 1.5-3.5 Nm, 바람직하게 대략 2 Nm만큼 작은 마찰 효과가 인가되는 것이 유리하다. 그러한 마찰은 필요하다면 마모를 줄이는 스프링을 포함하고 작은 반지름 방향 크기, 즉 반지름 방향으로 구조체(109)와 제1 및 제2 스테이지들(105, 106) 모두보다 작은 마찰 장치에 의해 인가된다.

스파이럴 스프링들(128, 129)은 제2 스테이지(106)의 원통형 스프링들(122)과 나란히 배치되고, 디스크(125)는 회전에 있어서는 고정되고 조립을 돕기 위해 축 방향으로는 예컨대 스플라인 커플링에 의해 자유롭게 이동하도록 몸체(133)에 연결된다.

디스크(125)는 탄성 장치(108)의 원통형 스프링들(122)을 구조체(109)에 대해 병렬로 한데 연결하도록 구성되고, 형상 요소(118)와 벽(117) 사이에 원통형 스프링들(122) 및 마찰 장치(111)와 함께 예비 조립된다.

그러한 예비 조립 유닛은 반지름 방향으로 원주에 배치되고 원통형 스프링들(122)과 마찰 장치(111) 모두에 대해 반지름 방향으로 바깥쪽의 위치에서 플랜지(121)와 벽(117)에 의해 형성되는 각각의 시트들에 맞물리는 다수의 핀들(135) 또는 다른 패스닝(fastening)들을 통해 2차 매스(103)에 고정적으로 장착된다.

본 발명에 따른 플라이휠(1, 100)은 다음의 이점들을 얻는 것을 가능하게 한다.

적어도 하나의 스파이럴 스프링(128, 129)을 포함하는 탄성 스테이지가 스파이럴 스프링들의 디커플링 특성을 향상시키기 위해 더 큰 강성의 제2 스테이지와 축 방향으로 나란히 배치되고, 따라서 그것은 각방향 이동의 높은 값들을 허용할 수 있는데, 그러한 각방향 이동의 높은 값들은 강성의 크기 설정을 통해 그리고 스파이럴 스프링의 턴(turn)들 사이에 별다른 마찰이 없기 때문에 얻어지게 된다. 턴들은 실제로 서로 접촉하지 않거나, 축(A)과 동심상의 표면들에서의 슬립핑(slipping)에 의해 원심 가속으로부터 발생하는 하중을 인가하지 않는다. 감쇠가 감소하는 각방향 이동의 높은 값들은 예컨대 시동의 첫 순간 중에 또는 꾸준한 고속으로 직선 코스의 주로를 따라 이동한 후의 급제동 또는 급가속 후에 크랭크샤프트의 돌발적인 진동들을 필터링하는데 특히 유리하다. 기능적인 분할들(subdivisions)을 통해서도 또한 성능이 개선된다: 스파이럴 스프링을 갖는 스테이지는 광범위하고 가볍게 감쇠되는 진동들을 허용하여 낮은 강성을 갖는 디커플러(decoupler)가 되도록 최적화되고, 다른 스테이지는 과하중에 맞춰 설계되고 더 높은 강성을 갖는다. 더 큰 비틀림 강성을 갖는 스테이지와 병렬로 되도록 구성되는 마찰 장치와의 조합에 의해서도 또한 성능이 증대된다.

관성을 감소시키기 위해, 구조체(109)는 자신의 질량을 가능한 한 축(A)에 가깝게 집중시킬 수 있다; 이는 스파이럴 스프링들(128, 129)의 턴들을 반지름 방향으로 적어도 몸체(133)를 둘러싸도록 배치함으로써 달성될 수 있다. 즉, 몸체(133)의 최대 반지름 방향 크기가 1차 매스(102)에 장착된 스파이럴 스프링들(128, 129)의 최대 반지름 방향 크기보다 작게 된다.

구조체(109)는 플라이휠(100)의 조립을 간단히 하기 위해 2개의 구성 부품들, 즉 탄성 장치들(107, 108)에 각각 연결되고 스플라인 커플링에 의해 서로 연결되는 몸체(133)와 디스크(125)로 분할된다.

사용 시에, 디스크(125)는 거의 고정된 축 방향 위치를 가지므로, 조립 중에는 스플라인 커플링이 주로 유용하다.

플라이휠이 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 구성에 따른 구조체를 갖는 경우와 다른 구성들에 따른 구조체를 갖는 경우에 모두 적용 가능한 마찰 장치(111)는 적어도 하나의 축 방향 작용 성분을 갖고 그 축 방향 작용 성분이 플라이휠(1, 100)의 회전 속도와는 무관한 스프링에 의해 하중을 받는다. 따라서 구조체(109)에 대한 마찰 효과의 신뢰성이 개선되는데, 왜냐하면 사용 수명(service life) 동안 조립의 상태가 그리 크지 않게 저하되기 때문이다.

또한, 일부 적용들에서, 정확한 작동을 위한 마찰 효과는 마찰 장치(111)의 반지름 방향 크기가 상대적으로 크고, 인가되는 마찰 토크를 계산하는 기초인 기준 지름이 유리하게는 콤팩트한 축 방향 크기를 허용하도록 120 ㎜보다 더 크게 되는 그러한 실체의 것이다. 또한, 마찰 장치(111)는 더 큰 비틀림 강성을 갖는 제2 스테이지(106)가 정해진 작동 조건들에서만 작동되거나 그 작용을 수행할 수 있도록 제2 스테이지(106)에 병렬로 연결되는 것이 유리하다.

마찰 장치(111)가 가변적인 효과를 갖는 경우, 구조체(109)와 2차 매스(103) 사이의 상대 각위치가 증가함에 따라 점진적이고 연속적으로 마찰을 변경하는 것이 바람직하다. 특히, 변화가 점진적이고 연속적인 경우, 더욱 정확히 말하자면 유격 또는 아이들 각도(idle angle)들에 기인하는 단(step)들이 없는 경우에는, 플라이휠(100)의 설계 단계 동안 동적 성능이 더욱 정밀하게 제어될 수 있다.

마찰 장치(111)는 축 방향 캠과 캠 팔로워에 의해 축 방향으로 특히 콤팩트하게 제조될 수 있다.

플라이휠(100)의 조립을 간단히 하기 위해, 마찰 장치(111)는 그리고 필요하다면 원통형 스프링들(122)도 예비 조립 유닛의 일부가 되도록 설계될 수 있는 것이 유리하다. 동일한 목적으로, 구조체(109)는 2개의 구성 부품들, 즉 탄성 장치들(107, 108)에 각각 연결되고 스플라인 커플링에 의해 서로 연결되는 몸체(133)와 디스크(125)로 분할된다. 사용 시에, 디스크(125)는 거의 고정된 축 방향 위치를 가지므로, 조립 중에는 스플라인 커플링이 매우 유리한 것으로 밝혀졌다.

특히, 탄성 장치(107)가 탄성 장치(108)의 것보다 작은 전체적인 비틀림 강성을 가질 경우, 크랭크샤프트의 토크 불규칙성이 특히 효율적으로 필터링되고, 그에 따라 탄성 장치(108)가 응력을 덜 받기 때문에 더욱 콤팩트하게 될 수 있다. 따라서 마찰 장치(111)의 크기 설정에 대한 또 다른 이점을 제공할 수 있다.

또한, 동일한 구성에서, 사용 시에 크랭크샤프트에 의해 직접 응력을 받는 1차 매스(102)에 의해 탄성 장치(107)가 직접 하중을 받도록 마찰 장치(111)가 구조체(109)와 2차 매스(103) 사이에서 작용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 마찰 장치(111)는 그리스 및 다른 비고체 윤활제에 대한 시일(seal)들을 회피하기 위해 건조 마찰 장치로 될 수도 있다.

제2 스테이지(106)에 병렬로 마찰 장치(111)를 배치함으로써, 구조체(109)의 각방향 이동을 제어할 수 있고, 구조체(109)에서의 원하지 않는 공진의 효과를 제한할 수 있다.

테스트를 수행한 후에, 플라이휠(1)의 스프링 로더(6) 및 유사한 구조체(109)에서의 공진에 기인한 피크 비틀림 진동이 1500 내지 2500 rpm의 범위에서 최소로 있다는 것을 알아냈다(도 3 참조, 여기서 실선은 본 발명에 따른 플라이휠의 데이터를 지시하고, 점선은 선행 기술에 따른 플라이휠의 데이터를 지시함). 그것은 크랭크샤프트의 불규칙한 속도로 회전하는 1차 매스(2)와 스프링 로더(6) 사이에서 디커플러와 같이 작용하는 탄성 요소(5)의 유리한 효과에 기인하는 것이다.

탄성 요소(5)가 스파이럴 스프링인 경우, 기하학적 특성들의 범위들은 진동을 감쇠시키는 동시에 피로 수명을 개선하기 위해 원하는 낮은 강성 또는 일정한 탄성을 얻는데 그 초점이 맞춰진다.

또한, 전체적인 감쇠는 2개의 불연속 레벨들 사이에서 가변적이고, 스프링 로더(6)에서 비틀림 공진이 발생할 때에 스프링 로더(6)와 플라이휠의 2차 매스(3) 사이에서 특정의 감쇠 효과를 얻도록 조정될 수 있다.

마지막으로, 첨부된 특허 청구 범위에서 정해지는 보호 범위를 벗어남이 없이 본원에 도시되고 설명된 플라이휠에 수정들 및 변경들이 이뤄질 수 있음이 명백하다.

코일 스프링들(4) 또는 탄성 장치(108)의 전체적인 강성은 각방향 이동 대 스프링들에 의해 인가되는 토크와 관련하여 선형 기울기를 보이거나 더 복잡한 특성 곡선, 즉 1개보다 많은 선형 기울기 세그먼트들을 갖는 점선을 가질 수 있다. 기울기가 점진적인 것이, 즉 각방향 변위의 증가에 따라 강성이 증가하는 것이 바람직하다. 일부의 하중 조건들, 특히 더 큰 각방향 변위 및/또는 더 높은 하중에 대응하는 하중 조건들에 대해 더 큰 강성이 일어나는 것으로 충분하다.

대안적으로, 코일 스프링들은 동일한 탄성 상수 및/또는 형상을 갖고, 개선된 회전 균형을 얻도록 각방향으로 등간격으로 이격된다.

또한, 탄성 요소(5)는 1차 매스(2)와 스프링 로더(6) 사이에 병렬로 연결되는 1개보다 많은 스파이럴 스프링들을 포함할 수 있다.

또한, 감쇠 장치(111)가 1차 매스(102)에 고정적으로 연결되는 것을 의도할 수 있다. 그 경우, 제2 스테이지(106)는 제1 스테이지(105)의 비틀림 강성보다 낮은 비틀림 강성을 갖는 것이 바람직하다. 따라서 감쇠 장치(111)는 더 큰 비틀림 강성을 갖는 스테이지에 병렬로 연결된다.

감쇠 장치(111)는 원통형 스프링들(122)에 대해 반지름 방향으로 안쪽에 있을 수도 있다(도 6).

스파이럴 스프링들(128, 129)은 반지름 방향으로 구조체(109)에 의해 둘러싸이게 배치될 수 있다.

비틀림 강성이 더 큰 탄성 스테이지와 병렬로 작동하는 것이 바람직한 감쇠 장치(111) 또는 플라이휠(1)의 감쇠 장치가 플라이휠(1, 100)의 모든 작동 조건들에서 일정한 마찰 토크를 인가하는 경우, 그러한 토크는 바람직하게는 가솔린 연료를 공급받는 내연 기관을 탑재한 후륜 구동 차량에서 20 Nm 내지 플라이휠(1, 100)의 해당 내연 기관의 최대 토크의 70%로 이뤄지는 것이 바람직하다. 그와 같이 하여, 플라이휠(1, 100)이 내연 기관의 토크에 가깝거나 그보다 높은 토크 레벨들을 전달하는 경우, 비틀림 강성이 더 큰 스테이지가 그 스프링들을 통해 그러한 하중을 전달한다. 또한, 감쇠 장치(111)가 일정한 작용을 인가하는 경우, 벽(117) 및 그 벽(117)과 함께 환형 격실(119)을 형성하도록 형성된 형상 요소(118)를 포함하는 예비 조립 유닛은 전술한 바에 대해 적절하게 재구성된다.

또한, 마찰 토크의 대부분이 가변적인 마찰 토크를 인가하는 장치에 의해 공급되게 할 수 있다.

스프링 어셈블리(104)가 2개의 스테이지들을 갖는 것이 아니라, 적어도 하나의 스파이럴 스프링(128, 129) 및/또는 탄성 요소(5)를 위한 스프링을 포함하는 단일의 스테이지를 갖는 경우, 예컨대 가변적인 마찰 토크를 얻기 위한 캠과 캠 팔로워를 갖는 구성으로 된, 특히 도 5에 관한 것을 참조하여 전술한 바에 따른 감쇠 장치(111)를 1차 매스(102)와 2차 매스(103) 사이에도 의도할 수 있다. 그러한 플라이휠은 예컨대 전륜 구동 엔진들 또는 후륜 구동 엔진들, 특히 저출력 엔진들에 적용될 수 있다.

스파이럴 스프링들(128, 129) 및/또는 탄성 요소(5)를 위한 스프링들은 크랭크샤프트의 회전 방향으로 감기는 것이, 즉, 크랭크샤프트가 1차 매스(2, 102)를 구동할 때에 스파이럴 스프링이 감기는(coil up) 것이 유리하다. 그와 같이 하여, 스파이럴 스프링들에 작용하는 원심 가속의 효과가 스프링들의 내부에서의 텐션의 상태를 감소시키는데 기여하게 된다.

흔히, 1차 매스(2, 102)는 예컨대 상대적으로 작은 지름을 갖는 원주에 배치되는 나사들 또는 해당 시트들과 같은, 크랭크샤프트에의 연결 수단(180)(예컨대, 도 6 참조)을 갖는다. 2차 매스(3, 103)는 1차 매스(2, 102)의 지름보다 더 큰 지름을 갖는 원주를 따라 배치되는, 예컨대 본 경우에도 역시 나사들 또는 해당 시트들인 추가의 연결 수단(181)에 의해 클러치에 연결된다.

스파이럴 스프링들(128, 129) 및 탄성 요소(5)를 위한 스프링들은 부피를 감소시키기 위해 한정된 원주 방향 크기의 적어도 하나의 캡 요소(183)에 의해 1차 매스(2, 102) 또는 2차 매스(3, 103)에 연결될 수 있다. 각각의 캡 요소는 중공이고, 스파이럴 스프링(128, 129)의 단부(30)를 모든 쪽들에서 둘러쌈으로써 수용한다. 캡 요소는 소결(sintering)에 의해 제조되는 것이 유리하다.

또한, 스파이럴 스프링(128, 129) 및 탄성 요소(5)를 위한 스프링의 각각의 단부는 회전축(A)과 평행하게 배치되는 단일의 핀(184)에 의해 고정된다. 그러한 핀은 부분적으로 스파이럴 스프링(128, 129)의 단부에 의해 형성되고 부분적으로 예컨대 단부(130)에 대한 캡 요소(183)에 의해 그리고 단부(131)에 대한 몸체(133)에 의해 형성되는 해당 시트에 수용된다. 스프링의 횡단면의 짧은 측의 방향으로, 스파이럴 스프링(128, 129)의 단부 (130, 131)에 의해 형성되는 시트의 부분은 단부의 저항 섹션에 과도한 충격을 주지 않도록 0.5 내지 2 ㎜, 바람직하게는 0.7 내지 1 ㎜의 깊이로 된다. 가장 낮은 변형을 갖는 구역을 국소화하는 또 다른 방법으로서, 단부(130)의 내호면(intrados)과 단부(131)의 외호면(extrados)이 각각의 핀의 시트 부분에 가장 적합한 구역들인 것으로 확인되었다.

플라이휠(1, 100)의 성능에 긍정적인 영향을 주는 스파이럴 스프링들(128, 129)의 또는 탄성 요소(5)의 강성 값들은 6 내지 12 Nm/deg, 특히 7 내지 10 Nm/deg의 범위에 있는 것으로 밝혀졌다.

Claims (42)

1차 매스(102), 상기 1차 매스(102)에 대해 각방향으로 이동 가능한 2차 매스(103), 및 상기 1차 매스(102)를 상기 2차 매스(103)에 연결하고, 적어도 하나의 스파이럴 스프링(128; 129)을 포함하는 제1 스테이지(105)와, 상기 제1 스테이지(105)의 비틀림 강성보다 더 큰 비틀림 강성을 갖는 제2 스테이지(106)와, 상기 제1 스테이지(105)를 상기 제2 스테이지(106)에 직렬로 연결하도록 구성되는 구조체(109)를 갖는 스프링 어셈블리(104)를 포함하되, 상기 적어도 하나의 스파이럴 스프링(128; 129)은 상기 1차 매스(102) 또는 상기 2차 매스(103)에 고정적으로 연결되는 제1 단부, 및 상기 구조체(109)의 몸체(133)에 연결되는 제2 단부(131; 132)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 스파이럴 스프링(128; 129)은 축 방향으로 상기 제2 스테이지(106)와 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 1 항에 있어서, 상기 몸체(133)는 반지름 방향으로 상기 적어도 하나의 스파이럴 스프링(128; 129)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 2 항에 있어서, 상기 몸체(133)는 반지름 방향으로 상기 1차 및 2차 매스들(102, 103) 중의 하나의 관형 부분(134)에 의해 지지되고 상기 관형 부분(134)을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 3 항에 있어서, 상기 제2 스테이지(106)는 다수의 원통형 스프링들(122)을 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 1 항에 있어서, 상기 구조체(109)와 상기 제2 스테이지(106)에 병렬로 배치되고 축 방향 하중 인가 스프링(112)을 포함하는 마찰 장치(111)를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 1 항에 있어서, 상기 구조체(109)는 상기 제2 스테이지(106)에 하중을 인가하는 디스크(125)를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 6 항에 있어서, 상기 디스크(125)는 회전에 있어서는 고정되고 축 방향으로는 자유롭게 이동하도록 상기 몸체(133)에 연결되는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 6 항에 있어서, 상기 디스크(125)는 마찰 장치(111)를 작동시키도록 구성되고, 반지름 방향으로 상기 구조체(109)를 둘러싸는 마찰 요소(113)를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 5 항에 있어서, 상기 마찰 장치(111)는 건조 마찰 장치인 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 1 항에 있어서, 상기 1차 및 2차 매스들(102, 103) 중의 하나와 상기 적어도 하나의 스파이럴 스프링(128; 129) 사이에 고정적으로 연결되고 상기 적어도 하나의 스파이럴 스프링(128; 129)의 단부(130)를 수용하는 공동을 갖는 캡 요소(183)를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 5 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스테이지들(105, 106) 중의 하나는, 서로 연결되고 반지름 방향으로 원통형 벽(120)에 의해 획정되는 환형 격실(119)을 형성하는 제1 및 제2 요소들(117, 118)을 포함하되, 상기 환형 격실(119)은 상기 마찰 장치(111)를 수용하고, 상기 제1 및 제2 요소들(117, 118)은 상기 1차 매스(102) 또는 상기 2차 매스(103)에 연결되는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 11 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스테이지들(105, 106) 중의 적어도 하나는 다수의 원통형 스프링들(122)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 요소들(117, 118)은 상기 원통형 스프링들(122)의 작용에 의해 원주 방향으로 하중을 받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 12 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 요소들(117, 118)은 상기 원통형 스프링들(122)의 각각의 윈도들(123, 124)을 형성하는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 11 항 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 요소들(117, 118)은 상기 2차 매스(103)에 고정적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스파이럴 스프링(128; 129)은 상기 1차 매스(102)에 고정적으로 연결되는 제1 단부, 및 상기 구조체(109)의 몸체(133)에 연결되는 제2 단부(131; 132)를 포함하고, 상기 몸체(133)는 반지름 방향으로 상기 적어도 하나의 스파이럴 스프링(128; 129)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠.

내연 기관 및 제 1 항에 따른 듀얼 매스 플라이휠을 포함하되, 상기 1차 매스(102)는 크랭크샤프트에 연결되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.

제 16 항에 있어서, 상기 제1 스테이지(105)는 상기 1차 매스(102)와 상기 구조체(109) 사이에 연결되는 어셈블리.

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