KR100761656B1 - 사륜구동 차량의 동력전달장치 - Google Patents

사륜구동 차량의 동력전달장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자력을 이용하여 이동식 샤프트를 구동함으로써 작동원리 및 구조를 단순화하여 조립이 용이하도록 하며, 부품수 감소로 인한 경량화 및 원가절감을 이룰수 있는 사륜구동 차량의 동력전달장치에 관한 것으로서,
사륜 구동과 이륜 구동을 전환해주고 엔진동력을 전달하는 부변속기(미도시)를 통해 전달되는 엔진동력을 회전력으로 전달하는 프론트 프로펠러 샤프트(150)와, 상기 프론트 프로펠러 샤프트(150)의 회전력을 공급받아 전달하는 피니언 기어(17) 및 링기어(15)를 가지는 프론트 디퍼렌셜(160)과, 상기 프론트 디퍼렌셜(160)의 내부에 위치하며 전기가 인가되는 경우에 자력을 발생시키는 전자석(54)과, 상기한 전자석(54)과 상호 대응되는 위치에 설치되어 상호작용하면서 인력 또는 척력을 발생시키는 영구자석(55)과, 상기한 영구자석(55)과 고정연결되어 상기한 영구자석(55)의 힘을 전달받아 축방향 이동을 하는 샤프트(53)와, 상기 프론트 디퍼렌셜(160)의 좌우측에 각각 연결되어 있으며 샤프트(53)와 스플라인 결합에 의한 동력 전달 및 차단을 통해 전륜을 구동하는 제1 및 제2 드라이브 샤프트(51, 52)를 포함하여 이루어진다.
사륜구동 자동차, 동력전달장치, 샤프트, 드라이브 샤프트, 전륜

Description

사륜구동 차량의 동력전달장치{POWER TRAIN FOR 4-WHEEL DRIVE AUTOMOBILE}
도 1은 일반적인 사륜구동 차량의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 일반적인 사륜구동 차량의 프론트 디퍼렌셜의 단면 구성도이다.
도 3은 종래의 엔진 진공압을 이용하여 액츄에이터를 구동시키는 사륜구동 차량의 전륜측 동력전달장치를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 사륜구동 차량의 전륜측 동력전달장치를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 사륜구동 차량의 전륜측 동력전달장치의 사륜구동시의 동작 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 사륜구동 차량의 전륜측 동력전달장치의 이륜구동시의 동작 상태를 나타낸 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
51, 52 : 드라이브 샤프트 53 : 샤프트
54 : 전자석 55 : 영구자석
150 : 프론트 프로펠러 샤프트 160 : 프론트 디퍼렌셜
본 발명은 사륜구동 차량의 동력전달장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로 말하자면 자력을 이용하여 이동식 샤프트를 구동함으로써 작동원리 및 구조를 단순화하여 조립이 용이하도록 하며, 부품수 감소로 인한 경량화 및 원가절감을 이룰수 있는 사륜구동 차량의 동력전달장치에 관한 것이다.
사륜구동 차량은, 이륜구동 차량과는 달리, 풀 타임, 또는 파트 타임으로 차량의 전후륜 모두를 구동륜으로 사용할 수 있는 기능을 가진 자동차로서, 험로 주행을 목적으로하는 지프형 차량이나 레져용 차량, 그리고 특수한 목적을 위해 사용되어지는 특장차량에 적용되어지는 구동 메커니즘이다.
상기한 사륜구동 차량은 주행가능한 노면 여건에서는 안정감있는 주행성을 발휘하며 지형이나 기후로 인해 노면이 취약하여 주행성이 좋지 않은 상황에서도 네 개의 바퀴에 동력을 고르게 분배하여 타이어의 접지성을 높여 원활한 주행이 가능하도록 한다.
도 1은 일반적인 사륜구동 차량의 구성을 나타내는 개략도이고, 도 2는 일반적인 사륜구동 차량의 프론트 디퍼렌셜의 단면 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 일반적인 사륜구동 차량은, 엔진(100)에서 출력되는 구동력이 변속기(110)를 지나 부변속기(120)에서 후륜측과 전륜측으로 분배되어 후륜측은 리어 프로펠러 샤프트(130)와 리어 디퍼렌셜(140)로, 전륜측은 프론트 프로펠러 샤프트(150)와 프론트 디퍼렌셜(160)로 동력이 각각 전달되는 구조로 이루어지며, 평상시에는 후륜측으로만 동력을 전달하여 이륜구동 으로 주행을 하다가 부변속기(120)를 작동시키면 전륜측으로도 동력을 전달하여 사륜구동으로 주행이 이루어지도록 한다. 그리고, 상기 프론트 디퍼렌셜(160)은, 부변속기(120)를 통해 전달되는 엔진동력이 프론트 프로펠러 샤프트(150)에 연결된 드라이브 피니언 기어(17)를 구동시키고, 이 드라이브 피니언 기어(17)에 맞물린 링기어(15)를 통해 제1 및 제2 드라이브 샤프트(11, 12)로 동력을 전달하는 구조로 이루어진다.
그러나, 이러한 사륜구동 차량의 전륜측 동력 전달장치는 운전자가 후륜의 구동력(2WD)으로만 주행을 할 경우 전륜측 바퀴로부터 전달되는 회전력에 의하여 프론트 프로펠러 샤프트(150), 드라이브 피니언 기어(17), 링기어(15), 제1 드라이브 샤프트(11), 제2 드라이브 샤프트(12) 등이 공회전하게 되므로 많은 소음이 발생함과 동시에 연비가 낮아지게 되는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 전륜으로 동력이 전달되지 않을 경우 공회전 부품을 최소화하기 위하여 액츄에이터를 이용하여 전륜 드라이브 라인의 일부를 단속하는 장치를 적용하는 기술이 개시된 바 있다.
도 3은 종래의 엔진 진공압을 이용하여 액츄에이터를 구동시키는 사륜구동 차량의 전륜측 동력전달장치를 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 엔진 진공압을 이용하여 액츄에이터를 구동시키는 사륜구동 차량의 전륜측 동력전달장치는, 전달되는 동력을 단속하기 위하여 액츄에이터(30)를 엔진에서 발생되는 진공압을 작동원으로 이용하고, 솔레노이드 밸브의 제어를 통해 액츄에이터(30)의 내부에 두 개의 공간중 어느 한쪽 을 진공상태로 설정하여 시프트 로드(33)가 움직이게 되고, 상기 시프트 로드(33)에 연결된 포크(35)와 슬리브(37)는 클러치 기어(39)를 단속함으로써 차량의 이륜 구동(2WD) 주행 상태에서 디퍼렌셜과 프론트 프로펠러 샤프트의 공회전을 방지하며, 사륜구동 상태에서는 정상적인 동력전달을 가능하게 하는 구조로 이루어진다.
그러나, 이러한 사륜구동 차량의 전륜측 동력전달장치는 엔진에서 발생되는 진공압을 이용하기 때문에 엔진의 회전수에 따라 진공압이 일정하지 못하여 액츄에이터의 안정적인 동작이 어려우며, 클러치 기어를 단속하기 위하여 솔레노이드 밸브, 액츄에이터 등의 변환장치들이 디퍼렌셜 외부에 돌출되어 공간을 과대하게 차지하므로 레이아웃 측면에서 불리하며, 별도의 진공압 공급라인이 필요하여 구조가 복잡하고 조립작업면에서도 작업효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 동력이 전달되는 양쪽 드라이브 샤프트 중 한쪽만을 제어하기 때문에 디퍼렌셜 내부의 차동기어는 주행모드에 관계없이 항상 회전하게 되어 무부하 상태에서의 기어치합에 의한 이음 발생의 여지가 있으며, 연비 및 내구성에서도 불리한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 전륜 동력을 전달 또는 차단하는 중요한 역할을 하는 이동식 샤프트를 프론트 디퍼렌셜 내부에 축방향 이동이 가능하도록 장치하여 내측에 스플라인이 2열로 가공되어진 드라이브 샤프트와 내측에 스플라인이 2열로 가공되어진 아웃풋 샤프트를 단속함으로써 이륜 구동시 프론트 디퍼렌셜 내부 부품들간의 회전방지로 연비절감 및 무부하 상태에서의 기어치합에 의한 이음 발생을 방지하고 부품수 감소에 의한 경량화 및 원가절감을 유도할 수 있는 동력전달장치에 관한 기술이 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2006-0014839호(공개일 자 2006년 02월 16일)의 "사륜구동 자동차의 동력단속장치"에서 본 출원인에 의하여 개시된 바 있다.
그러나 상기한 공개특허공보 공개번호 10-2006-0014839호는 액츄에이터와 리턴 스프링을 이용하여 샤프트를 구동하는 방식이기 때문에 샤프트의 구조가 복잡해지고 조립이 어려워지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자력을 이용하여 이동식 샤프트를 구동함으로써 작동원리 및 구조를 단순화하여 조립이 용이하도록 하는 사륜구동 차량의 동력전달장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 자력을 이용하여 샤프트를 구동함으로써 부품수 감소로 인한 경량화 및 원가절감을 이룰수 있는 사륜구동 차량의 동력전달장치를 제공하는 데 있다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명 의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 사륜구동 차량의 전륜측 동력전달장치를 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 사륜구동 차량의 전륜측 동력전달장치의 사륜구동시의 동작 상태를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 사륜구동 차량의 전륜측 동력전달장치의 이륜구동시의 동작 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 사륜구동 차량의 동력전달장치의 구성은, 사륜 구동과 이륜 구동을 전환해주고 엔진동력을 전달하는 부변속기(미도시)를 통해 전달되는 엔진동력을 회전력으로 전달하는 프론트 프로펠러 샤프트(150)와, 상기 프론트 프로펠러 샤프트(150)의 회전력을 공급받아 전달하는 피니언 기어(17) 및 링기어(15)를 가지는 프론트 디퍼렌셜(160)과, 상기 프론트 디퍼렌셜(160)의 내부에 위치하며 전기가 인가되는 경우에 자력을 발생시키는 전자석(54)과, 상기한 전자석(54)과 상호 대응되는 위치에 설치되어 상호작용하면서 인력 또는 척력을 발생시키는 영구자석(55)과, 상기한 영구자석(55)과 고정연결되어 상기한 영구자석(55)의 힘을 전달받아 축방향 이동을 하는 샤프트(53)와, 상기 프론트 디퍼렌셜(160)의 좌우측에 각각 연결되어 있으며 샤프트(53)와 스플라인 결합에 의한 동력 전달 및 차단을 통해 전륜을 구동하는 제1 및 제2 드라이브 샤프트(51, 52)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 본 발명의 실시예에 의한 사륜구동 자동차의 동력전달 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
사륜구동을 하기 위하여 운전자가 사륜스위치(미도시)를 작동하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 인가되는 전원에 의해 전자석(54)으로부터 자기력이 발생되어 N극 또는 S극의 극성을 지니게 되며, 전자석(54)의 자력과 영구자석(55)의 자력간의 상호작용에 의해 영구자석(55)이 부착된 샤프트(53)가 좌측으로 이동하게 된다. 이와 같이 샤프트(53)가 좌측으로 이동하면서 샤프트(53)의 좌측에 가공되어져 있는 스플라인과 제1 드라이브 샤프트(51)에 가공되어 있는 스플라인이 서로 결합하게 되고, 샤프트(53)의 우측에 가공되어져 있는 스플라인과 제2 드라이브 샤프트(52)에 가공되어 있는 스플라인이 서로 결합하게 되어, 프론트 프로펠러 샤프트(130)로부터 프론트 디퍼렌셜(160)의 피니언기어(17)를 통하여 입력된 구동력이 제1 드라이브 샤프트(51)와 제2 드라이브 샤프트(52)로 전달되어 사륜구동 주행을 하게 하는 것이다.
또한, 이륜구동으로 전환하기 위하여 운전자가 이륜스위치(미도시)를 작동하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 전자석(54)으로 인가되는 전원의 방향이 절환되어 이전과 반대극성의 자기력이 발생됨으로써 전자석(54)의 자력과 영구자석(55)의 자력간의 상호작용에 의해 영구자석(55)이 부착된 샤프트(53)가 우측으로 이동하게 된다. 이와 같이 샤프트(53)가 우측으로 이동하면서 샤프트(53)의 좌측에 가공되어져 있는 스플라인과 제1 드라이브 샤프트(51)에 가공되어 있는 스플라인이 서로 분리되고, 샤프트(53)의 우측에 가공되어져 있는 스플라인과 제2 드라이브 샤프트(52)에 가공되어 있는 스플라인이 서로 분리 되어, 프론트 프로펠러 샤프트(150) 로부터 프론트 디퍼렌셜(160)의 피니언기어(17)를 통하여 입력된 구동력이 제1 드라이브 샤프트(11)와 제2 드라이브 샤프트(43)로 전달되지 않음으로써 차량의 이륜구동이 가능하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 자력을 이용하여 이동식 샤프트를 구동함으로써 작동원리 및 구조를 단순화하여 조립이 용이하도록 하며, 부품수 감소로 인한 경량화 및 원가절감을 이룰수 있는, 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 사륜 구동과 이륜 구동을 전환해주고 엔진동력을 전달하는 부변속기를 통해 전달되는 엔진동력을 회전력으로 전달하는 프론트 프로펠러 샤프트(150)와,
    상기 프론트 프로펠러 샤프트(150)의 회전력을 공급받아 전달하는 피니언 기어(17) 및 링기어(15)를 가지는 프론트 디퍼렌셜(160)과,
    상기 프론트 디퍼렌셜(160)의 내부에 위치하며 전기가 인가되는 경우에 자력을 발생시키는 전자석(54)과,
    상기한 전자석(54)과 상호 대응되는 위치에 설치되어 상호작용하면서 인력 또는 척력을 발생시키는 영구자석(55)과,
    상기한 영구자석(55)과 고정연결되어 상기한 영구자석(55)의 힘을 전달받아 축방향 이동을 하는 샤프트(53)와,
    상기 프론트 디퍼렌셜(160)의 좌우측에 각각 연결되어 있으며 샤프트(53)와 스플라인 결합에 의한 동력 전달 및 차단을 통해 전륜을 구동하는 제1 및 제2 드라이브 샤프트(51, 52)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사륜구동 자동차의 동력전달장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 전자석(54)에 전원이 인가되는 경우에 N극의 극성을 지니게 되는 것을 특징으로 하는 사륜구동 자동차의 동력전달장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기한 전자석(54)에 전원이 인가되는 경우에 S극의 극성을 지니게 되는 것을 특징으로 하는 사륜구동 자동차의 동력전달장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    사륜구동을 하기 위하여 운전자가 사륜스위치를 작동하면, 전자석(54)의 자력과 영구자석(55)의 자력간의 상호작용에 의해 영구자석(55)이 부착된 샤프트(53)가 좌측으로 이동하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 자동차의 동력전달장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    이륜구동을 하기 위하여 운전자가 이륜스위치를 작동하면, 전자석(54)의 자력과 영구자석(55)의 자력간의 상호작용에 의해 영구자석(55)이 부착된 샤프트(53)가 우측으로 이동하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 자동차의 동력전달장치.
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