KR101390601B1 - 제한된 슬립 차동 장치 및 그의 맞물림 감지 메커니즘 - Google Patents

제한된 슬립 차동 장치 및 그의 맞물림 감지 메커니즘 Download PDF

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Abstract

차동 장치는 기어 케이스(11)에 관한 출력 기어(23)의 회전을 제한하도록 동작할 수 있는 수단(35) 및 언액추에이팅 조건(도1)으로부터 액추에이팅 조건(도4)으로 회전 제한 수단을 액추에이팅하는 액추에이션 수단(55)을 포함한다. 회전 제한 수단은 상기 회전 제한 수단의 언액추에이팅 조건에 대응하는 제1 위치 및 액추에이팅 조건에 대응하는 제2 위치 사이에서 이동 가능하며 기어 케이스의 한 축 단부를 향하는 부재(47)를 포함한다. 센서 어셈블리는 회전 제한 수단 및 액추에이션 수단 사이에 벽 형태의 부재 및 센서 부재(71)를 포함한다. 벽 형태의 부재는 센서 및 이동 가능한 부재 사이에 비-강자성 부분(73)을 포함한다. 제1 및 제2 위치 사이의 움직임은 센서 엘리먼트 및 이동 가능한 부재를 결합시키는 전자기 플럭스(F)에 대응하는 변화의 결과를 가져온다.
차동 장치, 기어 케이스, 전자기 플럭스, 회전 제한 수단, 센서 어셈블리

Description

제한된 슬립 차동 장치 및 그의 맞물림 감지 메커니즘{LIMITED SLIP DIFFERENTIAL AND ENGAGEMENT SENSING MECHANISM THEREFOR}
본 발명은 트랙션 수정 차동 장치에 관한 것이고, 특히, 차동 동작이 물리적인 입력 또는 전기적인 입력 신호와 같은 어떤 종류의 입력에 응답하여, 지연되는, 가능하면 보호되는("잠금되는") 유형의 이러한 차동 장치에 관한 것이다.
게다가, 본 발명은 잠금 해제된 조건 및 잠금 조건 사이의 변화와 같은 트랙션 수정 차동 장치 내에서 변화 상태를 감지하는데 사용될 수 있는 유형의 맞물림 감지 메커니즘 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 관한 유형의 트랙션 수정 차동 장치는 전형적으로 기어 챔버를 한정하는 기어 케이스 및, 그 안에 배치된 적어도 하나의 입력 피니온 기어(pinion gear) 및 한 쌍의 출력 측 기어를 포함한다. 당업자가 본 발명이 제한되지 않으며 나선형이거나 행성형과 같은 다른 기어 유형을 갖는 차동 장치에 관하여 사용될 수 있다는 것을 이해할지라도, 본 발명은 베벨 기어 유형의 차동 장치에 관하여 설명될 것이다. 전형적으로, 클러치 팩은 적어도 하나의 측 기어 및 기어 케이스의 근접 표면 사이에 배치되어, 클러치 팩 또는 잠금 메커니즘이 기어 케이스 및 하나의 측 기어 사이의 관련 회전을 제한하도록 동작할 수 있다. 희망하는 유형의 대부분 의 차동 장치에서, (차동을 지연시키는) 클러치 팩 또는 잠금 메커니즘을 맞물리는 것은 여러 다른 방법 중에서도 하나에 의해 성취된다.
하나의 방법에서, "잠금 차동 장치"의 유형이 본 발명의 양수인에게 양도되며 참조의 방법으로 본원에 통합된 U.S 특허 제 Re 28,004호에서 도해되어 설명되는데, 클러치 팩은 일반적으로 맞물림 해제된다. 휠 중 하나는 다른 휠에 관하여 회전하기 시작할 때, 속도 민감성 메커니즘은 휠 사이의 속도 차를 감지하며, 캠 및 램프 메커니즘에 의해서, 클러치 팩 솔리드를 잠근다. 통합된 특허에서, 속도 민감성 메커니즘은 플라이급(fly-weight) 메커니즘을 포함하는데, 이것의 출력은 차동 기어가 잠기는 것에 응답하여, 기계적인 "입력"을 포함한다.
본 발명의 양수인에게 양도되며 참조의 방법으로 본원에 통합된 U.S. 특허 제 5,019,021호는 또한 차동을 지연시키는 다른 방법을 설명한다. 이러한 특허는 클러치 팩 상의 로딩이 외부 전기적인 입력 신호에 응답하여 바뀌어 클러치 팩 내의 슬립의 양을 변경시킬 수 있는 "제한된 슬립 차동 장치"를 도해하여 설명한다. 그러므로 한 측의 기어로부터 다른 측으로 전달되는 바이어스 토크의 양은 또한 외부 전기적인 입력 신호의 변경에 응답하여 변경된다. 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 제한된 슬립 차동 장치에서, 자동차가 최적의 트랜잭션 조건보다 적게 충돌할 때마다 두 개의 측 기어 사이에 임의의 양의 "슬립" 또는 속도 차동 장치가 전형적으로 존재한다. 상기 통합된 특허에서, 차동 장치로의 "입력"은 전기적인 입력 신호이지만, 차동 장치 내에 존재하며, 볼 램프 액추에이터의 플레이트들 중 하나의 축 움직임인 다른 "입력"이 존재하며, 이들의 축 움직임은 이제 당업자에게 널 리 공지된 방법으로 클러치 팩 상의 로딩을 변경시킨다.
마지막으로, 본 발명의 양수인에게 양도되며 참조의 방법으로 본원에 통합된 U.S 특허 제 6,551,209호에서, "잠금 차동 장치"에 대한 상이한 방법이 설명된다. 상기 통합된 특허에서, 트랙션 유형의 클러치 팩은 존재하지 않지만, 대신 기계적인 잠금 메커니즘이 존재하는 잠금 차동 장치가 도해되어 설명된다. 상기 '209 특허의 차동 장치에서, 전기적인 입력 신호에 응답하여, 차동 측 기어에서 메이팅 개구(mating opening) 내에 일련의 핀을 이동시킬 수 있는 볼 램프 액추에어터가 존재하여, 차동 기어 케이스에 관하여 측 기어를 잠근다. 본 발명의 목적을 위해서, 잠금 조건 또는 잠금 해제 조건을 성취하기 위해서 측 기어를 향하거나 이로부터 멀리 핀의 움직임은 또한 차동 장치에서 기어 케이스에 관한 출력 기어의 회전을 제한하는 수단에 관한 "입력"이 고려된다.
그러므로 상술된 유형의 제한된 슬립 및 잠금 차동 장치의 관점으로부터, 차동 기어 케이스 및 출력 측 기어들 중 하나 사이에 관련 회전을 제한(지연)하거나 잠그는데 공통적으로 사용되는 것으로 당 업자에게 공지된 다수의 여러 메커니즘이 존재한다고 보여질 수 있다. 그러나 대부분의 공지된 종래 제한된 슬립 및 잠금 차동 장치 배열 및 특히 본 발명의 양수인에 의해 상업화되는 것은 공통적으로 차동 장치 내에 슬립 제한 및 잠금 기능을 성취하는 메커니즘의 동작에 관하여 축 방향으로이동하는 어떤 종류의 부재의 존재를 갖는다.
가장 최근에, 자동차(특히 객차 및 경트럭)의 비율이 증가하는 것은 어떤 종류의 안정성 또는 트랙션 또는 보안 시스템을 구동렬(drive train)에 통합시키고 있다. 이러한 시스템의 예는 TCS(Traction Control System), ABS(Anti-skid Braking System) 및 ESP(Electronic Stability Program)을 포함할 것이다. 이러한 시스템이 어떤 종류의 트랙션 수정 장치 및 바람직하게는 전기적으로-액추에이팅된 제한된 슬립 또는 잠금 차동 장치를 포함한다는 것이 매우 공통적이고 바람직하다. 이러한 유형의 시스템이 가장 효율적이며 안전하게 동작하도록, 시스템의 제어 논리가 차동 장치로부터 어떤 종류의 피드백 신호를 수신하는 것이 중요하고, 이로써 제어 논리는 임의의 소정의 예에서, 차동 장치가 액추에이팅(actucated)(잠금) 조건인지 언액추에이팅(unactuated)(잠금 해제) 조건인지를 알 수 있다.
불행하게도, 잠금 차동 장치에서 잠금 조건(또는 잠금 해제 조건)의 발생을 감지하는 것이나 제한된 슬립 차동 장치에서 증가하는 클러치 맞물림(또는 감소하는 클러치 맞물림)을 감지하는 것은 전형적으로 고정 외부 하우징 내에서 회전하는 차동 기어 케이스 내에서 부재의 축 움직임과 같은 어떠한 것을 감지하는 것을 포함한다. 회전 차동 케이스 상에 센서를 고정시키는 하나의 외관적으로 명백한 방법은 케이스의 외부에 센서를 고정시키고, 차동 장치로부터 자동차 마이크로프로세서에 슬립 링에 의해 발생된 전자 신호를 전달하는 것이다. 불행하게도, 이러한 배열은 전형적으로 유용하지 않다. 대부분의 차동 설치를 위해서, 축 어셈블리 설비에서 케이스 외부 지름에 걸쳐 링 기어를 슬라이딩할 수 있고 케이스 플린지에 링 기어를 볼트로 조일 수 있어야만 하기 때문에 차동 장치 경우(의 외부 지름)의 외부(또는 그로부터 방사형 외부로 신장부)에 부착될 수 있는 것이 없다.
제한된 슬립 또는 잠금 차동 장치에서 "상태 변화"를 감지하는 배열을 발달 시키기 위한 시도에서 사용되는 감지 시스템이 당업자가 당면한 다른 장애는 상당히 엄격한 환경에서 효율적으로 견디고 동작할 필요가 있다는 사실이다. 예를 들어, 감지 메커니즘 및 전체 시스템은 광범위한 온도 범위(예컨대, 섭씨 -40도 정도 내지 190도 정도)에 걸쳐 예측 가능하게 동작할 필요가 있다. 또한, 감지 메커니즘은 차동 장치의 현재 상태를 나타내는 감지 시스템 "출력" 신호의 발생시 어떤 역효과없이 석유화학-기반 윤활유에 잠기는 동안 동작할 수 있어야만 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 개선된 차동 기어 메커니즘 및 여기서 사용하기 위한 개선된 감지 메커니즘 및 어셈블리를 제공하는 것이며, 이는 상술된 종래 기술의 문제점을 극복할 것이다.
본 발명의 부가적인 목적은 근본적인 차동 장치 메커니즘의 임의의 실질적인 재설계 없이, 차동 기어 메커니즘의 전체 패키지 크기의 실질적인 증가 없이, 이러한 개선된 차동 기어 메커니즘, 및 상술된 목적을 성취하는, 여기서 사용하기 위한 개선된 감지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 더 특정한 목적은 이러한 개선된 차동 기어 메커니즘 및 이를 위한 감지 시스템을 제공하는 것이고, 차동 장치의 상태 변화의 발생은 어떤 종류의 부가적인 "타겟" 부재를 필요로 하는 것보다 차동 장치 메커니즘의 이미 필요로 되는 부분인 부재의, 차동 장치 내의, 축 움직임을 사용하여 감지될 수 있다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적은 회전 축을 한정하는 기어 케이스 및 기어 챔버를 포함하는 개선된 차동 기어 메커니즘의 규정에 의해 성취되며, 차동 기어는 적어도 하나의 입력 기어, 및 제1 및 제2 출력 기어를 포함하는 기어 챔버에 배치된다. 메커니즘은 기어 케이스에 관한 제1 출력 기어의 회전을 제한하도록 동작 가능한 수단 및 회전 제어 수단을 액추에이팅하는 액추에이션 수단을 포함하며, 상기 액추에이션 수단은 언액추에이팅 조건으로부터 액추에이팅 조건으로 회전 제한 수단을 이동시키도록 입력에 응답하여 이동 가능하다. 회전 제한 수단은 기어 케이스의 하나의 축 단부를 향하여 배치되며 회전 제한 수단의 언액추에이팅 조건에 대응하는 제1 위치 및 액추에이팅 조건에 대응하는 제2 위치 사이에서 회전축의 방향으로 이동 가능한 부재를 포함한다.
개선된 차동 기어 메커니즘은 센서 어셈블리가 기어 케이스의 하나의 축 단부에 근접하게 배치되며, 회전 제한 수단 및 액추에이션 수단 사이에서 축 방향으로배치된 벽 형태의 부재 및 센서 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 벽 형태의 부재는 센서 엘리먼트 및 이동 가능한 부재 사이에서 축 방향으로배치된 비-강자성 부분을 포함하고, 이로써 제1 및 제2 위치 사이에서 이동 가능한 부재의 움직임은 센서 엘리먼트 및 이동 가능한 부재를 결합시키는 전자기 플럭스에서 대응하는 변화의 결과를 가져온다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 축 및 챔버를 한정하는 케이스를 포함하는 메커니즘이 제공되는데, 상기 메커니즘은 메커니즘을 액추에이팅하는 액추에이션 수단, 언액추에이팅 조건으로부터 액추에이팅 조건으로 메커니즘을 이동시키기 위한 입력에 응답하여 동작 가능한 액추에이션 수단을 포함한다. 메커니즘은 케이스의 한 축 단부를 향하여 배치되며 메커니즘의 언액추에이팅 조건에 대응하는 제1 위치 및 액추에이팅 조건에 대응하는 제2 위치 사이에서 축의 방향으로 이동 가능한 축 방향으로이동 가능한 부재를 포함한다.
개선된 메커니즘은 센서 어셈블리가 케이스의 한 축 단부에 근접하게 배치되며, 메커니즘 및 액추에이션 수단 사이에서 축 방향으로배치된 벽 형태의 부재 및 센서 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 벽 형태의 부재는 센서 엘리먼트 및 축 방향으로이동 가능한 부재 사이에서 축 방향으로배치된 비-강자성 부분을 포함하고, 이로써 제1 및 제2 위치 사이에서 축 방향으로이동 가능한 부재의 움직임은 센서 엘리먼트 및 축 방향으로이동 가능한 부재를 결합시키는 전자기 플럭스에서 대응하는 변화의 결과를 가져온다. 센서 엘리먼트는 케이스의 하나의 축 단부에 근접하게 배치되며 축에 대해 일반적으로 동심으로 배치되는 전자기 코일을 포함한다.
도1은 언액추에이팅 잠금 해제 조건에서, 본 발명의 이론에 따라 행해지는 잠금 차동 장치의 축 횡단면도;
도2는 도1과 유사하지만 도1과 상이한 평면 상해서 취해지는 확대된 부분적인 축 횡단면도;
도3은 도1 및 도2에 도시된 차동 기어 메커니즘의 일부의 부분적인 분해된 사시도;
도4는 본 발명의 하나의 중요한 양상을 도시하는 도2와 유사한 확대된 부분적인 다소 개략적인 축 단면도;
도5는 본 발명의 감지 메커니즘에 의해 일 실시예에서 사용되는 중요한 관계 를 도시하는 전압 대 시간의 그래프; 및
도6은 본 발명의 맞물림 감지 메커니즘과 사용될 수 있는 제어 회로의 실시예의 일부를 나타내는 개략적인 전기 회로.
이제 본 발명을 제한하는 의도가 아닌 도면을 참조하면, 도1은 슬립-제한 차동 장치, 특히, 본 발명을 포함하는 잠금 차동 장치의 축 단면도이다. 본 발명에 관한 일반적인 유형 및 도1에 도시된 특정한 유형의 차동 장치의 특정한 구조 및 동작은 상기 통합된 특허를 참조하여 더 이해될 수 있다. 특히, 도1에 도시된 잠금 차동 장치의 전체적인 구조 및 기능은 상기 통합된 U.S. 특허 제 6,551,209호에서 도해되어 설명되는 것과 매우 유사하다.
그러나 이미 주지되었듯이, 본 발명의 유용성은 단지 차동 잠금 장치에 국한되는 것이 아니라 또한 차동 장치 케이스 내에 축 방향으로이동하여 부재의 움직임은 슬립 조건 및 슬립-제한 조건 사이의 변화를 나타내는 차동 장치 내의 적어도 어떤 종류의 부재를 포함하는 것 상에서 제한된 슬립 차동 장치 상에서 이용될 때 이점이 있을 수 있다. 게다가, 본 발명의 용도는 첨부된 청구항에서 특히 주지되는 바를 제외하고 차동 장치의 어떤 특정한 구성에 국한되는 것이 아니다. 마지막으로, 한 양상에서 본 발명은 그 안에 배치된 부재를 포함하는 관련 메커니즘의 변화 상태를 효율적으로 감지하는데 사용될 수 있는 감지 어셈블리 및 시스템을 포함한다는 것이 주지되어야만 하며, 여기서 부재의 움직임은 관련된 메커니즘의 동작 상태 또는 조건에서의 변화에 대응한다.
도1에 도시된 차동 기어 메커니즘(잠금 차동 장치)은 일반적으로 13으로 병기된 기어 챔버를 그 안에 한정하는 기어 케이스(11)를 포함한다. 주요 실시예에서, 단지 예시의 방법으로, 기어 케이스(11)는 싱글, 단일 기어 케이스를 포함하는데, 차동 장치 내의 모든 부품은 당업자에게 공지된 바와 같이, 기어 케이스에 "윈도우"(도시되지 않음)를 통해 삽입된다. 그러나 본 발명은 기어 케이스(11)의 어떤 특정한 구성, 또는 윈도우의 임의의 특정한 구성 또는 이러한 윈도우의 존재에 국한되는 것이 아님이 이해되어야만 한다. 차동 장치로의 토크 입력은 전형적으로 입력 링 기어(도시되지 않음)에 의한 것이고, 이는 다수의 볼트(또한 도시되지 않음)와 같은 임의의 적합한 수단에 의해 기어 케이스(11)의 플린지(15)(부분적으로만 도시됨)에 부착될 수 있다.
피니온 샤프트(19) 상에 회전 가능하게 고정된 한 쌍의 입력 피니온 기어(17)를 포함하는 차동 기어 세트가 기어 챔버(13) 내에 배치된다. 전형적으로, 피니온 샤프트(19)는 잠금 핀(21)과 같은 임의의 적합한 수단에 의해 기어 케이스에 관하여 고정된다. 피니온 기어(17)는 차동 기어 세트의 입력 기어를 포함하며, 한 쌍의 측 기어(23,25)와 메싱 맞물림(meshing engagement) 한다. 측 기어(23,25)는 내부, 직선 제동 쐐기(spline)(27,29)의 세트를 각각 한정하며, 이는 한 쌍의 축 샤프트(도시되지 않음)의 외부 제동 쐐기를 일치시키도록 제동 쐐기 맞물림을 이룬다. 기어 케이스(11)는 외부 차동 장치 하우징(또한 도시되지 않음)에 관한 차동 메커니즘을 위한 회전 지지부를 제공하는데 사용되는 한 쌍의 베어링 세트(도시되지 않음)가 고정될 수 있는 환형 허브 부분(31,33)을 포함한다.
당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 자동차의 일반적인 직선 운전 동안, 어떠한 차동도 좌우 측 기어(23,25) 사이에서 발생하지 않으므로, 피니온 기어(17)는 피니온 사프트(19)에 대해 회전하지 않는다. 기어 케이스(11), 피니온 기어(17) 및 측 기어(23,25)는 모두 솔리드 유닛으로서 회전 축(A)(도1 및 도2에만 도시됨)에 대해 회전한다.
본 발명의 잠금 차동 장치는 여러 모드에서 동작될 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 차동 장치는 수동으로 동작될 수 있는데, 즉, 운전자는 잠금 모드를 수동으로 선택하여 차동 장치는 자동차가 이동하기 시작한 직후에 잠금 모드에서 동작한다. 대안적으로, 잠금 차동 장치는 "자동 모드"에서 동작할 수 있는데, 단지 예시의 방법으로, 자동차 마이크로프로세서는 초기 휠 슬립과 같은 동작 조건을 감지하고 적절한 전기적인 입력 신호("입력")를 잠금 차동 장치로 전달하므로, 임의의 다른 차동을 방지하기 위해서 기어 케이스(11)에 관한 측 기어(25)를 잠근다.
잠금 차동 장치의 동작의 자동 모드 경우에, 자동차가 돌거나 타이어 크기에 근소한 차이가 있을 때와 같은 어떤 동작 조건 하에서, 어떤 양의 차동 동작은 측 기어(23,25) 사이에 발생하도록 허용될 수 있음이 이해될 것이다. 그러나 본 발명에 따르면, 잠금 차동 장치는 클러치 팩, 또는 차동 동작을 거의 지연시키거나 제한하는 임의의 다른 유사 메커니즘을 포함할 수 있거나 포함할 수 없지만, 대신 도1에 도시된 바와 같은 언액추에이팅 조건 및 액추에이팅 잠금 조건 사이의 선택을 제공할 수 있는데, 별도로 본원에서 도시되지는 않는다.
이제 도2를 참조하면, 도1에 관하여, 본 발명의 잠금 차동 장치는 일반적으로 (35)로 명시되는 회전 제한 메커니즘을 포함한다. 회전 제한 메커니즘(35)은 상기 통합된 U.S 특허 제6,551,209호를 참조로 더 이해될 수 있다. 본 발명은 특히 첨부된 청구범위에서 언급되는 것을 제외하고, 회전 제한 메커니즘(35)의 어떤 특정 구조 또는 동작 모드로 제한되지 않기 때문에, 메커니즘(35)은 본원에서 간략하고, 배경 기술 및 예를 통해서만 설명될 것이라는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 기어 케이스(11)는 보어의 두 개의 어레이를 한정하는 단부벽(37)을 포함한다. 보어의 제1 어레이(도1 참조)는 단부벽(37)의 전체 축 범위를 통해 축 방향으로 신장하는 다수의 핀 보어(39)를 포함한다. 축 방향으로 이동 가능하고, 일반적으로 원통형 핀 부재(41)(또한 이후부터, 첨부된 청구 범위에서는 "잠금 부재"라 칭해짐)는 각각의 핀 보어(39) 내에 배치된다. 보어의 제2 어레이(도2 참조)는 다수의 스프링 보어(43)를 포함하는데, 이러한 다수의 스프링 보어(43)는 단부 벽(37)의 축 두께를 통해 단지 부분적으로 단부 벽(37)의 도2의 좌 단부로부터 신장하여 각각의 스프링 보어(43) 내에 코일 압축 스프링(45)이 위치된다.
압축 스프링(45)의 각각의 좌 단부는 일반적으로 49라 병기된 볼 램프 액추에이터의 내부 램프 플레이트(47)(도3 참조)에 대해 위치된다. 볼 램프 액추에이터(49)는 또한 외부 램프 플레이트(51)를 포함하며, 다수의 캠 부재(볼)(53)는 볼 램프 액추에이터의 당업자에게 공지된 방법으로 내부 램프 플레이트(47) 및 외부 램프 플레이트(51) 사이에 배치된다. 볼 램프 액추에이터(49)는 회전 제한 메커니즘(35)의 일부로서 고려될 수 있다.
일반적으로 (55)로 명시되는 전자기 액추에이터가 (볼 램프 액추에이터(49)로부터 도1 및 도2의 좌측에) 기어 케이스(11)의 축 외부에 배치되는데, 전자기 액추에이터(55)는 바람직하게는 환형 지지 부재(59)로부터 방사상 외부에 배치되고, 환형 지지 부재(59)에 의해 지지되는 환형 전자기 코일(57)을 포함한다. 지지 부재(59)는 환형 허브 부분(31)의 큰 지름 부분을 둘러쌈으로써, 전자기 액추에이터(55)가 고정되며(즉, 본원에 도시되지 않은 외부 차동 하우징에 대해 고정되며), 기어 케이스(11)가 이에 대해 그 안에서 자유롭게 회전하도록 한다. 전자기 액추에이터(55)는 임의의 양상에서 하나 이상의 상기 통합된 특허에서 상세히 예시되고 설명되어 있다.
전자기 코일(57)의 액추에이션은 한 쌍의 전기적인 리드(61)에 의해 코일(57)에 전달된 전자 입력 신호에 응답하여 발생하며(도2 참조), 참조 번호 ("61")은 그들 자신의 리드 또는 전기적인 입력 신호를 나타내기 위해 이후에 사용된다.
이제 도2 및 도3을 우선 참조하면, 제동 쐐기와 같은 임의의 적합한 수단에 의해 외부 램프 플레이트(51)에 관하여 회전할 수 없게 고정된 환형 드라이브 플레이트(63)가 전자기 코일(57)에 거의 근접하게 배치된다. 드라이브 플레이트(63) 및 외부 램프 플레이트(51) 사이의 접속은 본 발명의 감지 메커니즘의 설명에 관하여 결과적으로 상세히 설명될 것이다. 그러므로 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 상기 통합된 특허에서 도해되고 설명된 바와 같이, 코일(57)에 전압이 인가될 때, 결과적인 플럭스 경로는 드라이브 플레이트(63)를 통과하며, 플레이트를 코일 하우징(65) 상의 근접한 마찰 표면과 마찰 맞물림을 가져온다. 코일 하우징(65)은 본원에서 도시되지 않는 것이 아니라 66으로 병기된 "접지" 심볼에 의해 도2에 나타내지는, 외부 차동 하우징에 관하여 회전할 수 없게 고정되는 것이 바람직하다. 결과 적으로 기어 케이스(11)에 관하여, 외부 드라이브 플레이트(63)의 회전 및 외부 램프 플레이트의 회전을 지연시킨다. 그러나 내부 램프 플레이트(47)는 다수의 이어(ear)(67)에 의해서와 같이 기어 케이스(11)와 회전하도록 고정되므로(도3), 램핑 동작은 압축 스프링(45)의 바이어싱력에 대향하여, 내부 램프 플레이트(47)의 오른쪽 축 움직임(도1 내지 도3)의 결과를 가져온다. 도1을 다시 참조하면, 측 기어(23)의 "외부" 표면(즉, 단부 벽(37)을 마주하는 측)은 다수의 개구(69)를 한정하는데, 상기 개구(69)는 핀 보어(39)의 어레이와 정합되거나 일치하는 어레이에 배열된다. 그러므로 주변에 정렬된 (도1에 도시된 위치) 핀 보어(39) 및 개구(69)의 어레이와 함께, 전자기 코일(57)의 액추에이션은 도1에서 오른쪽으로 내부 램프 플레이트(47)를 이동시키고, 개구(69) 내의 맞물림으로 핀 부재(41)를 이동시켜, 기어 케이스(11)에 관한 측 기어(23)를 잠글 것이다 (액추에이팅 또는 "잠금" 조건).
이러한 포인트에 이르는 대부분의 설명은 상기 통합된 특허로부터 이미 공지되었다. 서로에 관한 도면 전체를 참조하면, 본 발명의 중요한 양상이 설명될 것이다. 상술된 바와 같이, 본 발명의 양상들 중 하나는 메커니즘의 일부를 포함하는 부재의 축 움직임을 사용하여 메커니즘 내에서 잠금 조건 또는 잠금 해제 조건의 발생을 감지할 수 있는 것이다(즉, 메커니즘의 상태 변화를 감지할 수 있는 것이다).
주요 실시예에서, 예시의 방법만으로, "축 방향으로이동 가능한 부재"는 볼 램프 액추에이터(49)의 내부 램프 플레이트(47)를 포함한다. 본 발명의 한 양상에 따라, 내부 램프 플레이트(47) 자체는 이후에 설명되는 감지 메커니즘에 의해 감지될 타겟의 역할을 하도록 임의의 부가된 구조에 대한 요구 없이 첨부된 청구항의 목적을 위해 "축 방향으로이동 가능한 부재"의 역할을 한다.
도2 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 감지 메커니즘이 설명된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 코일 하우징(65)은 이후에 설명될 기능의 "두 개의 공동" 유형이다(즉, 코일 하우징(65)은 전자기 코일(57)("액추에이션" 코일)에 대한 공동을 한정할 뿐만 아니라, 감지 코일(71)이 배치된 공동을 제공한다). 감지 코일(71)은 전자기 코일을 단순히 포함할 수 있거나, 자기적으로-바이어싱된 코일을 포함할 수 있다. 어느 경우에, 감지 코일(71)은 바람직하게 "근접" 감지 장치를 제공하는데, 이 용어는 감지 기술에서 널리 이해되고 있다. 전자기 액추에이션의 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 코일 하우징(65)은 볼 램프 액추에이터(49)의 액추에이션을 목적으로 전자기 "회로"의 일부를 포함하는 환형 드라이브 플레이트(63)로서, 강자성 부재를 포함한다. 내부 램프 플레이트(47)는 또한 명백하게 하기 위한 목적으로 강자성 부재를 포함하는 것이 바람직하다.
그러나 본 발명의 중요한 양상에 따르면, 감지 코일(71)에 매우 근접한, 드라이브 플레이트(63)의 방사형 "내부" 부분은 도3 및 도4에서 가장 잘 보여지는 환형 윈도우 부재(73)에 의해 교체된다. "윈도우"라는 용어는 본 발명의 목적을 위해 윈도우 부재(73)가 강자성이 아니고, 이로 인해 전자기 회로(또는 플럭스 "경로")가 윈도우 부재(73) 내에 "포함"되지 않지만, 플럭스 라인(F)(도4를 참조)이 통과하도록 허용한다는 것을 일차적으로 설명하기 위해 부재(73)에 관하여 본원에서 사 용된다. 이와는 대조적으로, 전자기 기술에 널리 공지된 바와 같이, 코일(57)의 액추에이션으로부터 발생하는 플럭스 라인은 드라이브 플레이트(63) 내에 포함될 것이고, 플럭스 라인은 수직으로 통과한다. 주요 실시예에서, 단지 예시의 방법으로, 환형 윈도우 부재(73)는 알루미늄 부재를 포함하여, 윈도우 부재(73)는 환형 드라이브 플레이트(63)로부터 외부 램프 플레이트(51)로 토크를 전달하도록 구조적인 완전함 및 내구성을 갖는다. 또한, 당업자에게 널리 공지된 바와 같이, 알루미늄 윈도우 부재(73)는 공기에 비해 플럭스 밀도를 약간 증가시킬 것이다.
동시에, 도4에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 환형 윈도우 부재(73)는 주요 실시예에서 축 방향으로이동 가능한 부재가 감지 코일(71) 및 내부 램프 플레이트(47) 사이에 축 방향으로배치된다. 감지 전류가 감지 코일(71) 상에 편승될 때, 도4에 도시된 바와 같은 전자기 플럭스 경로(F)의 결과를 가져온다. 플럭스 경로(F)는 감지 코일(71) 주변의 코일 하우징(65)을 통과하고, 근접한 공기 갭에 걸쳐, 그 후에 내부 램프 플레이트(47)의 일부를 통해 윈도우 부재(73)를 통과한다. 회전-제한 메커니즘(35) 및 전자기 액추에이터(55)의 동작에 대한 상기 간략한 설명으로부터 공지되는 바와 같이, 내부 램프 플레이트(47)는 메커니즘(35)의 언액추에이팅 조건에 대응하는 제1 조건(도2) 및 메커니즘(35)의 액추에이팅 조건에 대응하는 제2 조건( 내부 램프 플레이트(47)가 도4에서 이동하는 위치) 사이에서 축 방향으로이동한다(도4에서 화살표 참조).
본 발명의 중요한 양상에 따르면, 내부 램프 플레이트(47)의 축 위치가 변경됨에 따라, 자기 플럭스 경로 길이가 변경되지만, 윈도우 부재(73)에 의해 영향을 받지 않는다. 감지 코일(71)로부터 더 이동하거나 근접하게 이동하는 내부 램프 플레이트(47)로부터 발생하는 플럭스 경로 길이의 변화는 플럭스 경로(F)의 플럭스 밀도(또는 인덕턴스)에 각각 감소 또는 증가를 야기한다. 그 후에 플럭스 밀도(또는 인덕턴스)의 변화는 감지 코일(71) 및 램프 플레이트(47) 사이의 축 분리에서 변화를 나타내는 값으로 감지된 플럭스 밀도(또는 인덕턴스)를 "변환"시킬 수 있는 외부 제어 회로에 의해 감지되거나 모니터링될 수 있다.
이제 도5를 참조하면, 본 발명의 감지 메커니즘의 일 실시예에 의해 사용되는 중요한 관계를 도시하는 전압 대 시간 그래프가 존재한다. 본 발명의 발달에 따라, 여러 상이한 근접 유형 감지 배열이 연구되는데, 펄스 인덕션(PI) 감지로서 공지된 것을 포함한다. PI 감지 배열에서, 감지 코일(71)은 공지된 전류(도5에서 "일정한 전류 펄스")로 충전된다. 이러한 공지된 전류는 도4에 도시된 자기 플럭스 경로(F)를 일으키는 자기장을 생성한다. 이러한 플럭스 경로(F)는 물질에 에너지를 저장한다(에너지=1/2LI2). 공지된 코일 전류는 그 후에 갑자기 끝나서, 자기 플럭스 경로(F)는 소산될 에너지를 멈추도록(감소시키도록) 한다. 자기 플럭스 경로(F)가 변경됨으로써, 변화는 와상 전류가 내부 램프 플레이트(47)에 흐르도록 할 것이지만, 와상 전류는 강자성 램프 플레이트(47)의 내부 저항으로 인해 느리게 감소할 것이다.
상술된 와상 전류가 램프 플레이트(47)에서 흐름에 따라, 와상 전류는 또한 차례로 감지 코일(71)로 되돌아가는 전류를 발생시키는 자기장을 생성하여, 백- EMF(back-EMF)(기전력)의 결과를 가져온다. (백-EMF로부터) 결과적인 전압이 감지 코일(71)을 가로질러 측정될 때, 도5에 도시된 바와 같은 지수 감소율 또는 커브를 갖는 음의 전압 스파이크(도5의 "스파이크)가 존재한다. 음의 스파이크의 감소율은 그 후에 감지 코일(71)로부터 내부 램프 플레이트(47)로 공기 갭 거리에 직접 관련되는 인덕턴스의 함수이다. 그러나 본 발명이 첨부된 청구항에서 특히 주지되는 것을 제외하고, 상술되거나 임의의 다른 특정한 감지 개념에 국한되지 않는다는 것이 당업자에게 이해되어야만 한다.
여러 감지 시스템은 사용 가능하며 널리 공지되었고, 본 발명은 펄스 인덕션 감지에 국한되지 않는다. 인덕터 및 커패시터가 동조된 주파수 오실레이터를 형성하도록 하는 동조된 "탱크" 오실레이터 회로는 발진 주파수를 측정함으로써 거리를 결정하도록 사용될 수 있다. 이러한 개념은 어떤 금속을 찾는데 사용될 수 있음에 따라, 주파수가 매우 높다면 알루미늄을 통해 볼 수 없을 것이다. 이는 동조된 오실레이터 전단 회로를 포함한다. 다른 공지된 자기 근접 센서 및 LVDT 배열이 또한 구현될 수 있다. 본 발명의 발달에 관하여 펄스 인덕션 감지는 이러한 특정한 환경에서 구현될 때 상대적으로 단순함 효과적이라는 것이 보여진다.
본 발명의 특정한 애플리케이션의 관점에서, 상술된 감지 개념은 동작 온도의 광범위한 범위(섭씨 -40도 정도 내지 190도 정도) 하에서 효율적이라는 것이 보여지기 때문에 바람직한 실시예를 포함한다. 온도 변화도 여러 오일도 램프 플레이트(47)의 변화 상태(축 움직임)를 정확히 감지하기 위한 능력에 부정적인 영향을 가져온다고 보여지지 않는다.
이제 도6을 참조하면, 일반적으로 81로 병기되는 전기적인 제어 회로의 일부가 도시되는데, 이는 도5에 관하여 도해되어 설명되는 감지 개념을 구현하는데 사용될 수 있다. 도6에 도시된 회로에서, 펄스 트레인(도5에서 일정한 전류 펄스로 도시됨)은 제어 회로 소자(81)로의 입력이다. 제어 회로(81)의 "출력"은 감지 코일(71)로부터 내부 램프 플레이트(47)의 거리를 나타내는 아날로그 신호(91)이다.
본 발명은 상기 설명에서 상세히 설명되었고, 본 발명의 여러 대안 및 수정이 명세서의 판독 및 이해로부터 당업자에게 명백해질 것이라 여겨진다. 모든 이러한 대안 및 수정은 첨부된 청구항의 범위 내에서 이루어지는 한 본 발명에 포함된다.

Claims (9)

  1. 회전축(A)을 한정하는 기어 케이스(11) 및 기어 챔버(13); 적어도 하나의 입력 기어(17)와 제1 및 제2 출력 기어(23,25)를 포함하는 상기 기어 챔버 내에 배치된 차동 기어; 상기 기어 케이스(11)에 대한 상기 제1 출력 기어(23)의 회전을 제한하도록 동작하는 회전 제한 수단(35), 및 상기 회전 제한 수단(35)을 액추에이팅하는 액추에이션 수단(55)을 포함하는데, 상기 액추에이션 수단(55)은 언액추에이팅 조건으로부터 액추에이팅 조건으로 상기 회전 제한 수단을 이동시키기 위한 입력(61)에 응답하여 동작 가능하고, 상기 회전 제한 수단(35)은 상기 기어 케이스(11)의 하나의 축 단부를 향해 배치되며, 상기 회전 제한 수단(35)의 상기 언액추에이팅 조건에 대응하는 제1 위치 및 상기 액추에이팅 조건에 대응하는 제2 위치 사이에서 상기 회전축(A)의 방향으로 이동 가능한 부재(47)를 포함하는 차동 기어 메커니즘에 있어서,
    (a) 센서 어셈블리는 상기 기어 케이스(11)의 하나의 축 단부에 근접하게 배치되고, 상기 회전 제한 수단(35) 및 상기 액추에이션 수단(55) 사이에 축 방향으로 배치된 벽 형태의 부재(63,73) 및 센서 엘리먼트(71)를 포함하고;
    (b) 상기 벽 형태의 부재(63,73)는 상기 센서 엘리먼트(71) 및 상기 이동 가능한 부재(47) 사이에 축 방향으로 배치된 비-강자성 부분(73)을 포함하여, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 상기 이동 가능한 부재의 움직임이 상기 센서 엘리먼트(71) 및 상기 이동 가능한 부재(47)를 결합시키는 전자기 플럭스(F)의 대응하는 변화를 생성하는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기어 케이스(11)에 대한 상기 제1 출력 기어(23)의 회전을 제한하도록 동작 가능한 상기 회전 제한 수단(35)은 상기 기어 케이스(11)의 하나의 축 단부(37)에 의해 한정된 개구(39) 내에 배치되며, 상기 제1 출력 기어(23)에 의해 한정된 메이팅 개구(69)와 맞물려 잠금 해제 위치로부터 잠금 위치로 축 방향으로 이동 가능한 다수의 잠금 메커니즘(41)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 액추에이션 수단(55)은 상기 기어 케이스(11)의 하나의 축 단부(37)에 근접하게 배치되며, 상기 회전축(A)에 대해 일반적으로 동심으로 배치되는 제1 전자기 코일(57)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 벽 형태의 부재는 상기 제1 전자기 코일(57) 및 상기 회전 제한 수단(35) 사이에 축 방향으로배치되는 강자성 부분(63)을 포함하며, 상기 센서 엘리먼트(71)는 상기 제1 전자기 코일(57)로부터 방사형 내부로 배치되는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 센서 엘리먼트는 상기 회전축(A)에 대해 일반적으로 동심으로 배치된 제2 전자기 코일(71)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1(57) 및 제2(71) 전자기 코일은 공통적인 전자기 코일 하우징(65)내에 배치되며, 상기 코일 하우징(65)은 외부 차동 하우징(66)에 대해 고정되는 것을 특징으로 하는 차동 기어 메커니즘.
  7. 축(A) 및 챔버를 한정하는 케이스(11)를 포함하는 메커니즘으로서, 상기 메커니즘은 메커니즘을 액추에이팅하는 액추에이션 수단(55)을 포함하는데, 상기 액추에이션 수단(55)은 언액추에이팅 조건으로부터 액추에이팅 조건으로 메커니즘을 이동시키기 위한 입력(61)에 응답하여 동작할 수 있으며; 상기 메커니즘은 케이스(11)의 하나의 축 단부(37)를 향하여 배치되며, 상기 메커니즘의 상기 언액추에이팅 조건에 대응하는 제1 위치 및 상기 액추에이팅 조건에 대응하는 제2 위치 사이에서 상기 축(A)의 방향으로 이동 가능한 축 방향으로 이동 가능한 부재(47)를 포함하는 상기 메커니즘에 있어서,
    (a) 센서 어셈블리는 상기 케이스(11)의 한 축 단부(37)에 근접하게 배치되고, 상기 메커니즘 및 액추에이션 수단(55) 사이에서 축 방향으로 배치된 벽 형태의 부재(63,73) 및 센서 엘리먼트(71)를 포함하고;
    (b) 상기 벽 형태의 부재(63,73)는 상기 센서 엘리먼트(71) 및 상기 축 방향으로이동 가능한 부재(47) 사이에서 축 방향으로 배치된 비-강자성 부분(73)을 포함하고, 이로써 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이에서 상기 축 방향으로 이동 가능한 부재(47)의 움직임은 상기 센서 부재(71) 및 상기 축 방향으로 이동 가능한 부재(47)를 결합시키는 전자기 플럭스(F)에서 대응하는 변화를 생성하며;
    (c) 상기 센서 엘리먼트는 상기 케이스(11)의 한 축 단부(37)에 근접하게 배치되며, 상기 축(A)에 대해 일반적으로 동심으로 배치된 전자기 코일(71)을 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니즘.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 액추에이션 수단(55)은 상기 케이스(11)의 하나의 축 단부(37)에 근접하게 배치되며 상기 축(A)에 대해 일반적으로 동심으로 배치된 제1 전자기 코일(57)을 포함하고, 상기 센서 엘리먼트는 상기 전자기 코일(71)을 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니즘.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 벽 형태의 부재는 상기 제1 전자기 코일(57) 및 상기 메커니즘 사이에서 축 방향으로 배치된 강자성 부분(63)을 포함하며, 상기 제2 전자기 코일(71)은 상기 제1 전자기 코일(57)로부터 방사형 내부로 배치되는 것을 특징으로 하는 메커니즘.
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