KR100836461B1 - 가동코일 클러치 액츄에이터 오퍼레이터를 갖는 트랜스퍼 케이스 - Google Patents

가동코일 클러치 액츄에이터 오퍼레이터를 갖는 트랜스퍼 케이스 Download PDF

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토마스 크리스토퍼 보웬
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다이모스(주)
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Abstract

신규의 개량된 클러치 액츄에이터 및 오퍼레이터를 갖는 신규의 트랜스퍼 케이스를 개시한다. 오퍼레이터는 회전할 수 있는 볼램프 타입 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터의 제 1 요소에 동작 가능하게 연결되며, 제 1 요소는 클러치 액츄에이터의 제 2 요소에 대하여 회전하여 트랜스퍼 케이스 클러치의 디스크팩을 압축시키거나 압축해제시킬 수 있다. 오퍼레이터는 고정자석 및 왕복운동할 수 있도록 고정자석에 인접하게 장착되는 가동코일(20)을 포함하는 가동코일 선형 액츄에이터를 포함하는데, 상기 왕복운동은 상기 가동코일(20)을 통해 흐르는 전류의 흐름을 제어하여 제어할 수 있다. 가동코일(20)의 선형운동은 연결로드에 의해 클러치 액츄에이터의 제 1 요소의 회전운동으로 변환된다.
트랜스퍼 케이스, 클러치 액츄에이터, 오퍼레이터, 디스크팩

Description

가동코일 클러치 액츄에이터 오퍼레이터를 갖는 트랜스퍼 케이스{TRANSFER CASE WITH MOVING COIL CLUTCH ACTUATOR OPERATOR}
도 1은 가동코일 오퍼레이터를 포함하는 본 발명에 따른 트랜스퍼 케이스의 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 트랜스퍼 케이스의 정면도.
도 3은 오퍼레이터가 수축한 상태에 있는 경우의 도 2의 선 3-3을 따라서 취한 부분단면도.
도 4는 오퍼레이터가 신장된 상태로 있는 것을 제외하고는 도 3에 대응하는 부분단면도.
도 5는 트랜스퍼 케이스의 내부를 보여주는 부분단면도.
도 6은 오퍼레이터가 수축한 상태에 있는 경우의 본 발명에 따른 볼램프 타입 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터 및 가동코일 오퍼레이터를 포함하는 클러치팩 액츄에이터의 사시도.
도 7은 오퍼레이터가 신장된 상태에 있는 것을 제외하고는 도 6에 도시한 클러치팩 액츄에이터의 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 트랜스퍼 케이스 12 : 오퍼레이터
14 : 제1하우징 16 : 제2하우징
18 : 자계조립체 20 : 가동코일
22 : 커넥터 로드 24 : 단부캡
26 : 제1볼램프부재 28 : 제2볼램프부재
30 : 베어링 볼 32 : 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터
34 : 오일펌프 조립체 36 : 직립관
40 : 샤프트 42 : 압력플레이트
44 : 체인 스프로켓 46 : 체인
48 : 출력 샤프트 50 : 슬롯
52 : 돌출부 54 : 단부
56 : 단부 58 : 로드 요홈
60 : 통로 62 : 통로
64 : 캡
본 발명은 마찰결합(friction engagement)장치를 통해 토크를 선택적으로 전달하는 트랜스퍼 케이스로 알려진 타입의 동력전달기구에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 토크전달용 클러치의 디스크팩 마찰요소를 선택적으로 결합시키는 볼램프 기구 등의 토크 트랜스퍼 케이스 클러치 디스크팩 압축기구를 작동시키 는 오퍼레이터에 관한 것이다.
차량용 트랜스퍼 케이스는 토크를 전방 및 후방 액슬에 분배하는 4륜구동 차량에서 사용된다. 항시 4륜구동을 제공하지 않는 일부 트랜스퍼 케이스는 항시 구동휠이 아닌 휠용 액슬에 토크를 전달하도록 선택적으로 작동되는 마찰결합장치를 구비하고 있다. 통상적으로, 이런 마찰결합장치들은 축방향 압축력을 받으면 토크를 전달하고 압축이 해제되었을 때는 토크를 전달하지 않고 약간 압축되었을 때는 약간의 토크를 전달하는 디스크팩을 포함한다. 미국 특허 제 6,561,332호는 볼램프 클러치 액츄에이터에 의해 토크분할을 제어하는 동력계의 트랜스퍼 케이스를 개시하는 미국 특허 제 5,499,951호를 참조한다. 이 특허에 개시된 트랜스퍼 케이스는 연철(soft iron) 로터(74)로 둘러싸인 고정 자기코일(72)을 포함하는 마찰클러치용 전자기 액츄에이터를 포함한다. 이 로터는 볼램프 클러치 액츄에이터의 일부인 내측링(76)에 구동 가능하게 연결된다. 전자기 액츄에이터는 두 개의 볼램프 액츄에이터 요소 사이에 상대 회전을 일으키고 그 회전력은 변환되어 디스크팩을 축방향으로 압축 또는 압축해제시키게 된다.
전자기 타입의 액츄에이터 외에, 모터로 구동되는 워엄기어 조립체를 갖는 종래의 트랜스퍼 케이스에서는 볼램프 액츄에이터의 일부가 다른 부분에 대하여 회전하였다. 그 예는 미국 특허 제 6,099,430호에 도시되어 있다.
본 발명은 종래기술의 클러치 액츄에이터 오퍼레이터보다 빠르고 반응성이 좋은 신규의 개량된 클러치 액츄에이터 오퍼레이터를 갖는 신규의 트랜스퍼 케이스를 제공한다. 이 오퍼레이터는 트랜스퍼 케이스 디스크 팩에 압축을 실시하거나 해제하기 위해 클러치 액츄에이터의 다른 요소에 대하여 회전될 수 있는 클러치 액츄에이터의 한 요소에 동작 가능하게 연결되어 있다. 이 오퍼레이터는 고정상태의 자계 조립체와 가동코일을 포함하며, 그 가동코일은 상기 자계 조립체와 상대 선형운동을 일으키도록 선택적으로 작동할 수 있다. 이런 오퍼레이터는 새로운 것이 아니며 오늘날 시판되고 있다. 이들은 가동 액츄에이터 또는 보이스 가동코일 액츄에이터라고도 불린다. 새로운 것은 트랜스퍼 케이스 클러치의 디스크팩의 압축을 제어하도록 가동코일 액츄에이터와 볼램프 타입 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터를 조합한 것이다. 여기서 사용하는 "볼램프 타입 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터"는 실제의 볼램프 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터와 액츄에이터의 일부가 다른 부분에 대하여 상대 회전할 때 클러치팩을 압축시키거나 압축 해제하도록 동작하는 그 외의 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터를 의미한다. 본 발명에 따르면, 가동코일에는 커넥터 로드가 고정되어 지지되며, 그 커넥터 로드의 일부는 볼램프 타입의 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터의 일부에 연결되어 액츄에이터의 상기 일부와 다른 부분 사이에 상대회전을 야기하여 클러치 액츄에이터의 디스크팩을 압축시키거나 압축해제시킬 수 있게 된다. 다른 새로운 점은 조합형의 액츄에이터 조립체의 전례 없는 응답성과, 이 조립체를 휠 슬립을 방지하고 트랙션 컨트롤을 달성하기 위해 본 발명의 대상이 아닌 적합한 컨트롤러와 조합하였을 때 가능하다는 이점들이다.
따라서, 본 발명의 목적은 볼램프 타입 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터와 결합된 가동코일 오퍼레이터를 포함하는 개량된 클러치 디스크팩 액츄에이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터보다 민감하고 신속하게 작용하는 가동코일 타입 오퍼레이터를 포함하는 볼램프 타입 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 개량된 트랜스퍼 케이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적 및 이점들은 첨부도면을 참조하는 이후의 상세한 설명을 고찰함으로써 명백히 이해될 것이다.
도면 전반에 걸쳐서 동일한 부분은 동일한 참조부호로 나타낸 다수의 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 신규의 액츄에이터 오퍼레이터를 포함하는 트랜스퍼 케이스는 일반적으로 도면부호 10으로 나타낸다. 트랜스퍼 케이스(10)는 트랜스퍼 케이스(10)의 제2하우징(16)에 고정된 제1하우징(14)을 갖는 오퍼레이터(12)를 포함한다. 제2하우징(14)의 내부에는, 오퍼레이터(12)가 고정상태의(stationary) 자계조립체(18) 및 가동코일(20)을 포함한다. 자계조립체(18)는 영구자석을 포함하며, 가동코일(20)은 와이어로 감겨서, 전류를 가하였을 때, 가동코일(20)에서 자력이 발생하여 자계조립체(18)와 가동코일(20) 사이의 상대운동을 일으킨다. 가동코일(20)은 상기 발생된 자력에 의해 도 3 및 도 6에 도시한 제1수축위치와 도 4 및 도 7에 도시한 제2신장위치 사이에서 이동할 수 있다. 가동코일(20)의 일부인 단부캡(24)에는 커넥터 로드(22)가 고정지지된다. 커넥터 로드(22)는 상기 발생된 자력하에서 도 3 및 도 6에 도시한 제1수축위치와 도 4 및 도 7에 도시한 제2신장위치 사이에서 이동한다.
커넥터 로드(22)는 제1볼램프부재(ball ramp member)(26)에 작동 가능하게 연결된다. 제1볼램프부재(26)는, 제1볼램프부재(26)가 제2볼램프부재(28)에 대하여 회전할 때, 알려진 방법으로 도 3, 도 5 및 도 7에서 보이는 바와 같이, 제2볼램프부재(28) 및 다수의 베어링 볼(30)과 협력하여, 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터(32)내의 압축성 디스크팩 형태의 마찰요소(32a)를 압축시키거나 압축해제시킨다. 제1,제2볼램프부재(26,28)는 클러치 액츄에이터(32)와 오일 펌프 조립체(34)의 사이에 위치한다. 제1볼램프부재(26)는 트랜스퍼 케이스(10)의 제2하우징(16)의 바닥으로부터 직립관(36)을 통해 오일을 끌어내서 공지의 방식으로 트랜스퍼 케이스(10)의 경질부분으로 분배하는 오일펌프 조립체(34)에 인접하게 위치한다. 제2볼램프부재(28)는 클러치 작동레버(38)에 인접하게 위치하며 회전하지 못하게 고정되어 있다. 축방향으로 움직일 수 없게 고정된 제1볼램프부재(26)가 회전하면 제2볼램프부재(28)가 도 3, 도 6 및 도 5에 도시한 제1수축위치와 샤프트(40)의 위쪽 위치 사이에서 축방향으로 움직이게 된다. 제2볼램프부재(28)가 이 위치에 있을 때는 압력플레이트(42)를 통하여 클러치 액츄에이터(32)의 마찰요소(32a)를 압축시키는 작용을 하지 않는다. 제1볼램프부재(26)가 회전하여 제2볼램프부재(28)를 도 4 및 도 7에 그리고 도 5의 샤프트(40)의 아래에 도시한 신장위치로 축방향 움직임을 일으키면, 제2볼램프부재(28)는 압력플레이트(42)가 클러치 액츄에이터(32)의 마찰요소(32a)를 압축하게 하여 토크가 상기 마찰요소(32a)를 통해 체인 스프로켓(44)에 전달되고 여기서 체인(46)을 통해 출력 샤프트(48)의 체인 스프로켓에 전달된다. 볼램프 타입 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터가 선택적으로 작동하는 것은 선택적 4륜구동에 대한 중요한 열쇠이며 액츄에이터가 선택적으로 가변 작동하는 것은 트랙션컨트롤(traction control) 및 휠 슬립의 방지에 대한 중요한 열쇠이다.
도 3, 도 4, 도 6 및 도 7을 참조하면, 커넥터 로드(22)에는 횡단 슬롯(50)의 형태의 요홈이 마련되어 있음을 알 수 있을 것이다. 제1볼램프부재(26)상에는 제1볼램프부재(26)로부터 반경방향 외측으로 돌출부(52)가 연장되며, 이는 횡단 슬롯(50)내에 수용된다. 제1볼램프부재(26)는 제1,제2볼램프부재(26,28), 클러치 액츄에이터(32) 및 오일펌프 조립체(34)의 공통축선을 중심으로 회전할 수 있도록 장착된다. 커넥터 로드(22)의 선형운동은 돌출부(52)/횡단 슬롯(50)의 연결에 의해 제1볼램프부재(26)의 회전운동으로 변환되며, 이 회전운동은 전술한 바와 같이 클러치 액츄에이터(32)의 마찰요소를 압축시키거나 압축해제시킬 것이다. 커넥터 로드(22)의 다른 단부(56)으로부터 멀리 떨어져있는 커넥터 로드(22)의 하나의 단부(54)는 트랜스퍼 케이스(10)의 제2하우징(16)의 내부에 형성된 로드 요홈(58)에 수용된다. 커넥터 로드(22)의 단부(56)는 오퍼레이터(12)의 자계조립체(18)에 형성된 축방향으로 연장된 통로(60)내에 수용된다. 커넥터 로드(22) 속에는 축방향으로 연장되는 통로(62)가 마련되므로 자계조립체(18)의 통로(60)와 트랜스퍼 케이스 하우징(16)의 내부가 연통된다. 캡(64)은 자계조립체(18)의 통로(60)를 폐쇄한다.
도 4 및 도 7에 도시한 신장위치와 도 3 및 도 6에 도시한 수축위치 사이에는 커넥터 로드(22)의 중간위치가 있고 이 중간위치는 클러치 액츄에이터(32)의 디스크팩 상의 제2볼램프부재(28)에 의해 가해지는 축방향 압축력의 강약과 관련되며, 클러치 액츄에이터(32)를 통해 크거나 작은 토크가 전달됨을 알 수 있을 것이다. 따라서, 오퍼레이터(12)와 볼램프 타입 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터를 조합하면 클러치 액츄에이터(32) 등의 마찰결합장치를 통하여 토크가 전달되는지 안되는지 뿐만 아니라 얼마나 많은 토크가 그 마찰결합장치를 통해 전달되는지를 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 오퍼레이터(12)는 가동코일 타입의 선형 액츄에이터이다. 보이스 가동코일(20)로도 알려진 오퍼레이터(12)는 직접구동 제한운동 타입의 장치로서, 가동코일(20)에 인가된 전류에 비례하는 힘을 생성하기 위해 영구고정자계 및 왕복코일(reciprocating coil)을 이용한다. 가동코일 액츄에이터에서, 전기의 기계적 힘으로의 변환은 로렌츠힘의 원리에 의해 제어된다. 선형 가동코일 액츄에이터에서 발생하는 힘은 가동코일(20)에 인가되는 전류에 선형적으로 비례한다. 이 오퍼레이터(12)는 원통형 가동코일(20)을 갖는 것으로 도시하였지만, "평면형" 선형보이스코일 액츄에이터도 이용할 수 있는데, 이는 단면이 직사각형인 가동코일(20)을 갖는다. 볼램프 타입의 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터를 갖는 본 발명에서는 상기 및 그 외의 보이스코일 선형 액츄에이터가 특히 적합하다.
상기 설명은 본 발명에 따른 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터의 구성 및 부품에 대하여 매우 상세히 제시하지만, 이는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있을 정도로만 제시한 것으로서 본 발명의 진정한 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가동 가동코일(20)클러치 액츄에이터 오퍼레이터를 갖는 트랜스퍼 케이스에 의하면, 빠르고 반응성이 좋으며, 조합형의 액츄에이터 조립체의 전례 없는 응답성과, 이 조립체의 휘일 슬립을 방지하고 견인력을 제거하기 위해 본 발명의 대상이 아닌 적합한 컨트롤러와 조합이 가능하며, 민감하고 신속하게 작용할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 제1하우징(14);
    상기 제1하우징(14)에 고정되는 제2하우징(16)내에 설치되는 마찰요소(32a)를 갖춘 클러치;
    제2볼램프부재(28)에 대하여 회전 가능한 제1볼램프부재(26)를 가지며, 상기 제1,제2볼램프부재(26,28) 사이의 일방향 상대회전은 상기 클러치의 마찰요소(32a)를 압축시켜서 토크가 상기 마찰요소(32a)를 통해 전달되게 하는 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터(32);
    상기 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터(32)의 상기 제1,제2볼램프부재(26,28) 사이의 상대운동을 일으키는 오퍼레이터(12)로서, 상기 제1하우징(14)에 대하여 고정방식으로 지지되는 적어도 하나의 자계조립체(18)와, 상기 자계조립체(18)의 자계내에서 왕복운동을 하도록 지지된 가동코일(20)로서, 상기 가동코일(20)을 통해 전류가 흐르지 않을 때는 제1수축위치에 있고, 상기 가동코일(20)을 통해 전류가 흐를 때는 상기 가동코일(20)을 상기 자계조립체(18)에 대하여 선형적으로 제2신장위치로 이동시키는 오퍼레이터(12); 및
    전류가 흐를 때 상기 가동코일(20)에 작용하는 선형력이 상기 제1볼램프부재(26)를 상기 제2볼램프부재(28)에 대하여 회전시키는 회전력으로 변환되도록 상기 가동코일(20)을 상기 제1볼램프부재(26)에 연결하는 커넥터 로드(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 케이스.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가동코일(20)은 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 케이스.
  4. 제1하우징(14);
    상기 제1하우징(14)에 고정되는 제2하우징(16)내에 설치되는 마찰요소(32a)를 갖춘 클러치;
    돌출부(52)를 가지며 제2볼램프부재(28)에 대하여 회전 가능한 제1볼램프부재(26)를 가지며, 상기 제1,제2볼램프부재(26,28) 사이의 일방향 상대회전은 상기 클러치의 마찰요소(32a)를 압축시켜서 토크가 상기 마찰요소(32a)를 통해 전달되게 하는 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터(32);
    상기 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터(32)의 상기 제1,제2볼램프부재(26,28) 사이의 상대운동을 일으키는 오퍼레이터(12)로서, 상기 제1하우징(14)에 대하여 고정방식으로 지지되는 적어도 하나의 자계조립체(18)와, 상기 자계조립체(18)의 자계내에서 왕복운동을 하도록 지지된 가동코일(20)로서, 상기 가동코일(20)을 통해 전류가 흐르지 않을 때는 제1수축위치에 있고, 상기 가동코일(20)을 통해 전류가 흐를 때는 상기 가동코일(20)을 상기 자계조립체(18)에 대하여 선형적으로 제2신장위치로 이동시키는 오퍼레이터(12); 및
    상기 가동코일(20)과 함께 움직이도록 상기 가동코일(20)에 연결되는 커넥터 로드(22)로서, 전류가 흐를 때 상기 가동코일(20)에 작용하는 선형력이 상기 제1볼램프부재(26)를 상기 제2볼램프부재(28)에 대하여 회전시키는 회전력으로 변환되도록 상기 돌출부(52)가 수용되는 슬롯(50)을 갖는 커넥터 로드(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 케이스.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 가동코일(20)은 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 케이스.
  7. 제1하우징(14);
    상기 제1하우징(14)에 고정되는 제2하우징(16)내에 설치되는 마찰요소(32a)를 갖춘 클러치;
    제2볼램프부재(28)에 대하여 회전 가능한 제1볼램프부재(26)를 가지며, 상기 제1,제2볼램프부재(26,28) 사이의 일방향 상대회전은 상기 클러치의 마찰요소(32a)를 압축시켜서 토크가 상기 마찰요소(32a)를 통해 전달되게 하는 볼램프 타입 트랜스퍼 케이스로서, 상기 제1볼램프부재(26)가 축방향으로 연장되는 돌출부(52)를 갖는 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터(32);
    상기 트랜스퍼 케이스 클러치 액츄에이터(32)의 상기 제1,제2볼램프부재(26,28) 사이의 상대운동을 일으키는 오퍼레이터(12)로서, 상기 제1하우징(14)에 대하여 고정방식으로 지지되는 적어도 하나의 자계조립체(18)와, 상기 자계조립체(18)의 자계내에서 왕복운동을 하도록 지지된 가동코일(20)로서, 상기 가동코일(20)을 통해 전류가 흐르지 않을 때는 제1수축위치에 있고, 상기 가동코일(20)을 통해 전류가 흐를 때는 상기 가동코일(20)을 상기 자계조립체(18)에 대하여 선형적으로 제2신장위치로 이동시키는 오퍼레이터(12); 및
    상기 가동코일(20)내에서 움직이도록 상기 가동코일(20)에 연결되는 커넥터 로드(22)로서, 전류가 흐를 때 상기 가동코일(20)에 작용하는 선형력이 상기 제1볼램프부재(26)를 상기 제2볼램프부재(28)에 대하여 회전시키는 회전력으로 변환되도록 상기 축방향으로 연장되는 돌출부(52)가 수용되는 횡단방향으로 연장되는 슬롯(50)을 갖는 커넥터 로드(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 케이스.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 가동코일(20)은 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 케이스.
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