KR100495672B1

KR100495672B1 - 차동장치

Info

Publication number: KR100495672B1
Application number: KR10-2002-0026198A
Authority: KR
Inventors: 조찬동
Original assignee: 조찬동
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2005-06-16
Also published as: KR20030088245A

Abstract

본 발명은 차동장치에 관한 것으로, 이는 2개로 나누어진 좌·우측 축(1a,1b)이 관통하고 있으면서 구동피니언(5)과 맞물려 회전하는 링기어(4)가 부착된 차동케이스(10)를 구비하되, 상기 축(1a,1b)에는 각각 축(1a,1b)의 외경보다 내경이 작은 코일(9a,9b)이 끼워지고 상기 차동케이스(10)가 코일(9a,9b)을 매개로 하여 회전동력을 전달할 수 있도록 위치되어서, 차동작용과 더불어 자동차의 어느 한쪽 바퀴에 회전저항이 거의 없는 경우에도, 다른쪽 바퀴로 회전력이 전달되어 빠져나올 수 있게 되며, 종래의 사이드기어와 피니언, 별도의 차동제한장치 등의 구성부재가 필요없게 되어서, 자동차의 중량감소는 물론 구성부재의 재료비 및 가공에 대한 비용을 절감할 수 있으며, 구성이 단순하여 제작이 용이하게 된다.

Description

차동장치 {Differential system}

본 발명은 자동차의 차동장치에 관한 것으로, 특히 종래 대부분의 차동장치와는 달리 사이드기어와 피니언을 사용하지 않고서도 차동작용을 할 뿐만 아니라, 구덩이 또는 눈이 쌓여 있는 빙판길 등과 같이 미끄러운 곳에 한쪽 바퀴가 있게 될 때 별도의 차동제한장치가 설치되지 않았음에도 불구하고 다른쪽 바퀴로 회전력이 전달되어 빠져나올 수 있게 하는 차동장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차가 커브길을 회전할 경우 또는 울퉁불퉁한 노면을 주행할 경우에는, 바퀴가 미끄러지지 않고 원활히 회전하기 위해서 좌·우측 바퀴의 회전수가 변화해야 하는데, 이를 위하여 종래에는 도 8에 도시된 바와 같이 좌·우측바퀴의 마찰력에 따라 회전수가 증감속될 수 있는 차동장치가 사용되었다.

도 8에 도시된 바와 같이, 종래의 차동장치는 차축에 스플라인으로 결합되고서 축(1a,1b)을 갖는 2개로 나누어진 좌·우측 사이드기어(2a,2b)와, 이 사이드기어(2a,2b)에 맞물려 구동력을 전달하도록 된 2개의 피니언(3)이 관통하고 있으면서, 구동피니언(5)과 맞물려 회전하는 링기어(4)가 부착된 차동케이스(10)를 구비하고 있다.

상기 차동장치는 좌·우측 바퀴에 작용하는 회전저항의 차에 의해 좌·우측 차축의 회전수가 변할 수 있는 것으로, 예를 들어 자동차가 평탄한 길을 직진할 때는 좌·우측 바퀴에 작용하는 회전저항이 같기 때문에 사이드기어(2a,2b)가 동일한 회전수로 링기어(4)의 회전에 따라 움직여 전체가 1개의 블록이 되어 회전함으로써, 좌·우측 축(1a,1b)이 동일한 회전수로 회전하게 된다. 한편, 자동차가 커브길을 회전할 때에는, 각각의 회전반경 때문에 바퀴는 회전주행하는 거리에 차이가 있게 되는데, 이 때에는 안쪽 바퀴가 바깥쪽 바퀴보다 저항이 커져 회전수가 감소하고, 그 감소한 회전속도만큼 반대쪽 바퀴는 가속되어 양 바퀴가 미끄러지지 않고 원활히 회전하게 되는 것이다.

그러나, 종래의 차동장치는 자동차의 어느 한쪽 바퀴에 회전저항이 거의 없는 경우, 즉 구덩이에 자동차가 빠져 한쪽 바퀴가 노면에서 떨어지거나 빙판길에 한쪽 바퀴만 걸쳐져 헛도는 경우에는 반대쪽 바퀴쪽으로 동력이 전달되지 않기 때문에, 자동차가 주행할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 차동장치는 사이드기어와 피니언 등과 같은 구성부재를 구비하기 때문에, 자동차의 중량을 불필요하게 증가시킬 뿐만 아니라 고가(高價)이며, 구성이 복잡하다고 하는 문제점이 있었다.

한편, 근래에는 자동차가 구덩이에 빠져 탈출이 불가능하게 될 경우에 발생되는 문제점을 해결하기 위하여 별도의 차동제한장치를 구비하고 있으나, 이 또한 구성을 더욱 복잡하게 하여 제작을 어렵게 하고, 이에 따라 생산비용을 증가시키는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 축의 외경보다 내경이 작은 코일이 좌측 및 우측 축에 각각 끼워지고 상기 코일의 양끝이 차동케이스와 상호작용하는 간단한 차동수단을 설치함으로써, 차동작용과 더불어 자동차의 어느 한쪽 바퀴에 회전저항이 거의 없는 경우에도, 다른쪽 바퀴로 회전력이 전달되어 빠져나올 수 있게 되며, 사이드기어와 피니언, 별도의 차동제한장치 등의 구성부재가 필요없게 되어서, 자동차의 중량감소는 물론 구성부재의 재료비 및 가공에 대한 비용을 절감할 수 있으며, 구성이 단순하여 제작이 용이하게 되도록 하는 차동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명은, 2개로 나누어진 좌·우측 축이 관통하고 있으면서 구동피니언과 맞물려 회전하는 링기어가 부착된 차동케이스를 구비하되, 상기 좌·우측 축에는 각각 축의 외경보다 내경이 작은 코일을 끼우고서 상기 코일의 양끝이 차동케이스와 상호작용하게 한다.

이하 본 발명을 첨부도면을 참조로 하여 더욱 상세히 설명하되, 여기서 상, 하, 좌, 우, 시계방향, 반시계방향 등의 방위는 본 발명을 용이하게 이해할 수 있도록 하기 위해 도면을 참조로 하여 사용된 것으로, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아님을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명에 따른 차동장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이며, 도 2a는 본 발명에 따른 차동장치의 주요부의 작동원리를 설명하기 위한 개략도이다.

우선, 도 2a를 참조로 하여 본 발명의 주요부의 작동원리에 대해 설명하자면, 환봉(1)의 외경보다 내경이 작은 코일(9)을 환봉(1)의 외면에다 시계방향으로 감은 것처럼 끼운 상태에서 이 환봉(1)을 고정시켰다 가정하고, 이 코일(9)의 한끝(도 2a에서 윗끝)을 시계방향으로 밀면, 상기 코일(9)의 내경이 작아지는 쪽으로 힘이 작용하면서 코일(9)이 환봉(1)을 조이게 되어서, 코일(9)과 환봉(1)이 고정되는 상태가 되므로 환봉(1)이 회전하지 않는 한 코일(9)은 회전하지 않게 된다. 이와는 반대로, 상기 끝을 반시계방향으로 밀면, 환봉(1)이 회전하지 않아도 코일(9)은 환봉(1)상에서 미끄러져 회전하게 되는데, 이는 상기 코일(9)의 내경이 커지면서 조임이 풀어지기 때문이다.

한편, 상기 코일(9)의 한끝(도 2a에서 윗끝)을 고정시키고 반시계방향으로 환봉(1)을 회전시키면, 이는 환봉(1)을 고정시키고 코일(9)의 상기 끝을 시계방향으로 미는 것과 동일한 상태가 되므로, 환봉(1)은 코일(9)과 고정되어서, 환봉(1)이 회전하지 않게 된다. 이와는 반대로, 환봉(1)을 시계방향으로 돌리면 환봉(1)은 코일(9)의 내면을 미끄러지면서 회전하게 되는데, 이 또한 코일(9)의 내경이 커지는 쪽으로 작용되기 때문임을 알 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 1실시예에 따른 차동장치는 2개로 나누어진 좌·우측 축(1a,1b)이 관통하고 있으면서 구동피니언(5)과 맞물려 회전하는 링기어(4)가 부착된 차동케이스(10)를 구비하되, 상기 축(1a,1b)상에는 이들 축(1a,1b)의 외경보다 내경이 작은 코일(9a,9b)이 각 축(1a,1b)에 거울상 대칭으로 감긴 채로 끼워져 있고 상기 코일(9a,9b)의 양끝(c,d)이 소정의 길이로 절곡되어서, 상기 차동케이스(10)에 의해 힘을 받도록 접촉가능하게 위치되어 있다.

여기서, 상기 코일(9a,9b)의 단면은 접촉면을 넓게 하여 마찰력을 증대시키기 위해서 사각형 등과 같은 다각형의 단면을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 기존의 원형 단면도 가질 수 있음은 물론이다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이 각 코일(9a,9b)의 한쪽 끝(c)은 일체로 형성되어 함께 연결되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1실시예에 따른 차동장치의 작동을 도 1과 도 2를 참조로 하여 더욱 상세히 설명하자면, 전술한 바와 같이 상기 축(1a,1b)에 각각 축(1a,1b)의 외경보다 내경이 작은 코일(9a,9b)이 시계방향(도 2 참조)으로 거울상 대칭되게 감겨 있는 상태로 끼워져 있는데, 자동차의 직진시에 구동피니언(5)과 맞물려 회전하는 링기어(4)와 함께 차동케이스(10)가 회전하게 되면(도 1 참조), 차동케이스(10)가 이들 코일(9a,9b)의 윗끝(c)을 시계방향(도 2 참조)으로 밀게 되고, 상기 코일(9a,9b)은 그 내경이 작아지게 작용되면서 축(1a,1b)과 고정되게 된다. 따라서, 축(1a,1b)은 차동케이스(10)와 같은 방향으로 회전되어, 결국 자동차가 직진하게 된다.

또한, 예컨대 좌회전으로 전진할 때에는, 우측 축(1b)이 좌측 축(1a)보다 더 빨리 회전하게 되는데, 이는 우측 축(1b)이 코일(9b)의 회전수보다 더 빨리 회전하게 됨을 의미하며, 이 때에 좌측 축(1a)은 이 좌측 축(1a)에 끼워진 코일(9a)에 의해 차동케이스(10)로부터 구동력을 계속 전달받고 있다. 따라서, 이 경우에는 우측 축(1b)이 서로 연결된 코일(9a,9b)보다 상대적으로 빨리 회전하면서 우측 축(1b)이 코일(9b)의 내경을 크게 하는 작용을 하게 되므로, 우측 축(1b)이 코일(9b)내에서 미끄러져 회전하게 되기 때문에, 이 우측 축(1b)이 필요한 만큼 더 빨리 회전하게 되어 자동차가 원활하게 좌회전으로 전진할 수 있게 된다. 우회전시에도 좌,우의 전환 외에는 마찬가지로 작동되므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 후진시에는 구동피니언(5)과 맞물려 회전하는 링기어(4)와 함께 차동케이스(10)가 코일(9a,9b)의 아래끝(d)을 반시계방향(도 2 참조)으로 함께 밀게 되고, 이 코일(9a,9b)은 그 내경이 작아지게 작용되므로 축(1a,1b)과 고정된다. 따라서, 상기 축(1a,1b)은 차동케이스(10)와 같은 방향으로 회전되어, 결국 자동차가 후진하게 된다.

또, 예컨대 좌회전으로 후진할 때에는, 우측 축(1b)이 좌측 축(1a)보다 더 빨리 회전하게 되는데, 좌회전으로 전진할 때와 달리 이 경우에는, 우측 축(1b)이 코일(9b)과 같이 회전하게 되면서, 서로 연결된 코일(9a,9b)이 좌측 축(1a)보다 상대적으로 반시계방향으로 빨리 회전하게 되는데, 이는 코일(9b)과 공유하는 코일(9a)의 윗끝(c)이 이 코일(9a)의 내경을 크게 하는 작용을 하게 되어, 좌측 축(1a)에서 코일(9a)이 미끄러져 회전하게 되기 때문에, 좌측 축(1a)보다 우측 축(1b)이 필요한 만큼 더 회전할 수 있게 되어 자동차가 원활하게 좌회전으로 후진할 수 있게 된다. 우회전시에도 좌,우의 전환 외에는 마찬가지로 작동되므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 차동장치를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 차동장치를 도시한 단면도이며, 도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서 사용가능한 연결부재의 사시도로서, 이들 도면에 도시된 실시예들에서는 각 코일(9a,9b)의 한쪽 끝(c) 또는 양쪽 끝(c,d)에 별도의 연결부재(8,8')를 구비한 것을 제외하고는, 도 1에 도시된 제 1실시예와 작동이 유사한 바, 상기 연결부재(8,8')는 차동케이스(10)와 코일(9a,9b) 사이의 동력전달을 더욱 확실하고 용이하게 하면서 코일(9a,9b)에 대한 보강역할도 할 수 있게 연결된다.

상기 연결부재(8,8')는 축(1a,1b)이 미끄럼가능하게 끼워넣어질 수 있도록 대략 도우넛(doughnut)형상을 하고 있으며, 한쪽 또는 양쪽 측면에 코일(9a,9b)의 끝(c 또는 d)이 끼워질 수 있는 삽입홈(6)과, 그 외주면의 일부에 형성되어 차동케이스(10)와 접촉하면서 구동력을 전달할 수 있도록 된 돌출단(7)을 구비하고 있다. 여기서, 상기 삽입홈(6)은 필요에 따라 코일(9a,9b)의 굵기보다 더 넓게 형성될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 제 4실시예에 따른 차동장치를 도시한 단면도로서, 이 도면에 도시된 실시예에서는 별도의 연결부재(8")가 도 3 내지 도 5에 도시된 연결부재(8,8')와 형태가 상이한 것을 제외하고, 제 1과 제 2 및 제 3실시예와 작동이 유사하다. 상기 연결부재(8")는 두꺼운 판형상을 하고 있으면서, 코일(9a,9b)의 한쪽 끝(c)이 삽입될 수 있는 한쌍의 구멍이 형성되어 있다. 또, 이 연결부재(8")는 스냅링(6") 등에 의해서 코일(9a,9b)의 끝(c)부분들의 소정의 위치에 위치될 수 있게 되어 있는데, 상기 연결부재(8")의 구멍과 코일(9a,9b)은 필요에 따라 고정될 수 있거나, 구멍내에서 코일(9a,9b)이 약간 회전하면서 움직이도록 형성될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제 5실시예에 따른 차동장치를 도시한 단면도로서, 이 도면에 도시된 실시예는 도 6에 도시된 제 4실시예와 유사하되, 상부 및 하부 연결부재(8")가 코일(9a,9b)의 양끝(c와 d)의 소정의 위치에 각각 스냅링(6") 등을 매개로 위치된 점이 상이하다.

이 실시예는 자동차의 직진 또는 후진시 제 1과, 제 2, 제 3 및, 제 4실시예와 작동이 유사하지만, 자동차의 방향전환시에는 다소 차이가 있는 바, 예컨대 좌회전으로 전진할 때에는, 도 1에서와 같이 우측 축(1b)이 좌측 축(1a)보다 더 빨리 회전하게 되는데, 이 때에 우측 축(1b)에 있는 코일(9b)의 끝(d)이 하부 연결부재(8")의 구멍을 관통할 뿐 고정되어 있지 않다면(물론, 스냅링(6") 등으로 위치설정은 되어 있지만), 코일(9b)의 내경을 크게 하는 작용이 일어날 때 상기 하부 연결부재(8")가 우측 축(1b)의 회전방향으로 움직일 수 있게 된다. 한편, 예컨대 좌회전으로 후진할 때에는, 상하의 전환 외에는 마찬가지로 작동되므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

여기서, 상기 상부 및 하부 연결부재(8")는 방향전환시 외륜축이 보다 빨리 회전하기 때문에 외륜측 코일의 끝(c 또는 d)이 축(1a,1b)의 회전방향으로 밀리는 경향이 있게 되는데, 방향전환이 완료된 후에 상기 밀림이 해제되어 신속히 복귀하도록 하기 위해서는 상부 및 하부 연결부재(8")의 길이, 특히 구멍에서 양단까지의 길이가 길수록 좋다. 이러한 작용은 상기 차동케이스(10)가 내륜측 코일과 연결된 상부 또는 하부 연결부재(8")의 양단을 축(1a,1b)의 회전방향으로 밀고 있기 때문에 가능하게 되는 것이다. 물론, 상부 및 하부 연결부재(8")의 길이는 반드시 이에 한정되지 않고 필요에 따라 적당한 길이로 할 수 있다.

상기 제 2와, 제 3, 제 4 및, 제 5실시예들은 코일(9a,9b)이 제 1실시예처럼 일체로 형성되지 않고서 분리된 채로 형성되어 서로 연결될 수 있음을 나타낸 것으로, 여기에 도시되고 설명된 연결부재(8,8")에 한정되지 않고 다양한 형상과 재질의 연결부재가 사용될 수 있는 한편, 전술한 연결부재(8,8")를 상호조합하여 실시할 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 구조를 갖추고 작동하게 되는 본 발명에 따르면, 코일을 통하여 좌,우측 축에 구동력이 개별적으로 전달될 수 있기 때문에, 종래와 같이 자동차가 커브길을 회전할 때에 필요한 차동작용을 할 수 있을 뿐만 아니라, 어느 한쪽 바퀴가 구덩이 또는 눈이 쌓여 있는 빙판길 등과 같이 미끄러운 곳에 있게 될 때에도 다른쪽 바퀴에 구동력이 확실히 전달되어 어떠한 경우에도 주행불능상태가 일어나지 않으며, 이로써 별도의 차동제한장치가 필요없게 되는 것이다.

특히, 사이드기어와 피니언, 별도의 차동제한장치 등의 구성부재가 필요없게 되어서, 자동차의 중량감소는 물론 구성부재의 재료비 및 가공에 대한 비용을 절감할 수 있으며, 구성이 단순하여 제작이 용이하게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 차동장치를 도시한 단면도이고,

도 2는 도 1의 A-A선 단면도,

도 2a는 본 발명에 따른 차동장치의 주요부의 작동원리를 설명하기 위한 개략도,

도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 차동장치를 도시한 단면도,

도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 차동장치를 도시한 단면도,

도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서 사용가능한 연결부재의 사시도,

도 6은 본 발명의 제 4실시예에 따른 차동장치를 도시한 단면도,

도 7은 본 발명의 제 5실시예에 따른 차동장치를 도시한 단면도,

도 8은 종래의 대표적인 차동장치를 도시한 단면도이다.

Claims

2개로 나누어진 좌·우측 축(1a,1b)이 관통하고 있으면서 구동피니언(5)과 맞물려 회전하는 링기어(4)가 부착된 차동케이스(10)를 구비하되,

상기 축(1a,1b)에는 각각 축(1a,1b)의 외경보다 내경이 작은 코일(9a,9b)이 감겨진 상태로 끼워지고 양끝(c,d)이 소정의 길이로 절곡되어서, 이들 코일(9a,9b)의 어느 한쪽 끝이 차동케이스(10)와 접촉하여 힘을 받게 됨으로써 구동력을 상기 축(1a,1b)에 전달할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 차동장치.
제 1항에 있어서, 상기 각 축(1a,1b)에 끼워진 각 코일(9a,9b)의 적어도 한쪽 끝은 일체로 형성되어 있거나, 별도의 연결부재를 매개로 하여 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 차동장치.
제 2항에 있어서, 상기 각 축(1a,1b)에 끼워진 각 코일(9a,9b)의 연결되지 않은 다른쪽 끝은 각각 연결부재(8')에 끼워지되, 이 연결부재(8')는 축(1a,1b)이 미끄럼가능하게 끼워넣어질 수 있게 도우넛형상을 하고 있으며, 적어도 한쪽 측면에 코일(9a,9b)의 끝이 삽입될 수 있는 삽입홈(6)과, 그 외주면에 형성되어 차동케이스(10)와 접촉하면서 구동력을 전달할 수 있도록 된 돌출단(7)을 구비하는 것을 특징으로 하는 차동장치.
제 2항에 있어서, 상기 각 축(1a,1b)에 끼워진 각 코일(9a,9b)의 연결되지 않은 다른쪽 끝은 연결부재(8")를 매개로 서로 연결되되, 이 연결부재(8")는 판형상을 하고 있으면서, 코일(9a,9b)의 끝이 삽입될 수 있는 한쌍의 구멍이 형성되어 있고, 상기 연결부재(8")가 스냅링(6") 등에 의해서 코일(9a,9b)의 끝부분들의 소정의 위치에 위치될 수 있어, 차동케이스(10)와 접촉하면서 구동력을 전달할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 차동장치.