KR101212555B1

KR101212555B1 - 전자석 엑츄에이터가 구비된 잠금 차동장치

Info

Publication number: KR101212555B1
Application number: KR1020040090114A
Authority: KR
Inventors: 디고우스크로버트제이.; 모스데이비드엠.; 히블러존씨.
Original assignee: 아메리칸 액슬 앤드 매뉴팩쳐링, 인코포레이티드
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-11-06
Publication date: 2012-12-14
Also published as: JP4845371B2; JP2005273901A; BRPI0405405B1; US20050070393A1; BRPI0405405A; EP1580458B1; EP1580458A1; KR20050095530A; US7022040B2

Abstract

차동장치 조립체는 케이스와, 한 쌍의 피니언 기어들과, 한 쌍의 측부 기어들과, 전자석을 포함하며 전기적으로 작동 가능한 커플링을 포함한다. 상기 커플링은 상기 측부 기어들 중 하나와 상기 케이스를 동력이 전달되게 서로 연결한다. 상기 커플링의 전자석은 상기 케이스 안에서 축 방향으로 이동 가능하여, 상기 차동장치 조립체를 열린 상태 또는 잠금 상태에 선택적으로 놓는다.

Description

전자석 엑츄에이터가 구비된 잠금 차동장치{Locking differential with electromagnetic actuator}

도 1은 본 발명의 차동장치 조립체를 포함하는 자동차 동력 전달 계통의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 제1구현예에 따른 차동장치 조립체의 끝부분을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 차동장치의 측단면도이다.

도 4는 본 발명의 제2구현예에 따른 차동장치 조립체의 끝부분을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 제2구현예의 측단면도이다.

도 6은 제2구현예의 차동장치 조립체의 끝부분의 단면을 나타낸 단면도이다.

도 7은 본 발명의 다른 구현예에 따른 측단면도이다.

도 8은 본 발명의 제1구현예 및 제2구현예와 관련하여 사용되는 자화 가능하지 않은 와셔(non-mignetizable washer)의 평면도이다.

도 9는 도 8에 도시된 와셔의 측면도이다.

도 10은 도 7에 도시된 구현예에서 사용하기 위한 작동 부재 조립체(actuating member assembly)의 사시도이다.

도 11은 도 10에 도시된 작동 부재 조립체의 다른 형태의 사시도이다.

본 발명은 자동차용 차동장치들(differentials)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그 차동장치의 동작을 제어하기 위해서 전자석(electromagnet)을 사용하는 잠금 차동장치(locking differential)에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 많은 자동차들에는 동력이 전달되게 입력축과 한 쌍의 출력축들을 서로 연결시키는 기능을 수행하는 차동장치들을 포함하는 동력전달시스템들(driveline systems)이 구비되어 있다.

평행축 나선형 차동장치(parallel-axis helical differential)와 같은 종래의 차동장치들은 출력축들과의 회전을 위해서 고정된 한 쌍의 측부 기어들(side gears)과, 차동장치 케이스 내에 설치된 두 개 이상의 맞물려진 피니언 기어들을 포함한다. 그러나, 상기 종래의 차동장치는 자동차가 마끄러운 표면에서 작동하는 때에 결함을 가지고 있다. 자동차 바퀴 하나가 낮은 마찰 계수를 가지는 표면에 위치하는 때, 토크 대부분 또는 전체는 상기 미끄러지는 바퀴에 전달될 것이다. 결과적으로, 상기 자동차는 종종 움직이지 못하게 된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서, 상기 출력축들 사이의 속도의 차이를 제한하거나 선택적으로 방지하는 추가적인 기계장치가 구비된 기계 차동장치를 제공하는 것이 알려져 있다. 일반적으로 상기 제한된 미끄러짐 기능 또는 미끄러짐 없는 기능을 제공하는 상기 기계 장치는 마찰 클러치이다. 상기 마찰 클러치는 어느 정도의 차동 속도가 만족된 이후에는 상기 출력축들 사이의 차동 속도를 제한하는 피동 장치(passive device)이다. 게다가, 그러한 기계 장치들은, ABS 장치(anti-lock braking system) 또는 자동차 마찰 제어 장치(vehicle traction control system)가 작동하는 동안에 선택적으로 연결이 풀리지 않는다. 예를 들어, 4 바퀴 ABS 장치들은 각 바퀴의 회전 속도를 독립적으로 측정하고 제어하려고 한다. 만약 기계장치 형태의 제한된 미끄러짐 차동장치가 제공된다면, 차동장치에 연결된 각 바퀴 속도의 독립적인 제어는 더 이상 가능하지 않다. 따라서, 자동차에 제공되는 다른 제어 장치들과 연결되어 독립적으로 제어될 수 있는 개선된 차동장치를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 케이스와, 한 쌍의 피니언 기어들과, 한 쌍의 측부 기어들과, 전자석을 가지며 전기적으로 작동 가능한 커플링을 포함하는 차동장치 시스템에 관한 것이다. 상기 커플링은 상기 측부 기어들 중 어느 하나와 상기 케이스를 동력이 전달되게 선택적으로 연결시킨다. 일례로, 본 발명은 전자석을 가지며 축방향으로 이동 가능한 엑츄에이터를 포함한다. 상기 전자석은 선택적으로 작동하여 링(ring)을 이동시켜 상기 차동장치의 측부 기어들과 맞물리게 할 수 있다. 이런 방식으로, 상기 차동장치는 상기 링이 상기 측부 기어로부터 분리되는 때에는 "열림" 차동장치로서 기능하고, 상기 측부 기어를 상기 케이스에 고정함으로써 상기 링이 상기 측부 기어와 맞물리는 때에는 "잠금" 차동장치로서 기능할 수 있게 된다.

본 발명의 추가적인 적용 영역들은 후술하는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명의 바람직한 구현예를 표시하면서 행해지는 상세한 설명과 특정 예들은 단지 예시의 목적들을 위해 의도되어 있는 것이며 본 발명의 범위를 제한하기 위해서 의도되어 있는 것은 아니다.

본 발명은 자동차의 동력 전달 계통을 위한 개선된 차동장치에 관한 것이다. 본 발명의 차동장치는 그 차동장치를 "열림" 상태 또는 "잠금" 상태에 놓도록 작동 가능한 엑츄에이터를 포함한다. 본 발명의 차동장치는 다양한 종류의 동력 전달 계통의 부품들과 함께 사용될 수 있고, 여기에 설명된 특정 용도에 특별히 한정되도록 의도되어 있지 않다. 게다가, 본 발명의 차동장치의 엑츄에이터는, 완전히 열려있거나 제한된 미끄러짐 상태에 있는 베벨 기어 등과 같은 여러 형태의 차동장치들과 연결되어 사용될 수 있다.

도 1과 관련하여, 전형적인 자동차용 동력 전달 계통(10)은, 출력축(16)과, 그 출력축(16)을 후방차축 조립체(22)의 피니언 축(20)에 연결하는 추진축(18)을 가지며, 엔진(12)과, 변속기(14)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 후방차축 조립체(22)는 차축 하우징(24)과, 그 차축 하우징(24)에서 지지되는 차동장치 조립체(26)와, 왼쪽 및 오른쪽의 뒷바퀴들(32, 34)과 각각 서로 연결되는 한 쌍의 차축들(28, 30)을 포함한다. 피니언 축(20)은, 차동장치 조립체(26)의 하우징(40)에 고정되는 링 기어(38)를 구동시키며 그 피니언 축(20)에 고정되는 피니언 기어(36)를 가진다. 하우징(40)내에 지지되는 기어세트(41)는 회전 동력(rotary power)을 하우징(40)에서부터 차축들(28, 30)로 전달하고, 그 차축들(28, 30) 사이에 상대 회전(즉, 차동)을 촉진시킨다. 따라서, 엔진(12)으로부터의 회전 동력은, 뒷바퀴들(32, 34)을 구동시키기 위해서 변속기(14), 추진축(18), 피니언 축(20), 하우징(40) 및 기어세트(41)을 거쳐서 차축들(28, 30)로 전달된다. 차동장치 조립체(26)가 후륜 구동 용도에서 설명되는 경우에, 본 발명은 트레일링 차축들(trailing axles), 전륜 구동 자동차들에서 사용되는 트랜스액슬(transaxle), 4륜 구동 자동차들에서 사용되는 트랜스퍼 케이스들(transfer cases) 및/또는 다른 알려진 자동차 동력 전달 계통 용도에 설치되는 차동장치 조립체들에서 사용되는 것으로 생각된다.

도 2 및 도 3은 하우징(40) 및 기어세트(41)를 포함하는 차동장치 조립체(26)를 도시한다. 기어세트(41)는 크로스 축(44) 상에 회전 가능하게 지지되는 한 쌍의 피니언 기어들(42)을 포함한다. 제1 및 제2 측부 기어들(45, 46)은 차축들(28, 30)에 동력이 전달되도록 피니언 기어들(42)과 서로 연결되어 있다. 차동장치 조립체(26)는, 측부 기어(45)를 하우징(40)에 선택적으로 연결하여 차동장치 조립체(26)를 완전한 잠금 상태에 놓도록 작동 가능한 엑츄에이터 조립체 (또는, 전기적으로 작동가능한 커플링(coupling); 50)을 또한 포함한다.

하우징(40)은 케이스 몸체(CB) 및 캡(48)을 포함할 수 있는데, 캡(48)은 엑츄에이터 조립체(50)를 수용하기 위한 포켓(pocket, 49)을 한정하기 위하여 케이스 몸체(CB)에 연결된다. 엑츄에이터 조립체(50)는 솔레노이드 조립체(solenoid assembly, 52)와, 예를 들어 링 형상을 갖는 작동 부재(54)와, 드로우 플레이트(draw plate, 56)와, 리테이너(retainer, 58)를 포함한다. 캡(48)은 케이스 몸체(CB)의 플랜지(62)에 연결된 플랜지(60)를 포함한다. 캡(48)의 플랜지(60)는, 작동 동안에 솔레노이드 조립체(52)를 수용하기 위한 크기로 된 오목부(recess, 64)를 포함한다. 캡(48)은 포켓(49)을 한정하는 한 쌍의 단이 형성된 보어들(bores)(66, 68)을 포함한다. 특히, 제1보어(66)는 환형 표면(70)을 포함하며, 제2보어(68)는 환형 표면(72)를 포함한다. 제1보어(66)는 환형 표면(70)으로부터 방사 방향 내부로 연장된 말단 표면(74)을 포함한다. 구멍(aperture, 76)은 상기 캡(48)을 관통하여 축방향으로 연장되고 제2보어(68)와 통해 있고, 구멍(76)과 제2보어(68)는 상기 차축의 부분을 수용하기 위한 크기로 되어 있다.

작동 부재(54)는 그 단부에 환형의 오목부(80)를 가지는 전체적으로 중공인 실린더 본체(78)를 포함한다. 측부 기어(45)는 바깥쪽 면(84)에 형성된 유사한 크기의 환형 오목부(82)를 포함한다. 압축 스프링(85)은 작동 부재(54)와 측부 기어(45) 사이 환형 오목부들(80, 82) 내에 배치된다. 복수의 축 방향으로 연장된 도그들(86)은 작동 부재(54)의 끝 면(88)으로부터 돌출되어 있다. 대응되는 복수의 도그들(90)은 측부 기어(45)의 면(84)으로부터 축 방향으로 연장된다. 작동 부재(54)는 도 3에 도시된 바와 같이 연결이 풀린 위치부터 맞물린 위치(미도시)까지 이동 가능하다. 상기 연결이 풀린 위치에서, 작동 부재(54)의 도그들(86)은 측부 기어(45)의 도그들(90)과의 맞물림으로부터 해제된다. 반대로, 작동 부재(54)가 그 맞물린 위치로 이동되는 때, 도그들(86)은 도그들(90)과 맞물려 측부 기어(45)를 하우징(40)에 회전 가능하게 고정시킨다.

솔레노이드 조립체(52)는 금속 컵(94)과, 코일 와이어(96)를 포함한다. 상기 와이어는 컵(94) 내부에 배치되고, 에폭시(98)에 의해 컵(94)에 고정된다. 컵(94)은 내부 환형 벽(100)과, 외부 환형 벽(102)과, 그 환형 벽들(100, 102)을 서로 연결하는 말단 벽(104)을 포함한다. 리테이너(58)는 컵(94)의 말단 벽(104)에 설치된 외부 에지(106)를 가지는 실질적으로 디스크 형태의 부재이다. 리테이너(58)는 말단 벽(104)으로부터 떨어져 위치하여 슬롯(108)을 한정한다. 드로우 플레이트(56)는 슬롯(108) 내부에 배치되고, 복수의 결합부재들(110)에 의해 작동 부재(54)에 연결된다. 와셔(112)는 비강자성(non-ferromagnetic) 물질로 이루어져서, 솔레노이드 조립체(52)에 전기가 인가되는 동안에 작동 부재(54)가 케이스 몸체(CB)를 향하는 대신에 금속 캡(48)의 말단 표면(74)쪽으로 이동하는 경향을 감소시킨다. 베어링(114)은 컵(94)을 캡(48)의 외부 저널(116) 상에 지지한다.

코일(96)은 그 코일(96)에 선택적으로 전압을 인가하거나 전압을 끊도록 작동하는 컨트롤러(118)(도 1)에 연결된다. 코일에 전압이 인가되는 동안에, 자기장은 코일(96)을 통해 흐르는 전류에 의해 생성되는데, 이것이 코일(96)로 하여금 제1 위치로 이동하게 한다. 상기 자기장은 엑츄에이터 조립체(50)가 캡(48)의 플랜지(60)쪽으로 당겨지는 것을 야기한다. 솔레노이드 조립체(52)는 오목부(64)에 들어가고, 작동 부재(54)의 도그들(86)은 측부 기어(45)의 도그들(90)과 맞물린다. 상기 도그들이 일단 맞물려지면, 작동 부재(54)는 그 맞물린 위치에 있게 되고, 차동장치 조립체(26)는 완전한 잠금 상태에 있게 된다. 본 기술 분야에서 지식을 가진 사람은, 본 발명에 따른 축 방향으로 이동 가능한 전자석은 부품들의 수가 줄어드는 단순화된 디자인으로 되어 있다는 점을 인식할 것이다. 게다가, 본 발명은 하우징 전체를 상기 전자석의 전기자(armature)로서 사용한다. 이것은 이용 가능한 자기력을 더 효율적으로 사용하는 것을 허용한다. 이러한 특징들은 설계자가 전자석의 크기를 줄이는 것을 허용하는 데, 왜냐하면 상기 전기자가 상기 전자석에 의해 제공되는 기전력(armature force)을 더 효율적으로 사용하기 때문이다. 그러한 간결한 디자인은 이전에 사용된 부품들의 사소한 변형과, 표준 크기의 차축 하우징과의 팩키지(package)를 허용한다.

차동장치 조립체(26)를 열린, 풀린 상태(open, unlocked condition)에 놓기 위해서, 코일(96)에 대해 전류가 차단되어서 코일(96)이 제2 위치로 이동되는 것을 허용한다. 코일(96)에 전류가 차단되면, 상기 자기장은 존재하지 않게 된다. 이 때에, 스프링(85)의 압축은, 엑츄에이터 조립체(50)가 축 방향으로 병진운동을 하고 도그들(90)로부터 도그들(86)의 연결을 푸는 것을 야기한다. 따라서, 측부 기어(45)는 더 이상 하우징(40)에 동력을 전달하게 연결되지 않고, 그에 의해서 차동장치 조립체(26)를 상기 열린 상태에 놓게 된다. 작동 시간과 비작동 시간은 관련된 움직이는 부품들의 수가 적기 때문에 매우 짧다는 점을 또한 인식해야만 한다. 특히, 다른 부품들의 상대적인 램핑 또는 작동(relative ramping or actuation)은 도그들(86)과 도그들(90)의 연결 또는 연결의 풀림을 야기하기 위해서 필요하지 않다.

전자 컨트롤러(118)는 엑츄에이터 조립체(50)의 작동을 제어한다. 전자 컨트롤러(118)는 제1속도 센서(120)와 제2속도 센서(122)에 의해 수집된 데이터를 수용한다. 제1속도 센서(120)는 차축(28)의 회전 속도에 대응되는 데이터를 제공한다. 마찬가지로, 제2속도 센서(122)는 차축(30)의 회전 속도를 측정하고, 컨트롤러(118)에 그 회전 속도를 표시하는 신호를 출력한다. 기어위치 센서(124), 자동차속도 센서(126), 이송 케이스 범위 위치 센서(a transfer case range position sensor) 또는 브레이크 센서(128)와 같은 자동차 센서들에 수집된 데이터에 의존해서, 컨트롤러(118)는 전기 신호가 코일(96)에 보내졌는지를 결정할 것이다. 컨트롤러(118)는 측정되거나 연산된 파라미터들을 미리 결정된 수치들과 비교하고, 전기 신호를 출력하여, 특정 조건들이 만족되었을 때에만 차동장치 조립체(26)를 상기 잠금 상태에 놓는다. 그러한 것으로서, 컨트롤러(118)는 잠금 방지 제동(anti-lock braking)과 같은 일들이 발생되는 때에 “열린” 상태가 유지되는 것을 보장한다. 잠금 방지 제동 동안 차축 구별을 제한하는 것은 아마도 상기 잠금 방지 제동 장치(anti-lock braking system)를 방해할 것이다. 다른 그러한 상황들은 컨트롤러(118) 내부에서 프로그램될 수 있다.

도 4 내지 도 6은 차동장치 조립체(200)의 다른 구현예를 도시한다. 차동장치 조립체(200)는, 그 차동장치 조립체(200)가 평행축 나선형 차동장치와 관련된다는 점을 제외하고는 차동장치 조립체(26)와 실질적으로 유사하다. 따라서, 동일한 구성요소들은 이전에 언급된 참조번호들을 가질 것이다.

차동장치 조립체(200)는, 차축들(28, 30) 사이에 토크 바이어스(torque biasing)와 속도 차동을 촉진하는 방식으로 구동 토크를 하우징(40)에서부터 차축들(28, 30)로 전달하도록 작동 가능한 톱니바퀴식(planetary) 기어세트(202)를 포함한다. 기어세트(202)는, 차축들(28, 30)의 대응되는 단부들 상에 외부 스플라인들과 맞물리도록 개조된 내부 스플라인들을 가지는 한 쌍의 나선형 측부 기어들(204, 206)을 포함한다. 게다가, 측부 기어들(204, 206)은 대응되는 환형의 소켓들(212, 214) 내에 고정되는 허브들(208, 210)을 각각 포함한다. 측부 기어(204)는 또한 복수의 축 방향으로 연장된 도그들(215)을 포함한다. 기어세트(202)는 측부 기어들(204, 206)과 차축들(28, 30)이 축 방향으로 서로 일정한 거리를 유지하도록 하기 위한 스페이서 블록(spacer block, 216)을 더 포함한다. 일단 설치되면, 스페이서 블록(216)은 차축(28, 30) 중 어느 하나 및 하우징(40)에 대하여 자유롭게 회전한다.

톱니바퀴식 기어세트(202)는 하우징(40)에 형성된 제1 기어포켓들(220) 내에 저널 지지된 제1세트의 나선형 피니언들(218)을 또한 포함한다. 제2 나선형 피니언들(222) 세트는 하우징(40)에 형성된 제2 기어포켓들(224)에 저널 지지된다. 여기에 한정되지 않으며, 차동장치(200)는 맞물린 피니언 세트들로 언급된, 맞물린 쌍들로 배열된 세 개의 제1피니언들(218)과 세개의 제2피니언들(222)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 기어포켓들(220, 224)은, 길이 방향으로 연장되고 늘어난 부분 실린더형의 보어들이며, 한 쌍의 겹쳐진 세트들로 형성되어 하우징(40)의 내부 공간과 통해 있다.

제1피니언들(218)은 더 큰 지름의 긴 기어 부분(230)과, 더 작은 지름의 짧은 스터브 축 부분(232)을 포함하는 것으로 도시된다. 제1 기어포켓들(220)에 설치되는 때, 제1피니언들(218)은, 기어 부분들(230)의 이빨이 측부 기어(204)의 이빨과 맞물리는 반면, 그 외경 이빨 끝 표면들이 포켓들(220)의 베어링 벽 표면에 의해 저널 지지되도록 배열된다.

마찬가지로, 제2피니언들(222)은 더 큰 지름의 긴 기어 부분(234)과, 더 작은 지름의 짧은 스터브 축(236)을 포함하는 것으로 도시된다. 제2 기어포켓들(224)에 설치되는 때, 제2피니언들은, 기어 부분들(234)의 이빨이 측부 기어(206)의 이빨과 맞물리는 반면, 그 외경 이빨 끝 표면들이 제2 기어포켓들(224)의 베어링 벽 표면에 의해 저널 지지되도록 배열된다. 피니언들(218, 222)이 맞물린 세트들로 배열되기 때문에, 제1피니언들(218) 중 어느 하나의 기어 부분(230)은 기어 부분(234) 및 제2피니언들(222)들 중 대응되는 어느 하나와 또한 맞물린다. 바람직하게 기어 부분들(230, 234)은 실질적으로 그들 전체 길이를 따라서 맞물려진 상태를 효과적으로 유지하기 위한 축 방향 길이를 가진다.

한 세트의 지지 부재들(238)은, 그 대응되는 제1 기어포켓(220)의 베어링 벽 표면과, 맞물려진 제2피니언의 기어 부분(234) 및 측부 기어(206)의 외경 이빨 끝 표면들에 기대어서 스터브 축 부분들(232)을 각 피니언들(218) 상에 지지한다. 지지 부재들(238)은 제2피니언들(222)의 스터브 축 부분(236)을 유사하게 지지한다. 평행축 기어 차동장치에 대한 더 상세한 설명은 여기에 참고 문헌으로 통합된 미국 특허 제6,013,004호에 개시되어 있다.

이전에 설명한 바와 같이, 엑츄에이터 조립체(50)는 캡(48)과 케이스 몸체(CB)에 의해 한정되는 포켓(49) 내부에 위치한다. 엑츄에이터 조립체(50)는 선택적으로 전압이 인가되는 것이 가능하여, 작동 부재(54)의 도그들(86)이 측부 기어(204)의 도그들(215)과 맞물리는 것을 야기한다. 차동장치 조립체(200)는, 도그들(86)이 도그들(215)과 맞물리는 때에 잠금 형태에 놓여진다는 점에서 차동장치 조립체(26)와 실질적으로 유사하게 기능한다. 차동장치 조립체는 코일(96)에 전류 공급을 차단함으로써 열린 형태에 놓일 수 있다. 압축 스프링(85)은, 엑츄에이터 조립체(50)를 축 방향으로 옮겨서 도그들(86)이 도그들(215)로부터 연결이 풀리는 것을 야기한다.

뒷구동 차축 조립체가 상세히 설명되는 경우에, 본 발명의 차동장치 시스템은 그러한 적용예에 한정되는 것은 아니다. 특히, 본 발명의 차동장치 시스템은 전륜 구동 자동차들용 트랜스액슬(transaxle), 4륜 구동 자동차들에서 사용되는 트랜스 케이스들 및/또는 다른 알려진 자동차 동력 전달 계통 용도들에서 사용될 수 있다.

도 7, 도 10 및 도 11은 다른 구현예에 따른 차동장치 조립체(300)를 나타낸다. 차동장치 조립체(300)는 차동장치 조립체(300)가 다른 구현예에 따른 엑츄에이터 조립체(302)를 포함한다는 점을 제외하고는 이전에 설명된 차동장치 조립체들과 실질적으로 유사하다. 간결하게 하기 위해서, 동일한 구성요소들은 이전에 언급된 참조번호들을 가질 것이다.

차동장치 조립체(300)는 엑츄에이터 조립체(50)와 캡(48) 사이에 이전에 배치되었던 와셔(112)의 필요성을 완화시킨다. 도 8 및 도 9는 차동장치 조립체들(26, 200)의 와셔(112)를 묘사한다. 이전에 언급된 바와 같이, 와셔(112)는 알루미늄과 같은 자화 가능하지 않은 물질로 이루어져, 솔레노이드 조립체(52)에 전압이 인가되는 동안 자화 가능한 작동 부재(54)가 케이스 몸체(CB) 대신에 금속 캡(48)쪽으로 끌어 당겨지는 경향을 감소시킨다.

도 10 및 도 11은 차동장치 조립체(300)와 함께 사용하기 위한 엑츄에이터 조립체(302)를 묘사한다. 엑츄에이터 조립체(302)는, 작동 부재(304)에 연결된 복수의 패드들(306)이 구비된 작동 부재(304)를 포함한다. 작동 부재(304)는 작동 부재(54)와 실질적으로 유사하다. 특히, 작동 부재(304)는 그 단부에 형성된 환형 오목부(80)를 가지며 전체적으로 중공인 실린더 본체(78)를 포함한다. 도그들(86)은 끝 면(88)으로부터 축 방향으로 연장된다. 작동 부재(304)는 바람직하게는 자화 가능한 물질로 이루어진다. 자화 가능한 물질들은 강자성체(ferromagnetic)와 페리자성체(ferrimagnetic)로 분류되는 물질들을 적어도 포함한다. 작동 부재(304)는, 실질적인 원형 부분(312)에 의해 상호 연결되며 방사 방향으로 연장된 세개의 부분들(310)을 가지는 실질적으로 평평한 표면(308)을 포함한다. 구멍(aperture, 314)은 방사 방향으로 연장된 각 부분(310)을 관통하여 연장된다. 구멍들(314)은 바람직하게는 결합부재들(110)을 수용하기 위해 내부로 나사선이 형성되어 있다. 패드들(306)은, 도 11에 방사 방향으로 연장된 부분들(310)에 연결된 실질적으로 사각형인 블록들로 묘사되어 있다. 패드들(306)은 플라스틱, 고무 또는 다른 폴리머(polymer)를 포함하는 자화 가능하지 않은 어떠한 물질들로 이루어질 수 있다. 상기 패드들은 접착 공정(gluing operation)에 의해 평평한 표면(308)에 부착될 수 있거나, 패드들(306)은 작동 부재(304)와 함께 성형될 수 있다. 비록 패드들(306)이 도 11에서 개별적으로 서로 이격되어 있는 것으로 묘사되고 있더라도, 평평한 표면(308)에 연결된 한 조각의 스페이서를 사용하는 것도 본 발명의 범위 내에 있게 된다. 한 조각의 스페이서는 접착제에 의해 접착되거나 작동 부재(304)와 함께 성형될 수 있다.

작동 부재(304)에 연결된 폴리머 스페이서 또는 패드들의 사용으로 개별적인 알루미늄 와셔를 사용하는 조립체와 비교하여 비용이 절감된 차동장치 조립체가 가능해진다. 게다가, 상기 스페이서 또는 패드들(306)은 작동 부재(304)에 연결되기 때문에, 더 적은 부품들의 목록이 작성되고, 그 부품들이 취급되어 조립되게 된다. 상기 스페이서와 작동 부재를 하나의 조립체로 일체로 형성함으로써, 조립자가 부주의하게 부품을 빠뜨리는 경향이 감소된다.

작동 과정에서, 스페이서 또는 패드들(306)은 작동 부재(304)의 평평한 표면(308)과 캡(48)의 끝 면(74) 사이에 최소 공간을 제공한다. 이러한 최소 공간은 코일(96)이 작동 부재(304)를 상기 맞물린 위치쪽으로 이동시키도록 시도하는 인력(attracting force)을 발생시키는 것을 보장하며, 이러한 인력은 스프링(85)에 의해 공급된 힘과, 작동 부재(304)를 상기 연결이 풀린 위치쪽으로 이동시키도록 시도하는 힘을 합한 것 보다 더 크다. 따라서, 코일(96)에 전압이 인가되는 때, 작동 부재(304)를 포함하는 엑츄에이터 조립체(302)는 연결이 풀린 위치에서부터 맞물린 위치까지 이동한다.

게다가, 전술한 설명은 본 발명의 전형적인 구현예들을 단지 개시하고 설명하고 있다. 본 기술분야에서 지식을 가진 사람은, 후술하는 청구항들에서 정의된 본 발명의 범위와 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변화들, 변경들 및 변동들이 이루어질 수 있다는 점을 그러한 설명 및 첨부된 도면들과 청구항들로부터 즉시 인식할 것이다.

본 기술 분야에서 지식을 가진 사람은, 본 발명에 따른 축 방향으로 이동 가 능한 전자석은 부품들의 수가 줄어드는 단순화된 디자인으로 되어 있다는 점을 인식할 것이다. 게다가, 본 발명은 전체 차동장치 케이스를 상기 전자석의 전기자(armature)로서 사용한다. 이것은 이용 가능한 자기력을 더 효율적으로 사용하는 것을 허용한다. 이러한 특징들은 설계자가 전자석의 크기를 줄이는 것을 허용하는 데, 왜냐하면 상기 전기자가 상기 전자석에 의해 제공되는 기전력(armature force)을 더 효율적으로 사용하기 때문이다. 그러한 간결한 디자인은 이전에 사용된 부품들의 사소한 변형과, 표준 크기의 차축 하우징과의 팩키지(package)를 허용한다.

또한, 작동 시간과 비작동 시간은 관련된 움직이는 부품들의 수가 적기 때문에 매우 짧다는 점을 또한 인식해야만 한다. 특히, 다른 부품들의 상대적인 램핑 또는 작동(relative ramping or actuation)은 도그들(86)과 도그들(90)의 연결 또는 연결의 풀림을 야기하기 위해서 필요하지 않다.

또한, 작동 부재에 연결된 폴리머 스페이서 또는 패드들의 사용으로 개별적인 알루미늄 와셔를 사용하는 조립체와 비교하여 비용이 절감된 차동장치 조립체가 가능해진다. 게다가, 상기 스페이서 또는 패드들(306)은 작동 부재(304)에 연결되기 때문에, 더 적은 부품들의 목록이 작성되고, 그 부품들이 취급되어 조립되게 된다. 상기 스페이서와 작동 부재를 하나의 조립체로 일체로 형성함으로써, 조립자가 부주의하게 부품을 빠뜨리는 경향이 감소된다.

Claims

차동축(differential axis; A) 주위로 회전가능한 하우징(housing; 40)으로서, 상기 하우징 안에는 내부 공동(interior cavity; C)과 구멍(aperture; 40a)이 형성되고, 구멍(40a)은 상기 하우징(40)의 축방향 단부를 통하는 차동축(A)에 대해 평행하게 연장되며, 상기 구멍(40a)은 상기 내부 공동과 교차하는, 하우징(40);

상기 내부 공동(C) 내에 수용된 기어세트(41)로서, 기어세트(41)는 제1 측부 기어(45), 제2 측부 기어(46), 및 복수의 피니언 기어(42)들을 포함하고, 상기 피니언 기어들은 하우징과의 회전을 위하여 상기 하우징(40)에 결합되며, 상기 피니언 기어(42)들은 상기 하우징(40)과 상기 제1 및 제2 측부 기어들(45, 46) 간의 회전 동력을 전달하도록 구성되는, 기어세트(41); 및

상기 하우징(40)에 장착된 엑츄에이터 조립체(50)를 포함하는 전기적으로 작동가능한 커플링(coupling)으로서, 상기 엑츄에이터 조립체(50)는 작동 부재(54) 및 코일(96)을 포함하고, 상기 작동 부재(54)는 상기 코일(96)의 자기장을 발생시키는 작동에 따라서 상기 제1 측부 기어(45)와 맞물릴 수 있으며, 상기 코일(96)은 제1 위치와 제2 위치 간의 이동을 위하여 상기 하우징(40)에 이동가능하게 배치되고, 상기 하우징(40)은 상기 코일(96)이 상기 제1 위치에 있는 때에 상기 제1 측부 기어(45)에 구동가능하게 결합되는, 커플링;을 포함하는, 차동장치 시스템.
제 1 항에 있어서,

엑츄에이터 조립체(50)는 상기 코일(96)에 결합된 비자성 스페이서(112)를 더 포함하고, 상기 스페이서(112)는 상기 커플링이 상기 제1 및 제2 측부 기어들(45, 46)로부터 멀어지게 이동하는 것을 제한하는, 차동장치 시스템.
제 1 항에 있어서,

작동 부재(54)는 상기 제1 측부 기어(45)와 선택적으로 맞물릴 수 있고, 상기 작동 부재(54)는 상기 하우징(40)에 의해 회전되게 유지되며 또한 상기 하우징(40)에 대해 상대적으로 축방향으로 이동 가능한, 차동장치 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 하우징(40)은 분리 가능한 캡(48)을 포함하고,

상기 스페이서(112)는 상기 캡(48)과 상기 작동 부재(54) 사이에 배치되는, 차동장치 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 구멍(40a)은 상기 캡(48) 내에 오목부를 포함하고, 그 오목부 내부에는 상기 전기적으로 작동가능한 커플링의 부분이 배치되는, 차동장치 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 작동 부재(54)를 상기 제1 측부 기어(45)로부터 맞물림이 풀리는 위치쪽으로 바이어스(biase)시키는 스프링(85)을 더 포함하는, 차동장치 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 피니언 기어(42)들 각각은 상기 제1 측부 기어(45) 및 상기 제2 측부 기어(46)와 치밀하게(meshingly) 맞물리는, 차동장치 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 피니언 기어들(218, 222)은 상기 제1 측부 기어(204)와 치밀하게 맞물린 제1 피니언(218)과, 상기 제1 피니언(218) 및 상기 제2 측부 기어(206)와 치밀하게 맞물린 제2 피니언(222)을 포함하는, 차동장치 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 하우징(40)은 상기 제1 및 제2 측부 기어들(45, 46)의 위치에 대해 반대측에 배치된 상기 작동 부재(54) 측에 배치된 부분(40b)을 포함하고,

상기 코일(96)에 전기가 인가되는 동안에, 상기 부분(40b)과 상기 코일(96) 간의 자기력은 상기 측부 기어들(45, 46)의 영역에서의 상기 하우징(40)과 상기 코일(96) 간의 자기력보다 적은, 차동장치 시스템.
내부에 내부 공동(interor cavity; C)이 형성된 하우징(40)으로서, 상기 하우징(40)은 상기 내부 공동(C)과 통하는 구멍(40a)을 가지는, 하우징(40);

상기 내부 공동(C) 안에 배치되며, 상기 하우징(40)에 회전 가능하게 결합된, 한 쌍의 피니언 기어(42)들;

상기 피니언 기어(42)들과 치밀하게 맞물리고, 상기 내부 공동(C) 안에 배치되는 제1 및 제2 측부 기어들(45, 46);

상기 하우징(40) 상에서 제1 위치와 제2 위치 간으로 이동가능한 코일(96)을 가지는 엑츄에이터 조립체(50)로서, 상기 코일(96)이 상기 제1 위치에 있을 때 상기 하우징(40)은 상기 제1 측부 기어(45)에 동력이 전달되게 결합되는, 엑츄에이터 조립체(50);

상기 엑츄에이터 조립체(50)를 상기 제2 위치를 향하여 바이어스시키는 스프링(85); 및

상기 엑츄에이터 조립체(50)에 결합된 스페이서(304)로서, 상기 스페이서(304)는 상기 엑츄에이터 조립체(50)의 상기 하우징(40)을 향하는 이동을 제한하고, 상기 엑츄에이터 조립체(50)를 상기 하우징(40)으로 향하게 당기는 힘은 상기 스프링(85)에 의해 제공되는 힘과 상기 엑츄에이터 조립체(50)를 상기 하우징(40)으로부터 멀리 당기는 힘 보다 커서, 상기 코일(96)은 전류가 상기 코일(96)을 통하여 흐를 때 상기 제1 위치를 향해 이동하는, 차동장치 시스템.
제 10 항에 있어서,

상기 엑츄에이터 조립체(50)는, 축(A)을 따라 미끄러지는 것이 가능하고 상기 코일(96)에 결합된 작동 부재(54)를 포함하고,

상기 작동 부재(54)는, 상기 제1 측부 기어(45)와 선택적으로 맞물리는 것이 가능한, 차동장치 시스템.
제 11 항에 있어서,

상기 스페이서(304)는 상기 작동 부재(54)와 일체로 성형(moulding)되어 단일의 부품으로 되는, 차동장치 시스템.
제 11 항에 있어서,

상기 작동 부재(54)는, 상기 제1 측부 기어(45)로부터 연장되는 복수의 도그(dog; 90)들과 선택적으로 맞물리는 것이 가능한 복수의 도그(86)들을 포함하는, 차동장치 시스템.
제 11 항에 있어서,

상기 스페이서(304)는 상기 작동 부재(54)에 결합된 복수의 서로 떨어져 있는 패드(306)들을 포함하는, 차동장치 시스템.
내부에 내부 공동(interior cavity; C)이 형성되고 회전 가능한 하우징(40);

상기 공동(C) 내에 배치되고 한 쌍의 측부 기어들(45, 46)을 포함하는 기어세트; 및

상기 하우징(40)에 장착된 엑츄에이터 조립체(50)로서, 상기 엑츄에이터 조립체(50)는 솔레노이드 조립체(52), 작동 부재(54), 및 스프링(85)을 포함하고, 상기 솔레노이드 조립체(52)는 이동가능한 코일(96)을 구비하며, 상기 작동 부재(54)는 제1 위치와 제2 위치 간으로의 이동을 위하여 상기 코일(96)에 고정되고, 상기 코일(96) 및 상기 작동 부재(54)가 상기 제1 위치에 있는 때에 상기 측부 기어들(45, 46)은 상기 하우징(40)에 대해 회전할 수 있으며, 상기 코일(96) 및 상기 작동 부재(54)가 상기 제2 위치에 있는 때에 상기 하우징(40)에 대한 상기 측부 기어들(45, 46)의 회전은 방지되고, 상기 엑츄에이터 조립체(50)는 상기 코일(96)의 이동에 응답하여 상기 측부 기어들(45, 46) 중 하나를 상기 하우징(40)에 선택적으로 연결하도록 작동 가능한, 엑츄에이터 조립체(50);를 구비하는, 차동장치 시스템.
제 15 항에 있어서,

차동장치 시스템은 상기 하우징(40)과 상기 작동 부재(54) 사이에 배치된 비자성 스페이서(112)를 더 포함하고, 상기 스페이서(112)는 상기 하우징(40)의 자화가능한(magnetizable) 부분(40b)과 상기 액츄에이터 조립체(50) 사이에 적어도 미리 정해진 거리를 유지하는, 차동장치 시스템.
제 15 항에 있어서,

상기 하우징(40)은 상기 솔레노이드 조립체(52)의 전기자(armature)인, 차동장치 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 하우징(40)의 상기 자화가능한 부분(40b)은 상기 한 쌍의 측부 기어들(45, 46)의 위치에 대해 반대측에 배치된 상기 작동 부재(54) 측에 배치되는, 차동장치 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 작동 부재(54)는, 축(A)을 따라 미끄러질 수 있고 또한 상기 측부 기어들(45, 46) 중 하나와 맞물리는 것이 가능하며,

상기 스페이서(112)는 상기 작동 부재(54)에 결합되는, 차동장치 시스템.
제 19 항에 있어서,

상기 스페이서(112)는 상기 작동 부재(54)에 결합된 복수의 서로 떨어져 있는 패드(306)들을 포함하는, 차동장치 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 작동 부재(54)를 상기 측부 기어들(45, 46) 중 하나로부터 맞물림이 풀리는 위치를 향해 바이어스시키는 스프링(85)을 더 포함하는, 차동장치 시스템.
제 21 항에 있어서,

상기 스페이서(112)는, 상기 작동 부재(54)가 상기 측부 기어들(45, 46) 중 하나로부터 맞물림이 풀리는 상기 위치에 있을 때, 상기 하우징(40)의 상기 자화가능한 부분과 맞닿는, 차동장치 시스템.
제 19 항에 있어서,

상기 스페이서(112)는 상기 작동 부재(54)와 일체로 성형되어 단일의 부품으로 되는, 차동장치 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 하우징(40)은 상기 엑츄에이터 조립체(50)의 전기자인, 차동장치 시스템.