KR101608132B1 - 토크 분배 구동 기구를 구비하는 차축 조립체 - Google Patents

Abstract

차축 조립체는 모터, 차동 조립체, 하우징, 트랜스미션 및 감속 기어세트를 갖는다. 트랜스미션은 연관된 (즉, 제1 및 제2) 링 기어, 유성 캐리어 및 선 기어를 갖는 제1 및 제2 유성 기어세트를 갖는다. 제1 유성 캐리어는 공통 회전을 위해 차동 조립체의 차동 캐리어에 결합된다. 제2 링 기어는 하우징에 회전 불가능하게 커플링된다. 제2 유성 캐리어는 공통 회전을 위해 제2 차동 출력부에 커플링된다. 제2 선 기어는 공통 회전을 위해 제1 선 기어에 커플링된다. 감속 기어세트는 모터의 출력 샤프트와 제1 링 기어 사이에 배치되고, 출력 샤프트와 커플링되어 함께 회전하는 제1 기어 및 제1 링 기어와 커플링되어 함께 회전하는 제2 기어를 포함한다.

Description

토크 분배 구동 기구를 구비하는 차축 조립체 {AXLE ASSEMBLY WITH TORQUE DISTRIBUTION DRIVE MECHANISM}

관련 출원에 대한 교차-인용

본 출원은, "토크 분배 구동 기구"라는 발명의 명칭으로 2010년 7월 14일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/364,072호와, "토크 분배 구동 기구"라는 발명의 명칭으로 2011년 3월 29일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/468,809호의 이익을 주장하는, "토크 분배 구동 기구를 구비하는 차축 조립체"라는 발명의 명칭으로 2011년 7월 13일자로 출원된 미국 특허출원 제13/182,153호의 부분 연속 출원이다. 상기 특허 출원 각각의 개시내용은 본 명세서에 전체적으로 상세히 기재된 것으로 참조로서 통합된다.

본 발명은 토크 분배 구동 기구를 구비하는 차량 및 차축 조립체에 관한 것이다.

차량에서 언더스티어(understeer) 또는 오버스티어(oversteer) 미끄러짐을 수정 또는 감소시키기 위한 하나의 수단이 토크-벡터링 차동 장치(torque-vectoring differential)(TVD)이다. TVD는 일반적으로 언더스티어 또는 오버스티어 슬라이드를 수정 또는 감소시키기 위해 사용되고 차량 휠의 속도에 독립적으로 차량의 무게 중심 주변에서 모멘트를 생성시킬 수 있는 전자-제어 차동 장치이다.

미국 특허 제7,491,147호에는, 차동 기구의 대향 측부 상에 배치된 한 쌍의 속도 제어 기구를 사용하는 엔진-구동식 TVD가 개시되어 있다. 각각의 속도 제어 기구는 (스퍼) 기어 감속부 및 마찰 클러치를 포함하고 있다. 기어 감속부는 회전 동력을 차동 기구의 차동 케이스로부터 마찰 클러치로, 그리고 마찰 클러치로부터 관련된 (차축) 출력 샤프트로 전달한다.

유사하게, 미국 특허 제7,238,140호에는 차동 기구의 대향측 상에 배치된 한 쌍의 토크 디버터(diverter)를 이용하는 엔진-구동식 TVD가 개시되어 있다. 각각의 토크 디버터는 기어 감속부와 자석 입자 브레이크를 포함하고 있다. 기어 감속부는 회전 동력을 차동 기구의 차동 케이스로부터 관련된 차축 출력 샤프트에 커플링되어 함께 회전하는 출력 부재로 전달한다. 자석 입자 브레이크는 기어 감속부의 출력 부재를 선택적으로 제동하도록 구성된다.

미국 특허출원 공보 제2010/0323837호에는, 한 쌍의 유성 트랜스미션과, 전기 모터와, 유성 트랜스미션의 작동을 제어하는 슬리브를 구비하는 전기-구동식 TVD가 개시되어 있다. TVD는, TVD가 전기 모터에 의해 구동되는 개방 차동 장치로서 구성되는 제1 모드와, TVD가 토크 벡터링 출력을 생성시키는 제2 모드에서 작동될 수 있다.

이러한 구성은, 회전 동력이 하나의 차축 샤프트로부터 다른 차축 샤프트로 차동 기구를 가로질러 재할당될 수 있는 토크 벡터링 기능을 수행하기에 효과적일 수 있지만, TVD는 그럼에도 불구하고 개선될 수 있다.

이 부분은 본 발명의 개시내용의 일반적인 요약을 제공하는 것이며, 그 전체 범위에 대한 포괄적인 개시 또는 그 특징의 전부가 아니다.

일 형태에 있어서, 본 발명은 입력 부재와, 제1 유성 기어 세트와, 차동 조립체와, 제2 유성 기어 세트를 구비하는 차축 조립체를 제공한다. 제1 유성 기어 세트는 입력 부재에 의해 구동되는 제1 트랜스미션 입력부를 구비하고 있다. 차동 조립체는 차동 캐리어와, 차동 캐리어에 수용되는 제1 및 제2 차동 출력 부재를 구비하고 있다. 제2 유성 기어 세트는 공통 회전을 위해 차동 캐리어에 커플링되는 유성 캐리어를 구비하고 있다. 제1 유성 기어 세트의 선 기어가 제2 유성 기어 세트의 선 기어에 회전불가능하게 커플링되어 있다.

다른 형태에 있어서, 본 발명은 입력 부재와, 제1 유성 기어 세트와, 차동 조립체와, 제2 유성 기어 세트를 구비하는 차축 조립체를 제공한다. 제1 유성 기어 세트는 제1 트랜스미션 입력부와, 제1 선 기어와, 제1 링 기어와, 복수 개의 제1 유성 기어와, 제1 유성 캐리어를 구비하고 있다. 제1 트랜스미션 입력부는 입력 부재에 의해 구동된다. 제1 유성 기어는 제1 선 기어와 제1 링 기어에 치합식으로(meshingly) 결합된다. 제1 유성 캐리어는 회전을 위해 제1 유성 기어를 지지하고 있다. 차동 조립체는 차동 캐리어와, 차동 캐리어에 수용되어 있는 제1 및 제2 출력 부재를 구비하고 있다. 제2 유성 기어 세트는 공통 회전을 위한 차동 캐리어에 커플링되어 있는 제2 유성 캐리어를 구비하고 있다. 입력 부재, 제1 유성 기어 세트 및 제2 유성 기어 세트는 차동 캐리어의 공통 축방향 단부 상에 배치되어 있다. 차축 조립체는 제1 및 제2 유성 캐리어가 서로로부터 회전가능하게 커플링해제되는 모드에서 작동가능하다.

제1 유성 기어 세트는 입력 부재에 의해 구동되는 제1 트랜스미션 입력부를 구비하고 있다. 차동 조립체는 차동 캐리어와, 차동 캐리어에 수용되어 있는 제1 및 제2 출력 부재를 구비하고 있다. 제2 유성 기어 세트는 공통 회전을 위해 차동 캐리어에 커플링되는 유성 캐리어를 구비하고 있다. 입력 부재, 제1 유성 기어 세트 및 제2 유성 기어 세트는 차동 캐리어의 공통 축방향 단부 상에 배치되어 있다.

다른 형태에 있어서, 본 발명은 모터와, 모터에 의해 구동되는 입력 부재와, 차동 조립체와, 트랜스미션과, 시프트가능한(shiftable) 요소를 포함하는 차축 조립체를 제공한다. 차동 조립체는 차동 캐리어와, 차동 케이스에 수용되어 있는 제1 및 제2 차동 출력부를 구비하고 있다. 트랜스미션은 입력 부재로부터의 회전 동력을 수용한다. 시프트가능한 요소는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 축방향으로 이동가능하다. 제1 위치에서 시프트가능한 요소를 배치하면 트랜스미션이 차동 조립체에 커플링되어, 동일하지만 반대방향으로 향하는 토크를 트랜스미션이 제1 및 제2 차동 출력부에 인가하는 토크 벡터링 모드를 확립한다. 제2 위치에서 시프트가능한 요소를 배치하면 차동 캐리어를 직접 구동하도록 트랜스미션이 차동 조립체에 커플링된다.

또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 적어도 2가지 모드 사이에서 스위칭가능한 기구에서 부품의 선형 변위를 위한 액추에이터를 제공한다. 액추에이터는 구동 부재에 작동가능하게 커플링되도록 배열된 입력 부재와, 스위치에 작동가능하게 커플링되도록 배열된 출력 부재와, 구동 부재의 회전 운동을 스위치의 선형 운동으로 변환시키기 위한 변환 부재를 포함하고 있다. 변환 부재는 캠의 주연부의 적어도 일부를 따라 연장되는 캠 홈과, 캠 홈 내에서 이동하도록 배열된 캠 종동부를 구비하는 원통형 캠을 포함하고 있다. 캠은 입력 부재에 작동가능하게 커플링되고, 캠 종동부는 출력 부재에 작동가능하게 커플링된다. 홈은 캠의 종축에 수직하는 횡단 평면에 평행하게 연장되는 제1 홈 부분과, 횡단 평면에 평행하게 연장되는 제2 홈 부분과, 제1 홈 부분과 제2 홈 부분 사이에서 연장되고, 횡단 평면에 대해 0°를 초과하는 각도를 형성하는 캠의 주연부를 따르는 방향으로 연장되는 제3 홈 부분을 포함하고 있다.

추가의 형태에 있어서, 본 발명은 모터와, 차동 조립체와, 하우징과, 트랜스미션과 감속 기어세트를 구비하는 차축 조립체를 제공한다. 모터는 출력 샤프트 축을 따라 배치된 출력 샤프트를 구비하고 있다. 차동 조립체는 차동 캐리어와, 출력 축을 중심으로 회전가능한 차동 캐리어에 수용되어 있는 제1 및 제2 차동 출력부를 구비하고 있다. 트랜스미션은 하우징에 수용되고, 제1 및 제2 유성 기어세트를 구비하고 있다. 제1 유성 기어세트는 제1 링 기어와, 제1 유성 캐리어와, 제1 선 기어를 구비하고 있다. 제1 유성 캐리어는 공통 회전을 위해 차동 캐리어에 커플링되어 있다. 제2 유성 기어세트는 제2 링 기어와, 제2 유성 캐리어와, 제2 선 기어를 구비하고 있다. 제2 링 기어는 하우징에 회전불가능하게 커플링되어 있다. 제2 유성 캐리어는 공통 회전을 위해 제2 차동 출력부에 커플링되어 있다. 제2 선 기어는 공통 회전을 위해 제1 선 기어에 커플링되어 있다. 감속 기어세트는 출력 샤프트와 제1 링 기어 사이에 배치되고, 출력 샤프트와 커플링되어 함께 회전하는 제1 기어와, 제1 링 기어와 커플링되어 함께 회전하는 제2 기어를 포함하고 있다.

추가적인 응용 영역은 이하에 제공된 설명으로부터 명확해질 것이다. 본 요약 부분의 설명 및 구체적인 예들은 설명을 목적으로 한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

본원의 도면들은 선택된 실시예들의 설명을 목적으로 한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 제1 실시예에 따른 토크 분배 구동 기구의 개략적인 단면도이다.
도 2는 제2 실시예에 따른 몇 가지 모드에서 작동 가능한 토크 분배 구동 기수의 개략적인 단면도이다.
도 3은 제3 실시예에 따른 몇 가지 모드에서 작동 가능한 토크 분배 구동 기구의 개략적인 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 액추에이터의 분해도이다.
도 5는 도 4의 액추에이터의 부분 분해도이다.
도 6은 도 6의 액추에이터의 사시도이다.
도 7은 제4 실시예에 따른 토크 분배 구동 기구의 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 7의 토크 분배 구동 기구의 일부의 사시도이다.
도 9는 도 7의 토크 분배 구동 기구의 일부의 배면도이다.
도 10은 도 7의 토크 분배 구동 기구의 일부의 사시도이다.
도 11은 본원의 교시에 따라 구성된 다른 차축 조립체의 일부의 종단면도이다.
도 12는 도 11의 부분 확대도이다.
몇몇 도면에서 대응 도면부호들은 대응 부품들을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본원의 교시에 따라 구성된 차축 조립체가 도면부호 10으로 포괄적으로 표시된다. 차축 조립체(10)는 예를 들어 차량(12)의 전방 차축 조립체 또는 후방 차축 조립체일 수 있다. 차축 조립체(10)는 본 예에서 각각 제1 및 제2 차축 샤프트로 도시되는 제1 출력 부재(16) 및 제2 출력 부재(18)에 토크를 전달하기 위해 사용될 수 있는 토크 분배 구동 기구(14a)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 출력 부재(16)는 좌측 휠(20)에 커플링될 수 있고, 제2 출력 부재(18)는 차축 조립체(10)의 우측 휠(22)에 커플링될 수 있다. 특히, 이하에 더 설명되는 바와 같이, 토크 분배 구동 기구(14a)는 토크 벡터링을 위해, 즉 제1 출력 부재(16)와 제2 출력 부재(18) 사이에 토크 차이를 발생시키도록 사용될 수 있다.

토크 분배 구동 기구(14a)는 이중 유성 기어 세트(30) 및 구동 부재(32)를 포함할 수 있다.

이중 유성 기어 세트(30)는 제1 및 제2 출력 부재(16, 18) 및/또는 차동 조립체(36)에 대해 동축으로 장착될 수 있다. 이중 유성 기어 세트(30)는 제1 유성 기어 세트(40) 및 제2 유성 기어 세트(42)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 유성 기어 세트(40, 42)는 동일한 기어비를 가질 수 있고, 제1 유성 기어 세트(40)의 구성요소들 중 하나 이상이 제2 유성 기어 세트(42)의 관련 구성요소들과 상호교환 가능하도록 구성될 수 있다.

제1 유성 기어 세트(40)는 제1 선 기어(50), 복수의 제1 유성 기어(52), 제1 링 기어(54) 및 제1 유성 캐리어(56)를 포함할 수 있다. 제1 선 기어(50)는 제1 출력 부재(16)를 중심으로 동심적으로 장착될 수 있는 대체로 중공형인 구조체일 수 있다. 제1 유성 기어(52)는 제1 유성 기어(52)의 치형부들이 제1 선 기어(50)의 치형부들과 치합식으로 결합되도록 제1 선 기어(50)를 중심으로 원주방향으로 이격될 수 있다. 마찬가지로, 제1 링 기어(54)는 제1 유성 기어(52)의 치형부들이 제1 링 기어(54) 상의 치형부들과 치합식으로 결합되도록 제1 유성 기어(52)를 중심으로 동심적으로 배치될 수 있다. 제1 링 기어(54)는 차동 조립체(36)를 수용하는 차동 하우징(60)에 비회전식으로 커플링될 수 있는 트랜스미션 하우징(58) 내에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 제1 유성 캐리어(56)는 제1 캐리어 바디(62) 및 제1 캐리어 바디(62)에 고정 결합될 수 있는 복수의 제1 핀(64)을 포함할 수 있다. 제1 캐리어 바디(62)는 제1 캐리어 바디(62)와 제1 출력 부재(16)가 함께 회전하도록 제1 출력 부재(16)에 커플링될 수 있다. 제1 캐리어 바디(62)를 제1 출력 부재(16)에 커플링하기 위해서, 용접 및 정합하는 치형부 또는 스플라인을 포함한 임의의 적절한 수단이 채용될 수 있다. 각각의 제1 핀(64)은 제1 유성 기어(52)들 중 관련된 것 내에 수용될 수 있고, 제1 핀(64)의 종축을 중심으로 회전하도록 제1 유성 기어(52)들 중 관련된 것을 지지할 수 있다.

제2 유성 기어 세트(42)는 제2 선 기어(70), 복수의 제2 유성 기어(72), 제2 링 기어(74) 및 제2 유성 캐리어(76)를 포함할 수 있다. 제2 선 기어(70)는 제1 출력 부재(16)를 중심으로 동심적으로 장착될 수 있는 대체로 중공형인 구조체일 수 있다. 제2 선 기어(70)는 제1 선 기어(50)에 비회전식으로 결합될 수 있다(예를 들어, 제1 및 제2 선 기어(50, 70)는 통합적으로 그리고 단일체로 형성될 수 있다). 제2 유성 기어(72)들은 제2 유성 기어들의 치형부들이 제2 선 기어(70)의 치형부들과 치합식으로 결합되도록 제2 선 기어(70)를 중심으로 원주방향으로 이격될 수 있다. 제2 링 기어(74)는 제2 유성 기어(72)의 치형부들이 제2 링 기어(74)의 치형부들과 치합식으로 결합되도록 제2 유성 기어(72)를 중심으로 동심적으로 배치될 수 있다. 제2 링 기어(74)는 트랜스미션 하우징(58)에 비회전식으로 결합될 수 있다. 제2 유성 캐리어(76)는 제2 캐리어 바디(82) 및 제2 캐리어 바디(82)에 고정 결합될 수 있는 복수의 제2 핀(84)을 포함할 수 있다. 제2 캐리어 바디(82)는 제2 캐리어 바디(82)와 차동 캐리어(83)가 함께 회전하도록 차동 조립체(36)의 하우징 또는 차동 캐리어(83)에 결합될 수 있다. 각각의 제2 핀(84)은 제2 유성 기어(72)들 중 관련된 것에 수용될 수 있고, 제2 핀(84)의 종축을 중심으로 회전하도록 제2 유성 기어(72)들 중 관련된 것을 지지할 수 있다.

제1 및 제2 유성 기어 세트(40, 42)는 공통의 종축(즉, 제1 및 제2 선 기어(50, 70)를 통해 연장될 수 있는 축)을 중심으로 정렬될 수 있고, 공통의 종축(85)을 따라 축방향으로 서로 오프셋될 수 있다.

구동 부재(32)는 이중 유성 기어 세트(30)에 회전 입력을 제공하는, 전기 또는 유압 모터와 같은 임의의 수단일 수 있고, 회전 동력을 제1 유성 기어 세트(40)의 트랜스미션 입력에 전달하는 입력 부재(86)를 구동하기 위해 채용될 수 있다. 제공된 예에서, 트랜스미션 입력은 제1 링 기어(54)와 일체이며, 입력 부재(86)는 공동 회전을 위해 제1 링 기어(54)에 결합되고, 구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)에 장착되는 감속 기어(88)의 치형부와 치합식으로 결합되는 복수의 치형부를 포함한다. 입력 부재(86)는 제1 링 기어(54)에 비회전식으로 결합될 수 있는 별개의 구성요소일 수 있지만, 제공된 예에서, 입력 부재(86)와 제1 링 기어(54)는 단일의 별개 구성요소로서 단일체로 형성된다.

차동 하우징(60)과 차동 캐리어(83)에 추가하여, 차동 조립체(36)는 차동 캐리어(83)로부터 제1 및 제2 출력 부재(16, 18)로 회전 동력을 전달하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 회전 동력 전달 수단은 제1 차동 출력부(100) 및 제2 차동 출력부(102)를 포함할 수 있다. 제공된 특정 예에서, 회전 동력 전달 수단은 차동 캐리어(83) 내에 수용되고 제1 사이드 기어(106), 제2 사이드 기어(108), 크로스-핀(110) 및 복수의 피니언 기어(112)를 포함하는 차동 기어 세트(104)를 포함한다. 제1 및 제2 사이드 기어(106, 108)는 차동 캐리어(83)의 회전축을 중심으로 회전 가능하게 배치될 수 있고, 제1 및 제2 차동 출력부(100, 102)를 각각 포함할 수 있다. 제1 출력 부재(16)는 공동 회전을 위해 제1 사이드 기어(106)에 커플링될 수 있고, 제2 출력 부재(18)는 공동 회전을 위해 제2 사이드 기어(108)에 커플링될 수 있다. 크로스-핀(110)은 차동 캐리어(83)의 회전축에 대해 대체로 직각으로 차동 캐리어(83)에 장착될 수 있다. 피니언 기어(112)는 크로스-핀(110)에 회전 가능하게 장착될 수 있고, 제1 및 제2 사이드 기어(106, 108)와 치합식으로 결합될 수 있다.

차동 조립체(36)가 베벨 피니언 및 사이드 기어를 이용하는 것으로 도시되어 있으나, 헬리컬 형상의 피니언 및 사이드 기어 또는 유성 기어 세트를 이용하는 차동 기구를 포함한 다른 형태의 차동 기구가 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

선택적으로, 차동 조립체(36)는 차량(12)의 메인 또는 주 구동장치에 결합될 수 있다. 제공된 특정 실시예에서, 차량의 주 구동장치는 차동 조립체(36)를 구동하기 위해 이용되는 엔진(120)을 포함한다. 이에 대해, 엔진(120)에 의해 생성된 회전 동력은 제1 및 제2 출력 부재(16,18)(즉, 차동 캐리어(83) 및 차동 기어 세트(104)를 거쳐)을 구동하기 위해 차동 캐리어(83)에 종래의 방식으로 전달될 수 있다. 이러한 방식으로, 구동 부재(32)는 차량(12)의 주 구동장치에 보완물로 제공될 수 있어, 보조 토크가 구동 부재(32)에 의해 동시에 발생될 때, 보조 토크는 이후 상세히 설명되어질 주 구동장치에 의해 유도된 제1 및 제2 출력 토크에 중첩될 것이다.

구동 부재(32)가 활성화될 때(즉, 구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)가 제공된 실시예에서 회전할 때), 구동 부재(32), 감속 기어(88) 및 입력 부재(86)는 제1 유성 기어 세트(40)의 제1 링 기어(54)에 회전 동력을 인가하도록 협력할 수 있다. 제1 링 기어(54)에 의해 수용된 회전 동력은 제1 유성 기어(52) 및 제1 유성 캐리어(56)를 거쳐 제1 출력 부재(16)에 전달되며, 제1 선 기어(50)가 제1 유성 캐리어(56)에 대향하는 방향으로 회전하도록 제1 선 기어(50)에 반작용이 인가된다. 제1 선 기어(50)의 회전은 제2 선 기어(70)의 대응 회전을 초래하여 제2 유성 기어(72)를 구동시킨다. 제2 링 기어(74)가 변속 하우징(58)에 회전 고정됨으로 인해, 제2 유성 기어(72)의 회전은 제1 유성 캐리어(56)의 회전 방향에 대향하는 방향으로 제2 유성 캐리어(76)의 회전을 초래한다. 따라서, 제2 유성 캐리어(76)로부터 차동 캐리어(83)로 (그리고 차동 조립체(36)를 통해 제2 출력 부재(18)로) 전달된 회전 동력(즉, 토크)의 크기는 제1 유성 캐리어(56)로부터 제1 출력 부재(16)로 전달된 회전 동력(즉, 토크)의 크기와 동일하나 반대이다.

따라서, 결과적으로 구동 부재(32)에 의해 제1 및 제2 출력 부재(16, 18)로 유도된 토크는 각각 반대 방향이다. 더욱이, 제1 및 제2 유성 기어 세트(40, 42)가 차동 조립체(36)를 거쳐 작동가능하게 커플링됨으로, 제1 및 제2 출력 부재(16, 18)에서 유도된 토크의 크기는 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 양으로 배향된 토크가 (제1 회전 방향으로 구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)의 회전을 거쳐) 제1 출력 부재(16)로 전달 된다면, 동일한 음의 토크가 제2 출력 부재(18)로 전달된다. 유사하게, 음으로 배향된 토크가 (제1 회전 방향에 반대하는 제2 회전 방향으로 구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)의 회전을 거쳐) 제1 출력 부재(16)로 전달된다면, 동일한 양의 토크가 제2 출력 부재(18)로 전달된다. 즉, 토크 분포 구동 기구(14a)는 제1 및 제2 차동 출력부(100, 102) 사이의 토크 차이를 발생하는데 이용될 수 있으며, 각각 제1 및 제2 출력 부재(16, 18)를 통해 각각 좌측 및 우측 휠(20, 22)로 연통된다.

회전 동력이 주 구동장치[즉, 도시된 실시예에서 엔진(120)]로부터 차동 조립체(36)로 전송될 때 구동 부재(32)가 활성화되는 상황에서, 토크 분포 구동 기구(14a)에 의해 전달된 토크는 주 구동장치로부터 축 조립체(10)에 전달된 입력 토크에 중첩된 오트셋 토크로 작용할 것이다. 다른 방식으로 언급하면, 주 구동장치로부터 입력 토크는 차동 조립체(36)를 거쳐 분포되어 제1 구동 토크가 제1 차동 출력부(100)를 거쳐 제1 출력 부재(16)에 인가되고 제2 구동 토크가 제2 차동 출력부(102)를 거쳐 제2 출력 부재(18)에 인가되는 반면에, 구동 부재(32)에 의해 유도된 보조 토크가 이중 유성 기어 세트(30)를 거쳐 분포되어 제1 벡터 토크가 제1 출력 부재(16)에 인가되고 (제공된 실시예에서 제1 벡터 토크와 동일하고 이에 대향하는)제2 벡터 토크가 (차동 조립체(36)를 거쳐) 제2 출력 부재(18)에 인가된다. 제1 출력 부재(16) 상에 작용하는 순수 토크는 제1 구동 토크와 제1 벡터 토크의 합이며, 제2 출력 부재(18)에 작용하는 순수 토크는 제2 구동 토크와 제2 벡터 토크의 합이다.

예시로서, 토크 분포 구동 기구(14a)는 차량(12)이 좌측으로 전환될 때 좌측 휠(20)로부터 토크를 제하고 우측 휠(22)에 대응 토크를 더할 수 있으며, 그리고 차량(12)이 우측으로 전환될 때 우측 휠(22)로부터 토크를 제하고 좌측 휠(20)에 대해 대응 토크를 더할 수 있어, 차량(12)의 터닝 거동을 개선하고 그 터닝 반경을 감소시킨다.

당업자들은 이중 유성 기어 세트(30)의 구성이 제1 및 제2 선 기어(50,70)가 최고 회전 속도를 경험할 수 있게 하며, 제1 링 기어(54)는 다소 느린 회전 속도에서 회전하며, 제1 및 제2 유성 캐리어(56, 76)는 제1 링 기어(54) 보다 느린 회전 속도에서 회전한다. 이러한 방식으로, 대략 1:1.5 내지 대략 1:2.0의 기어 비와 같은 유리한 기어 비가 제1 링 기어(54)와 제1 출력 부재(16) 사이에서 달성될 수 있다. 그 결과, 이중 유성 기어 세트(30)의 기어의 크기가 작게 제작될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 유성 기어(52, 72)의 직경은 대략 30 mm 로 작을 수 있다. 이러한 방식으로, 이중 유성 기어 세트(30)의 크기는 작으며, 그로 인해 토크 분포 구동 기구(14a)가 소형 및 경량으로 제조될 수 있다.

구동 부재(32)는 차량(12)이 전환할 때 (예를 들어, 자동으로 또는 요구사항에 기초하여)활성화되게 의도된다. 직선 전방 주행중에, 구동 부재(32)는 차량(12)이 엔진(120)에 의해 전방 방향으로 추진될 수 있도록 비 활성화된다. 이러한 상황에서, 엔진(120)으로부터 입력 토크를 수용하는 차동 조립체(36)는 제1 출력 부재(16) 및 제2 출력 부재(18)에 실질적으로 동일한 토크를 전달한다. 차례로, 실질적으로 동일한 토크가 실질적으로 동일한 속도로 회전하는 제1 및 제2 유성 캐리어(56, 76)로 전달된다. 그 결과, 동일한 유성 기어 세트(40, 42)로 인해, 제1 및 제2 링 기어(54, 74) 사이의 상대 이동이 없을 것이며, 이는 제1 및 제2 링 기어(54, 74)에 전달되는 토크 또는 거의 효과가 없음을 의미한다. 즉, 제1 링 기거(54)나 제2 링 기어(74)는 회전하지 않을 것이다. 이러한 방식으로, 구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)는 이동하지 않을 것이며 직선 전방 주행중에 손실은 이러한 방식으로 최소화된다.

입력 부재(86)가 감속 기어(88)를 직접 결합하는 것으로 도시되고 기술되어 있으나, 하나 이상의 감속 스테이지가 입력 부재(86)와 감속 기어(88) 사이에 배치될 수 있거나 또는 입력 부재(86)가 구동 부재(32)에 의해 직접 구동될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 2를 참조하면, 본원 발명의 교시에 따라 구성된 다른 차축 조립체는 대체로 도면 부호 10b로 지시된다. 차축 조립체(10b)는 본원에서 언급된 것 이외에는 대체로 도 1의 차축 조립체(10)와 유사할 수 있다. 이러한 실시예에서, 차축 조립체(10b)는 토크 벡터링 모드, 구동 모드, 및 중립 모드를 포함하는 복수의 작동 모드에서 선택적으로 작동가능한 토크 분배 구동 기구(14b)를 포함한다. 토크 분배 구동 기구(14b)는, 입력 부재(86b)가 제1 링 기어(54b)에 대하여 회전가능하고 액추에이터(150)가 토크 분배 구동 기구(14b)의 작동 상태를 제어하도록 채용된다는 점을 제외하고, 도 1의 토크 분배 구동 기구(14a)와 구조적으로 유사할 수 있다. 입력 부재(86b)는 제1 출력 부재(16) 및 제1 유성 기어 세트(40b)에 대하여 회전가능하게 장착될 수 있는 크라운 기어를 포함할 수 있다. 액추에이터(150)는 트랜스미션 입력을 형성할 수 있는 시프트 슬리브(152)를 포함할 수 있다. 시프트 슬리브(152)는 입력 부재(86b)의 정합식 치형 내부 표면(156)에 대하여 회전 불가능하지만 축방향으로 활주가능하게 결합될 수 있는 치형 외부 표면(154), 제1 링 기어(54b) 상에 형성된 상응하는 치형부(162)에 정합식으로 결합될 수 있는 제1 내부 치형부 세트(160), 및 제2 유성 캐리어(76b) 상에서 형성된 상응하는 치형부(166)에 정합식으로 결합될 수 있는 제2 내부 치형부 세트(164)를 가질 수 있다.

토크 백터링 모드에서, 시프트 슬리브(152)는 입력 부재(86b), 시프트 슬리브(152) 및 제1 링 기어(54b)가 함께 회전하도록 입력 부재(86b)를 [제1 링 기어(54b) 상의 치형부(162)에의 제1 내부 치형부(160) 세트의 결합을 통하여] 제1 링 기어(54b)에 커플링시키는 제1 위치에 위치될 수 있다. 시프트 슬리브(152)가 제1 위치에 있을 때 제2 내부 치형부(164)는 제2 유성 캐리어(76b) 상의 치형부(166)로부터 해제되는 것이 이해될 것이다. 따라서, 토크 백터링 모드에서 토크 분배 구동 기구(14b)의 작동은 토크 분배 구동 기구(14a)의 작동과 실질적으로 유사하다(도 1). 이와 관련하여, 전술된 바와 같이 구동 부재(32)는 제1 및 제2 출력 부재(16, 18) 사이의 토크 차동을 야기하도록 선택적으로 작동될 수 있다.

구동 모드에서, 구동 부재(32)에 의하여 제공된 회전 동력이 차동 캐리어(83)에 가해지고 차동 조립체(36)를 통하여 제1 및 제2 출력 부재(16, 18)에 가해지도록 시프트 슬리브(152)는 제2 유성 캐리어(76b)에 입력 부재(86b)를 [제2 내부 치형부 세트(164)와 제2 유성 캐리어(76b) 상의 치형부(166)의 결합을 통하여] 커플링 시키도록 제2 위치에 위치될 수 있다. 샤프트 슬리브(152)가 제2 위치에 있을 때, 샤프트 슬리브(152)의 제1 내부 치형부 세트(160)는 제1 링 기어(54b)의 치형부(162)로부터 해제될 수 있는 것이 이해될 것이다. 또한, 토크 분배 구동 기구(14b)가 구동 모드에서 작동될 때 구동 부재(32)에 의해 제공된 회전 동력은 차량(12)을 추진(또는 추진에 보조)하는 추진력으로 채용되는 것이 이해될 것이다.

중립 모드에서, 입력 부재(86b)가 제1 유성 기어 세트(40b), 제2 유성 기어 세트(42b), 및 차동 캐리어(83)로부터 해제되도록 시프트 슬리브(152)는 입력 부재(86b)를 제1 링 기어(54b) 및 제2 유성 캐리어(76b)로부터 커플링해제시킬 수 있다. 제공된 예시에서, 제1 및 제2 내부 치형부(160, 164)가 제1 링 기어(54b)의 치형부(162)와 제2 유성 캐리어(76b)의 치형부(166) 사이에 축방향으로 배치되고 이로부터 해제되도록 시프트 슬리브(152)는 제1 위치와 제2 위치 사이의 제 3 위치에 위치될 수 있다. 따라서, 시프트 슬리브(152)의 제3 위치에의 배치는 구동 부재(32)를 제1 유성 기어 세트(40b), 제2 유성 기어 세트(42b), 및 차동 캐리어(83)로부터 커플링해제시킨다.

도 3을 참조하면, 본원 발명의 교시에 따라 구성된 다른 차축 조립체는 대체로 도면 부호 10c로 지시된다. 차축 조립체(10c)는 본원에서 언급된 것 이외에는 대체로 도 2의 차축 조립체(10b)와 유사할 수 있다. 이러한 실시예에서, 차축 조립체(10c)는 토크 벡터링 모드, 구동 모드, 중립 모드, 및 저속 구동 모드를 포함하는 복수의 작동 모드에서 선택적으로 작동가능한 토크 분배 구동 기구(14c)를 포함한다. 토크 분배 구동 기구(14c)는, 함께 회전하기 위해 제1 및 제2 선 기어(50, 70)와 커플링되는 치형 요소(174)의 치형부(172)에 선택적으로 결합될 수 있는 제3 내부 치형부 세트(170)를 시프트 슬리브(152c)가 가질 수 있다는 점을 제외하면, 도 2의 토크 분배 구동 기구(14b)와 구조적으로 유사할 수 있다. 토크 분배 구동 기구(14c)가 토크 백터링, 구동, 및 중립 모드에서 작동될 때 제3 내부 치형부 세트(170)는 임의의 다른 구조물에 결합되지 않으며, 이와 같이, 토크 분배 구동 기구(14c)의 작동은 이러한 모드에서 도 2의 토크 분배 구동 기구의 작동과 실질적으로 유사하다.

그러나, 저속 구동 모드에서, 입력 부재(86b), 시프트 슬리브(152c), 요소(174), 및 제1 및 제2 선 기어(50, 70)가 함계 회전하도록 (요소(174) 상의 치형부(172)에의 제3 내부 치형부 세트(170)의 결합을 통하여) 입력 부재(86b)를 제1 및 제2 선 기어(50, 70)에 커플링시키도록 시프트 슬리브(152c)는 제4 위치에 위치될 수 있다. 이러한 모드에서, 제2 유성 기어 세트(42b)는 제2 유성 캐리어(76b)를 제2 선 기어(70)의 회전 속도보다 낮은 회전 속도에서 회전하게 하는 기어 감속부로 채용된다. 시프트 슬리브(152c)가 제4 위치에 있을 때 제1 및 제2 내부 치형부 세트(160, 164)는 제1 링 기어(54b)의 치형부(162) 및 제2 유성 캐리어(76b)의 치형부(166)로부터 해제된다는 것이 이해될 것이다.

토크 분배 구동 기구(14c)가 구동 모드 및 저속 구동으로 작동될 때 회전 동력이 상이한 위치에서 이중 유성 기어 세트(30b)에 가해지는 것을 당업자는 이해할 것이다. 이와 관련하여, 회전 동력은 구동 모드에서 제2 유성 캐리어(76b)에 가해지고, 저속 구동에서 제1 및 제2 선 기어(50, 70)에 가해진다. 따라서, 구동 모드와 비교하여 저속 구동에서 차동 캐리어(83)가 [구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)의 주어진 회전 속도에 대한] 더 느린 회전 속도로 회전하는 것이 이해될 것이다. 이와 관련하여, 토크 분배 구동 기구(14c)가 저속 구동으로 작동될 때 제1 및 제2 선 기어(50, 70)의 회전은 제2 유성 기어(72)의 상응하는 회전을 야기할 것이고, 이는 차례로 제2 유성 캐리어(76( 및 차동 캐리어(83)의 회전을 구동시킨다. 달리 말하면, 토크 분배 구동 기구(14c)가 저속 구동으로 작동될 때 기어 감속부는 회전 입력부[즉, 요소(174)]와 차동 캐리어(83) 사이에 배치되고, 토크 분배 구동 기구(14c)가 구동 모드로 작동될 때 어떠한 기어 감속부도 회전 입력부[즉, 제2 유성 캐리어(76b)]와 차동 캐리어(83) 사이에 배치되지 않는다.

축방향의 샤프트 슬리브(152)의 치수 및 여러 치형부 세트의 폭과 간격은 내부 치형부 세트(160, 164, 170) 중 많아야 하나가 각각 동시에 상응하는 치형부(162, 166, 172)에 결합될 수 있도록 선택될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 치형부의 정합 세트의 피치 직경은 특정 치형부가 이러한 치형부의 결합이 바람직하지 않은 다른 치형부를 넘어 활주할 수 있도록 상이하게 사이즈 설정될 수 있다. 예를 들어, 제2 내부 치형부 세트(164)가 제1 및 제2 선 기어(50, 70)에 회전가능하게 커플링된 요소(174)의 치형부(172)를 가로질러 축방향으로 통과할 수 있도록 제2 내부 치형부 세트(164)의 피치 직경은 제3 내부 치형부 세트(170)의 피치 직경보다 크다.

또한, 오직 구동 및 중립 모드에서만 작동가능한 토크 분배 구동 기구를 구성하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 토크 백터링 모드에서 반대-방향 토크와 저속 구동에서 차동 캐리어(83)에 감속 입력을 발생시키는 이중 유성 기어 세트의 기능이 요구되지 않으므로 이중 유성 기어 세트(30)는 생략될 수 있다.

이러한 상황에서, 토크 분배 구동 기구는 구동 부재, 구동 부재에 작동가능하게 커플링된 크라운 기어, 구동 모드와 중립 기어 모드 사이에서 스위치하기 위해 크라운 기어에 회전 가능하게 커플링된 스위칭 부재, 및 제1 및 제2 출력 부재에 작동가능하게 커플링된 차동부를 포함할 수 있다. 시프트 슬리브(152) 또는 다른 스위칭 부재는 차동부와 결합하도록 배열될 수 있다. 특히, 스위칭 부재는 차동부의 차동 캐리어와 결합하도록 배열될 수 있다. 또한, 스위칭 부재는 차동부로부터 커플링해제되는 위치에 배열될 수 있다.

전술한 도 2 및 도 3의 실시예와 유사하게, 스위칭 요소는 크라운 기어에 회전식으로 커플링된 시프트 슬리브를 포함할 수 있다. 또한, 스위칭 요소는 방사상으로 연장하는 치형부 구조물을 포함할 수 있으며, 이 치형부 구조물은 방사상 내측 방향으로 시프트 슬리브에 배열되고 차동 캐리어의 외부 표면상의 정합(mating) 치형부 구조물과 결합하도록 배열된다. 시프트 슬리브는 축방향으로 크라운 기어를 따라 활주할 수 있다. 시프트 슬리브가 차동장치를 향해 활주함으로써, 시프트 슬리브의 치형부 구조물은 차동 캐리어 상의 정합 치형부 구조물과 결합할 수 있다. 이러한 방식으로, 토크 분배 구동 기구는 고단 기어 모드에서 작동가능하다. 시프트 슬리브가 차동장치로부터 멀리 활주할 때, 스위칭 요소의 치형부 구조물은 차동 캐리어의 외부 표면 상의 치형부 구조물로부터 결합해제된다. 이러한 방식으로, 구동 부재가 차동장치로 어떠한 토크도 유발하지 않기 때문에, 구동 부재는 중립 기어에 있을 것이다.

이러한 구조와 관련된 장점은 모듈 방식으로 형성될 수 있다는 것이다. 즉, 이 구조는 기존 트랜스미션 내의 차동장치에 쉽게 부가될 수 있는 모듈로서 형성될 수 있다.

지난 3가지 예의 각각의 스위칭 요소 또는 시프트 슬리브는 트랜스퍼 케이스 내에 흔히 사용되는 유형의 종래의 시프트 포크 액추에이터를 포함하여 임의의 원하는 액추에이터에 의해 축방향으로 이동될 수 있다. 또한, 시프트 슬리브의 회전 속도가 시프트 슬리브가 회전식으로 커플링되는 구성요소의 회전 속도와 매칭되도록 구동 부재(32)의 작동 전에 시프트 슬리브가 구동될 수 있게 하기 위해 (예컨대, 제1 링 기어 또는 제2 유성기어 캐리어를 통해) 하나 이상의 싱크로나이저가 시프트 슬리브와 통합될 수 있다는 것도 이해될 것이다.

도 4를 참조하면, 시프트 슬리브를 병진시키기 위한 예시적 액추에이터(200)가 도시된다. 액추에이터(200)는 DC 전기 모터(210; 도 6) 또는 다른 적절한 회전식 입력 장치와 같은 구동 부재에 대한 회전 연결부(202)의 형태로 입력 부재를 갖는다. 회전 연결부(202)는 전체적으로 모터(210)에 연결된 회전 샤프트(300)을 포함한다. 또한, 액추에이터(200)는 피스톤 또는 로드 형태의 출력 부재(400)를 갖는다. 돌출부 또는 너브(500)가 로드(400)에 부착되어 있다. 로드(400)의 가이드부(600)를 따라, 로드(400)의 단면은 비원통형이다.

원통형 캠(700)은 회전 샤프트(300) 상에 배열된다. 회전 캠(700) 주위에는 캠 홈(groove, 800)이 형성되어 있다. 캠 홈(800)은 3개의 홈 부분(800a, 800b, 800c)으로 분할된다. 제1 홈 부분(800a)은 캠(700)의 종축(C)에 수직인 횡단 평면(710)에 평행한 방향으로 캠(700)의 주연부를 따라 그 주위에서 연장한다. 제2 홈 부분(800b)도 횡단 평면(710)에 평행한 방향으로 캠(700)의 주연부를 따라 그 주위에서 연장한다. 제3 홈 부분(800c)은 제1 홈 부분(800a)과 제2 홈 부분(800b) 사이에서 캠(700)의 주연부를 따라 그 주위에서 연장하고, 횡단 평면에 대해 0°보다 큰 각도를 형성하는 방향으로 연장한다. 따라서, 제1 및 제2 홈 부분(800a, 800b)은 경사지지 않고, 즉 이들 각각은 캠(700)의 축방향으로 그리고 횡단 평면(702)에 대해 제로 슬로프를 갖는 반면, 제3 홈 부분(800c)은 기울어지고 캠(700)의 종축(C)을 따라 연장한다.

제1 플랜지(900) 및 제2 플랜지(901)는 원통형 캠(700)의 각 측면에 하나씩 배열된다. 제1 플랜지(900) 내의 제1 관통-구멍(911) 및 제2 플랜지(901) 내의 제2 관통-구멍(921)은 로드(400)에 대한 가이드를 형성한다. 제2 관통-구멍(921)은 로드(400)의 가이드부(600)의 단면에 매칭되는 비원형 단면의 통로를 형성한다. 제1 플랜지(900)의 제3 관통-구멍(931) 및 제2 플랜지(901)의 제4 관통-구멍(941)은 개별 저널 베어링(951, 961)에 의해 회전 지지되는 회전 샤프트(300)의 개별 단부를 각각 수용하도록 배열된다. 4개의 이격 또는 스페이서 요소(971)가 플랜지들(900, 901) 사이에 놓이도록 배열된다.

도 5는 액추에이터(200)의 부품들이 어떻게 조립되는지를 도시한다. 특히, 너브(500)가 캠 홈(800) 내부에 피팅되는 것을 볼 수 있다. 원통형 캠(700)이 모터(210)에 의해 회전됨에 따라, 너브(500)는 홈(800)을 따르도록 가압된다. 너브(500)가 제1 홈(800a)으로부터 제3 홈 부분(800c)을 통해 제2 홈 부분(800b)으로 축방향으로 이동할 때, 로드는 직선 방향(L)으로 변위된다. 따라서, 회전 방향(R)으로의 원통형 캠(700)의 이동은 직선 방향(L)으로의 선형 변위로 전환된다.

너브(500)가 제로 슬로프를 갖는 제1 홈 부분(800a) 내에 배치될 때, 홈과 로드 사이의 각도는 90°이다. 따라서, 너브(500)에 가해지는 축방향 또는 직선방향 힘은 없을 것이며, 로드(400)는 여전히 제 위치를 유지할 것이다. 제1 홈 부분(800a)은 로드(400)에 작동식으로 커플링되는 스위치(810)의 제1 위치에 대응한다. 이러한 제1 위치에서, 스위치(810)는 토크 분배 구동 기구(14b; 도 2)가 구동 모드에서 동작할 수 있도록 시프트 슬리브(152; 도 2)가 제3 위치에 배치될 수 있는 것을 보장한다.

모터(210)가 시동되면, 원통형 캠(700)은 회전 방향(R)으로 회전하고, 너브(500)는 제1 홈 부분(800a)으로부터 경사진 제3 홈 부분(800c)을 따라 제2 홈 부분(800b)으로 이동되고, 이에 따라 로드(400)가 직선 방향(L)으로 이동한다. 제2 홈 부분(800b)이 제로 슬로프를 갖기 때문에, 일단 모터(210)가 정지하면 너브(500)에 가해지는 축방향 또는 직선방향 힘은 없을 것이고, 로드(400)는 여전히 제 위치를 유지할 것이다. 따라서, 로드(400)는 이동을 멈출 것이고, 스위치(810)는 제2 위치에서 유지될 것이다. 이러한 제2 위치에서, 스위치는 토크 분배 구동 기구(14b; 도 2)가 토크 벡터링 모드에서 동작할 수 있도록 시프트 슬리브(152; 도 2)가 제1 위치에 배치될 수 있는 것을 보장한다.

당업자는 첨부된 특허청구범위에 규정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본원에 설명된 실시예들의 다양한 개조가 가능함을 이해할 것이다.

예를 들어, 액추에이터(200)는 위에서 모터 차량(12)의 토크 분배 기구의 맥락으로 설명되었지만, 이러한 액추에이터는 다른 구조에서도 동등하게 유용하다. 액추에이터는 예컨대 로크 기구에서 사용될 수 있으며, 상이한 모드들은 로킹 상태 및 언로킹 상태에 대응한다. 일반적으로, 전술한 유형의 액추에이터는 한 부품이 신속하게 정교함을 갖추어 선형으로 변위되고, 그 변위가 회전 출력을 제공하는 구동 부재에 의해 구동되는 임의의 맥락에 사용될 수 있다.

전술한 예시적인 실시예에서, 홈(800)은 경사가 없는 2개의 홈 부분(800a, 800c)을 갖는다. 본질적으로, 2개보다 많은 비경사형 홈 부분이 캠(700)에 형성될 수 있으며, 각각의 비경사형 홈 부분은 로드, 예컨대 스위치에 연결되는 부품의 위치에 대응한다. 따라서, 토크 분배 구동 기구에서, 3개의 비경사형 홈 부분, 및 비경사형 홈 부분들을 연결하는 2개의 경사형 홈 부분을 갖는 홈이 추진 모드, 토크 벡터링 모드, 및 중립 기어 모드와 같은 3개의 상이한 기어 모드에 대응할 수 있다.

도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 구성된 다른 차 조립체(10d)가 도시된다. 차축 조립체(10d)는 언급된 것 이외에는 도 1의 토크 분배 구동 기구(14a)와 유사할 수 있는 토크 분배 구동 기구(14d)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 1에 제시된 도면 부호들은 도 7 내지 도 10의 대응 요소들을 지시하는 것으로 제시될 것이다.

도 1(구동 부재(32) 및 감속 기어(88)는 차동 캐리어(83) 및 제1 유성 캐리어(56)의 회전축들에 평행한 회전축을 중심으로 배열됨)에 사용된 구동 부재(32) 및 감속 기어(88) 대신, 도 7 내지 도 10의 예는 차동 캐리어(83)와 제1 유성 캐리어(56)의 회전축(85)들에 수직인 회전축(1300)을 중심으로 배열된 구동 부재(32d) 및 감속 기어(88d)를 사용한다. 예로서, 회전축(1300)은 엔진(120)(또는 전기나 유압 모터 같은 회전 동력을 제공하는 다른 수단)의 회전축(1304)과 차동 캐리어(83) 및 제1 유성 캐리어(56)의 회전축(85)들에 직교할 수 있다. 엔진(120)은 종래의 방식으로 차동 캐리어(83)에 커플링될 수 있는 링 기어(1308)와 맞물리는 입력 피니언(1306)을 구동할 수 있다(예를 들어, 프롭샤프트(미도시)를 통해).

이러한 방식의 토크 분배 구동 기구(14d)의 구성은 차량 내에 토크 분배 구동 기구를 패키징하기 위한 공간이 제한되어 있는 일부 상황에서 유리할 수 있다.

구동 부재(32d)는 AC 전기 모터 또는 DC 전기 모터 같은 임의의 유형의 모터일 수 있고, 감속 기어(88d)가 회전가능하게 결합될 수 있는 출력 샤프트(37d-1)를 가질 수 있다.

감속 기어(88d)는 워엄 기어(1314)와 맞물림 결합될 수 있는 워엄(1312)일 수 있다. 워엄 기어(1314)는 제1 링 기어(54d)에 회전가능하게 결합될 수 있다(예를 들어, 제1 링 기어(54d)의 외부 표면 상에 형성됨). 워엄(1312) 및 워엄 기어(1314)는 비교적 크기가 작지만 그럼에도불구하고 비교적 큰 기어 감속비를 제공한다. 결과적으로, 구동 부재(32d)는 비교적 고속, 저 토크 출력을 제공하도록 구성될 수 있으며, 이 때문에, 도 1의 구동 부재(32) 보다 직경이 상대적으로 작을 수 있다.

필요시, 워엄(1312) 및 워엄 기어(1314)는 구동 부재(32d)가 활성적으로 동력을 공급받고 있지 않은 상태일 때 자체 로킹되어 차동 조립체(36d)를 효과적으로 로킹함으로써 제1 및 제2 출력 부재(16, 18) 사이의 속도 차등화를 억제하도록 구성될 수 있다. 이에 관하여, 워엄(1312)과 워엄 기어(1314)의 로킹은 제1 링 기어(54d)의 회전을 억제한다. 제2 유성 캐리어(76d) 및 차동 캐리어(83)가 회전하도록 결합되기 때문에, (입력 피니언(1306)의 회전으로부터 초래되는 차동 링 기어(1308)의 회전을 통한) 차동 캐리어(83)의 회전은 제2 유성 캐리어(76d)에 회전 입력을 제공할 수 있고, 이는 제2 유성 기어 세트(42)의 제2 유성 기어(72)가 제2 링 기어(74) 내에서 회전하고 제2 선 기어(70)를 회전시킬 수 있게 한다. 제2 선 기어(70)의 회전은 제1 선 기어(50)의 회전을 유발함으로써 제1 유성 기어 세트(40)의 제1 유성 기어(52)의 회전을 유발하고, 이는 순차적으로 제1 유성 캐리어(56)가 회전하게 한다. 제1 유성 캐리어(56)가 제1 출력 부재(16)에 결합되어 있고, 제1 및 제2 유성 기어 세트(40, 42)가 동일한 기어 감속비를 가지기 때문에, 제1 및 제2 유성 캐리어(56, 76)는 동일한 속도로(즉, 차동 캐리어(83)가 회전하는 속도로) 회전한다. 이 때문에, 제1 출력 부재(16)는 차동 캐리어(83)에 대해 회전할 수 없으며, 그래서, 차동 기어 세트(104)는 차동 캐리어(83)에 로킹된다.

자체 로킹되는 워엄(1312) 및 워엄 기어(1314)를 위해, 워엄 기어(1314)는 워엄(1312)을 "역구동"할 수 없다. 본 기술 분야의 숙련자가 인지할 수 있는 바와 같이, 워엄(1312) 및 워엄 기어(1314)의 로킹 기능은 리드 각도, 압력 각도 및 마찰 계수를 포함하는 다수의 인자에 의존하지만, 때때로, 분석은 마찰 계수와 리드 각도의 탄젠트를 포함하는 대략적 근사치로 감소될 수 있다(즉, 리드 각도의 탄젠트 < 마찰 계수인 경우 자체 로킹).

특히 도 7 및 도 10을 참조하면, 이중 유성 기어 세트(30) 및 감속 기어(88d)는 하우징(1340) 내에 수납될 수 있고, 하우징은 체결구의 세트(미도시)를 통해 서로 고정 커플링되는 제1 하우징 외피(1342) 및 제2 하우징 외피(1344)를 포함할 수 있다. 구동 부재(32d)는 제1 하우징 외피(1342) 상에 형성된 플랜지(1348)에 장착될 수 있다. 밀봉부(1352)는 하우징(1340)과 제1 출력 부재(16) 사이 및 차동 캐리어(83)에 회전가능하게 결합된 제2 유성 캐리어(76d)의 부분과 하우징(1340) 사이의 계면을 밀봉하기 위해 사용될 수 있다. 추가적으로, 밀봉부(1354)는 하우징(1356) 내에 수용될 수 있고, 차동 캐리어(83)가 차동 캐리어(83)에 회전가능하게 커플링된 제2 유성 캐리어(76d)의 부분과 하우징(1356) 사이의 계면을 밀봉하도록 배치된다.

도면 중 도 11 및 도 12에서, 본 발명의 교지에 따라 구성된 다른 차축 조립체(10e)의 부분이 예시되어 있다. 차축 조립체(10e)는 구동 부재(32e) 및 클러치 기구(2000)가 협력하여 추진력을 위해 차동 조립체(36e)에 의해 사용되는 회전 동력이나 제1 및 제2 출력 부재(16e, 18e)의 토크 벡터링 제어를 위해 이중 유성 기어 세트(30)를 위한 회전 동력을 교번적으로 제공한다는 것을 제외하면 도 7의 구동 기구(14d)와 다소 유사할 수 있는 토크 분배 구동 기구(14e)를 포함할 수 있다.

구동 기구(32e)는 DC 전기 모터(2004) 같은 임의의 유형의 모터를 포함할 수 있고, 감속 구동부(2010)에 회전 동력을 제공하도록 선택적으로 동작될 수 있는 출력 샤프트(2006)를 구비할 수 있다. 감속 구동부(2010)는 출력 샤프트(2006)에 그와 함께 회전하도록 장착될 수 있는 제1 피니언 기어(2012)와 중간 샤프트(2016)에 그와 함께 회전하도록 장착될 수 있는 제2 피니언 기어(2014)를 포함할 수 있다. 중간 샤프트(2016)는 그를 중심으로 모터(2004)의 출력 샤프트(2006)가 회전하는 출력 샤프트 축(2022)에 대체로 평행한 중간 축(2020)을 따라 배치될 수 있다. 중간 축(2020) 및 출력 샤프트 축(2022)은 축(2024)에 평행할 수 있으며, 이 축(2024)을 중심으로 차동 조립체(36e) 및 제1 및 제2 출력 부재(16e, 18e)가 회전한다. 제공된 특정 예에서, 중간 축(2020), 출력 샤프트 축(2022) 및 축(2024)은 공통 평면에 배치되지만, 중간 축(2024) 및 출력 샤프트 축(2022) 중 하나 또는 양자 모두가 다르게 위치될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 축(2020, 2022, 2024) 중 하나가 공통 평면 내에 배치되지 않도록 하나 이상이 축(2024)으로부터 이격될 수 있다는 것을 알 수 있다. 감속 구동부(2010)는 단일 쌍의 기어를 갖는 것으로 예시 및 설명되었지만, 감속 구동부는 대안적으로 제1 피니언 기어(2012)와 제2 피니언 기어(2014) 사이의 기어 트레인 내에 배치된 추가적 기어를 포함할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

특히, 도 12를 참조하면, 중간 샤프트(2016)는 제1 저널 부분(2030), 제2 저널 부분(2032) 및 구동 부분(2034)을 가질 수 있으며, 구동 부분은 제1 저널 부분(2030)과 제2 저널 부분(2032) 사이에 배치될 수 있다. 구동 부분(2034)은 구동 부재(2038) 상에 형성될 수 있는 복수의 내부 스플라인 또는 치형부에 맞물림 결합될 수 있는 복수의 외부 스플라인 또는 치형부를 가질 수 있다. 제1 중간 출력 기어(2040)는 제1 저널 부분(2030) 상에 회전가능하게 수용될 수 있고, 제2 중간 출력 기어(2042)는 제2 저널 부분(2032) 상에 회전가능하게 수용될 수 있다. 베어링(2050, 2052)은 각각 제1 및 제2 저널 부분(2030, 2032)과 제1 및 제2 중간 출력 기어(2040, 2042) 사이에 수용될 수 있다. 추력 베어링(2054)이 다양한 위치에서 중간 샤프트(2016)의 길이를 따라 배치되어 구동 부재(2038)와 제1 및 제2 중간 출력 기어(2040, 2042) 사이의 상대 회전을 촉진하는 것을 도울 수 있다.

제1 중간 출력 기어(2040)는 차동 조립체(36e)의 링 기어(1308e)에 맞물림 결합될 수 있다. 링 기어(1308e)가 공통 회전을 위해 차동 캐리어(83e)에 고정 결합되기 때문에, 제1 중간 출력 기어(2040)의 회전은 링 기어(1308e) 및 차동 캐리어(83e)의 대응 회전을 유발할 수 있고, 차동 캐리어(83e)의 회전은 유사하게 제1 중간 출력 기어(2040)의 대응 회전을 유발할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 제2 중간 출력 기어(2042)는 제1 링 기어(54e) 상에 형성된 입력 기어(1314e)에 맞물림 결합될 수 있다. 따라서, 제2 중간 출력 기어(2042)는 입력 기어(1314e) 및 제1 링 기어(54e)의 대응 회전을 유발할 수 있다.

중립 상태(도시), 추진 모드 또는 토크 벡터링 모드에 있는 토크 분배 구동 기구(14e)의 작동을 제어하기 위해 클러치 기구(2000)가 채용될 수 있다. 클러치 기구(2000)는 구동 부재(2038) 상에 형성된 외부 치형부의 세트에 치합식으로 결합될 수 있는 내부 치형부의 세트를 갖는 클러치 칼라(2060)를 포함할 수 있다. 따라서, 중간 샤프트(2016)의 회전은 클러치 칼라(2060)의 대응 회전을 야기할 것이다. 제1 클러치 치형부 세트(2070)는 제1 중간 출력 기어(2040) 상에 형성될 수 있고, 제2 클러치 치형부 세트(2072)는 제2 중간 출력 기어(2042) 상에 형성될 수 있다. [제1 중간 출력 기어(2040)를 공통 회전을 위해 중간 샤프트(2016)에 커플링하기 위해] 클러치 칼라(2060) 상에 형성된 내부 치형부 세트가 제1 세트의 클러치 치형부(2070)와 결합하도록, 또는 [제2 중간 출력 기어(2042)를 공통 회전을 위해 중간 샤프트(2016)에 커플링하기 위해] 클러치 칼라(2060) 상에 형성된 내부 치형부 세트가 제2 클러치 치형부 세트(2072)와 결합하도록, 또는 [제1 중간 출력 기어(2040)와 제2 중간 출력 기어(2042) 모두 그와 함께 회전을 위해 중간 샤프트(2016)에 커플링되지 않도록] 클러치 칼라(2060) 상에 형성된 내부 치형부 세트가 제1 클러치 치형부 세트(2070) 및 제2 클러치 치형부 세트(2072)와 결합하지 않도록, 클러치 칼라(2060)는 중간축(2020)을 따라 축방향으로 이동될 수 있다.

중간축(2020)을 따라 클러치 칼라(2060)를 축방향으로 이동시키기 위해 임의의 유형의 액츄에이터가 채용될 수 있다. 제공된 특정 예에서, 클러치 칼라(2060)의 축방향 위치를 제어하기 위해 클러치 포크(2090)가 채용된다.

제1 모드(즉, 추진 모드)의 클러치 기구(2000)의 작동은 제1 중간 출력 기어(2040)를 [클러치 칼라(2060)를 통해] 중간 샤프트(2016)에 커플링시켜 차동 조립체(36e)의 링 기어(1308e)를 구동시킬 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 링 기어(1308)의 회전은 출력축(2024) 중심의 회전을 위해 차동 캐리어(83e)와 크로스핀(110)을 구동시킨다. 피니언 기어(112)는 크로스핀(110) 상에 회전식으로 배치되고, 제1 사이드 기어(100) 및 제2 사이드 기어(102)와 맞물림 결합된다. 제1 사이드 기어(100)는 제1 출력 부재(16e)에 구동식으로 결합되고, 제2 사이드 기어(102)는 제2 출력 부재(18e)에 구동식으로 결합된다. 이 모드에서, 이중 유성 기어세트(30)는 차동 조립체(36e)의 작동에 영향을 주지 않아, 차동 조립체(36e)는 표준 개방 차동 조립체의 방식으로 제1 출력 부재(16e) 및 제2 출력 부재(18e)에 회전 동력을 제공한다.

제2 모드(즉, 토크 벡터링 모드)에서 클러치 기구(2000)의 작동은 제2 중간 출력 기어(2042)를 [클러치 칼라(2060)를 통해] 중간 샤프트(2016)에 커플링시켜 이중 유성 기어세트(30)의 입력 기어(1314e)와 제1 링 기어(54e)를 구동시킬 수 있다. 이 실시예에서, 회전 동력은 제1 유성 기어세트(40e)로부터 [제1 유성 캐리어(56e)를 통한] 차동 캐리어(83e)로의 출력이고, 회전 동력은 제2 유성 기어세트(42e)로부터 [제2 유성 캐리어(76e)를 통한] 제2 출력 부재(18e)로의 출력이다. 제2 출력 부재(18e)는 제2 사이드 기어(102)에 비회전식으로 커플링됨에 따라, 제2 유성 캐리어(76e)는 제2 사이드 기어(102)에 또한 구동식으로 커플링되는 것이 이해될 것이다. 당해 기술분야의 숙련자들은 본 개시내용으로부터 이중 유성 트랜스미션(30)이 제1 출력 부재(16e)와 제2 출력 부재(18e) 상에 동일하지만 대향인 토크 차이를 부과하기 위해 채용될 수 있고, 모터(2004)가 작동되는 방향에 따라 출력 부재들 중 소정의 하나에 가해지는 토크의 양이 달라지는 것을 이해할 것이다.

상기 설명은 본래 단지 예시적인 것으로 본 개시내용, 응용 또는 이용을 한정하는 것을 의도하는 것이 아님이 이해될 것이다. 구체적인 예들이 상세한 설명에서 설명되고 도면에 도시되었지만, 당해 기술분야의 숙련자에 의해 특허청구범위에서 정의된 본 개시내용의 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경이 이루어질 수 있으며 등가물이 그 요소를 치환할 수 있음이 이해될 것이다. 게다가, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않았을지라도 다양한 예들 사이의 특징, 요소 및/또는 기능의 혼합과 일치가 본원에서 명확히 고려되어, 당해 기술분야의 보통의 숙련자는 본 개시내용으로부터 일 예의 특징, 요소 및/또는 기능이 달리 상술되지 않으면 또 다른 예에 포함되는 것을 이해할 것이다. 게다가, 본 발명의 기본적인 범주를 벗어나지 않고 본 개시내용의 사상의 특정 상황 또는 재료를 구성하기 위해 많은 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 본 개시내용의 사상을 실행하기 위한 최적 모드로서 본원에서 고려된, 도면에 도시되고 상세한 설명에서 설명된 특정 예에 한정되지 않고, 본 개시내용의 범주는 상기 설명과 첨부된 특허청구범위 내에 포함되는 모든 실시예를 포함하는 것으로 의도된다

Claims (9)

1. 출력 샤프트를 갖고 출력 샤프트 축을 따라 배치된 모터와,
   차동 캐리어 및 제1 및 제2 차동 출력부를 갖는 차동 조립체로서, 제1 및 제2 차동 출력부는 출력 축을 중심으로 회전 가능한 차동 캐리어 내에 수용되는, 차동 조립체와,
   하우징과,
   하우징 내에 수용되는 트랜스미션과,
   출력 샤프트에 장착되는 제1 피니언 기어와,
   제1 피니언 기어에 치합식으로 결합되는 제2 피니언 기어와,
   제2 피니언 기어에 의해 구동되는 중간 샤프트와,
   중간 샤프트에 장착되는 중간 출력 기어와,
   중간 출력 기어에 맞물리는 입력 기어를 포함하는 차축 조립체이며,
   상기 트랜스미션은 제1 및 제2 유성 기어세트를 갖고, 제1 유성 기어세트는 제1 링 기어, 제1 유성 캐리어 및 제1 선 기어를 갖고, 제1 유성 캐리어는 공통 회전을 위해 차동 캐리어에 커플링되고, 제2 유성 기어세트는 제2 링 기어, 제2 유성 캐리어 및 제2 선 기어를 갖고, 제2 링 기어는 하우징에 회전 불가능하게 커플링되고, 제2 유성 캐리어는 공통 회전을 위해 제2 차동 출력부에 커플링되고, 제2 선 기어는 공통 회전을 위해 제1 선 기어에 커플링되는, 차축 조립체.
2. 제1항에 있어서, 제1 피니언 기어 및 입력 기어는 출력 축에 평행한 일치하지 않는 각각의 회전 축을 중심으로 회전하도록 배치되는, 차축 조립체.
3. 제2항에 있어서, 제1 피니언 기어 및 입력 기어의 회전축 및 출력 축은 공통 평면 내에 배치되는, 차축 조립체.
4. 제1항에 있어서, 클러치 기구를 더 포함하고, 상기 클러치 기구는 또 다른 중간 출력 기어가 중간 샤프트에 커플링되는 제1 모드에서 작동 가능하고, 상기 또 다른 중간 출력 기어는 공통 회전을 위해 차동 캐리어에 커플링되는 차동 링 기어와 함께 맞물리는, 차축 조립체.
5. 제4항에 있어서, 클러치 기구는 중간 출력 기어가 중간 샤프트에 커플링되는 제2 모드에서 작동 가능한, 차축 조립체.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서, 클러치 기구는 중간 샤프트에 축방향으로 활주 가능하지만 회전 불가능하게 커플링되는 클러치 칼라(collar)를 포함하는, 차축 조립체.
8. 제7항에 있어서, 클러치 기구가 제1 모드에 있을 때, 클러치 칼라 상의 치형부 세트는 상기 또 다른 중간 출력 기어 상의 치형부 세트와 정합 결합되는, 차축 조립체.
9. 제7항에 있어서, 클러치 기구가 제2 모드에 있을 때, 클러치 칼라 상의 치형부 세트는 상기 중간 출력 기어 상의 치형부 세트와 정합 결합되는, 차축 조립체.

Images