KR101666867B1 - Ｐｔｕ용 액츄에이터 - Google Patents

Ｐｔｕ용 액츄에이터 Download PDF

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이규원
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현대위아 주식회사
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Abstract

본 발명은 PTU용 액츄에이터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 러그로부터 전달된 동력을 흡수한 후, 흡수한 동력으로 포크를 이동시키는 웨이팅 댐퍼(waiting damper)를 구비함으로써, 전륜, 후륜간의 전환속도 제어가 용이하고, 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트 간의 회전속도 차이에 의해 발생되는 블로킹(blocking)현상을 방지할 수 있는 PTU용 액츄에이터에 관한 것이다.

Description

ＰＴＵ용 액츄에이터{actuator for power take-off unit}
본 발명은 PTU용 액츄에이터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 러그로부터 전달된 동력을 흡수한 후, 흡수한 동력으로 포크를 이동시키는 웨이팅 댐퍼(waiting damper)를 구비함으로써, 전륜, 후륜간의 전환속도 제어가 용이하고, 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트 간의 회전속도 차이에 의해 발생되는 블로킹(blocking)현상을 방지할 수 있는 PTU용 액츄에이터에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 4륜 구동장치는 엔진과, 주행 상태에 따라 기어비의 변화를 주기 위한 변속기와, 상기 변속기를 통해 엔진의 동력을 전달받는 인풋샤프트와, 상기 인풋샤프프를 통해 전달되는 동력이 아웃풋 샤프트에 전달되게 하거나 차단시키는 동력절환장치(PTU, power take-off unit)로 구비된다.
종래의 동력절환 장치는 한국등록특허 제10-1076074호, 단일 액츄에이터 구동형 트랜스퍼 케이스에 개시된 바와 같이, 다판 클러치 타입으로 동력을 절환시키는 구조를 갖는다.
이와 같이, 다판 클러치 타입의 동력 절환 장치는 구동모터로부터 회전 동력을 전달받는 인풋 샤프트와, 상기 인풋 샤프트의 원주면으로 겹겹으로 형성된 외측마찰판과 내측 마찰판, 필요에 따라 상기 외측마찰판과 내측마찰판이 밀착되도록 압력을 가하고, 아웃풋 샤프트로 동력이 전달되게 하는 압력판을 포함하여 이루어진다.
하지만, 다판 클러치 타입의 동력 절환 장치는 다판클러치를 이용하여 동력을 전달하기 때문에 다판클러치 내부에 있는 마찰 플레이트간의 슬립으로 인한 구동력 손실이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
한편, 종래의 디스커넥터 타입의 동력 절환 장치는 모터의 구동력에 의해 수평방향으로 왕복 직선 운동하는 러그, 상기 러그에 설치되어, 상기 러그와 함께 이동하여, 서로 다른 샤프트 간에 구동력이 전달되게 하거나 차단시키는 포크를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 디스커넥터 타입의 동력 절환 장치는, 구동력 손실을 상대적으로 줄일 수 있는 효과는 있으나, 전륜 후륜간의 전환속도를 제어할 수 없으며, 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트가 각각 서로 다른 회전속도로 회전되고 있으므로, 포크에 결합된 슬리브가 상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트 간에 체결될 때에 블로킹 현상이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다판클러치가 아닌 디스커넥터 방식을 활용함으로써, 마찰 플레이트간의 슬립으로 인한 구동력 손실을 방지할 수 있는 PTU용 액츄에이터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 러그로부터 전달된 동력을 흡수한 후, 흡수한 동력으로 포크를 이동시키는 웨이팅 댐퍼(waiting damper)를 구비함으로써, 전륜, 후륜간의 전환속도 제어가 용이하고, 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트 간의 회전속도 차이에 의해 발생되는 블로킹(blocking)현상을 방지할 수 있는 PTU용 액츄에이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 회전동력을 발생시키는 모터; 상기 모터의 회전에 의해 수평방향으로 왕복 직선운동하는 러그; 상기 러그 상에서 수평방향으로 왕복 이동하여, 두개의 샤프트 간에 구동력이 전달되게 하거나 차단하는 포크; 상기 포크의 내부에 수용되고, 상기 러그로부터 전달된 동력을 흡수한 후, 흡수한 동력으로 상기 포크를 이동시키는 웨이팅 댐퍼(waiting damper);를 포함하는 PTU(power take-off unit)용 액츄에이터를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 웨이팅 댐퍼는 상기 러그 상에서 수평 이동 가능하도록 구비되되, 상기 포크의 외부로 이탈되지 않도록 구비되는 제1 스프링 슬리브; 상기 제1 스프링 슬리브와 이격되어, 상기 러그 상에서 수평 이동이 가능하도록 구비되되, 상기 포크의 외부로 이탈되지 않도록 구비되는 제2 스프링 슬리브; 상기 제1 스프링 슬리브와 상기 제2 스프링 슬리브 사이에 구비되어, 상기 제1 스프링 슬리브와 상기 제2 스프링 슬리브가 서로 반대 방향으로 탄성을 갖게 하는 웨이팅 스프링;을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 포크에 연결된 슬리브가 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트를 체결할 때에는, 상기 러그와 상기 제1 스프링 슬리브가 상기 인풋 샤프트 방향으로 이동하여, 상기 웨이팅 스프링이 수축되고, 수축된 상기 웨이팅 스프링의 탄성력에 의해 상기 제2 스프링 슬리브가 상기 포크를 상기 인풋 샤프트 방향으로 민다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 포크에 연결된 슬리브가 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트의 체결을 해제할 때에는, 상기 러그와 상기 제2 스프링 슬리브가 상기 아웃풋 샤프트 방향으로 이동하여, 상기 웨이팅 스프링이 수축되고, 수축된 상기 웨이팅 스프링의 탄성력에 의해 상기 제1 스프링 슬리브가 상기 포크를 상기 아웃풋 샤프트 방향으로 민다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 포크에 설치되어, 상기 제1 스프링 슬리브를 상기 포크의 외측에서 내측방향으로 지지하는 제1 스냅링; 및 상기 러그에 설치되어, 상기 제2 스프링 슬리브를 상기 포크의 외측에서 내측방향으로 지지하는 제2 스냅링;을 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 모터와 연결되어, 상기 모터에 의해 회전되는 웜휠; 상기 웜휠과 연결되어, 상기 웜휠에 의해 회전하여, 상기 러그를 수평방향으로 직선 왕복운동하게 하는 볼 스크류;를 더 포함한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 PTU용 액츄에이터가 구비된 전륜형 4륜 구동장치를 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 PTU용 액츄에이터에 의하면, 다판클러치가 아닌 디스커넥터 방식을 활용함으로써, 마찰 플레이트간의 슬립으로 인한 구동력 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 PTU용 액츄에이터에 의하면, 러그로부터 전달된 동력을 흡수한 후, 흡수한 동력으로 포크를 이동시키는 웨이팅 댐퍼(waiting damper)를 구비함으로써, 전륜, 후륜간의 전환속도 제어가 용이하고, 인풋 샤프트와 아웃풋 샤프트 간의 회전속도 차이에 의해 발생되는 블로킹(blocking)현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PTU용 액츄에이터를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 슬리브가 결합된 PTU용 액츄에이터를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PTU용 액츄에이터의 구동원리를 설명하는 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 PTU(power take-off unit)용 액츄에이터는 서로 다른 샤프트 간에 구동력이 전달되게 하거나 차단시키는 동력절환장치로서, 모터(110), 러그(120), 포크(130) 및 웨이팅 댐퍼(waiting damper, 140)을 포함하여 이루어진다.
상기 모터(110)는 회전동력을 발생시키는 장치이다.
또한, 상기 모터(110)는 전기 모터 이외에 유압 또는 공압에 의해 아래의 러그를 구동할 수 있는 액추에이터를 포함하는 광의의 개념이다.
상기 러그(120)는 상기 모터(110)의 회전에 의해 수평방향으로 왕복운동하는 수단이다.
상기 포크(130)는 상기 러그(120) 상에서 수평방향으로 왕복 이동될 수 있도록 설치되어, 서로 다른 두 개의 샤프트, 다시 말해 인풋 샤프트(a)와 아웃풋 샤프트(b) 간에 구동력이 전달되게 하거나, 차단하는 수단이다.
즉, 상기 포크(130)는 슬리브(190)와 연결되며, 상기 슬리브(190)의 내측 기어와 상기 인풋 샤프트(a)와 아웃풋 샤프트(b)의 외측 기어가 서로 맞물려 구동력이 전달되게 하거나, 차단되게 한다.
상기 웨이팅 댐퍼(140)는 상기 러그(120)로부터 전달된 동력을 흡수한 후, 흡수한 동력으로 상기 포크(130)를 이동시키는 완충 수단이며, 상기 포크(130)의 내부에 수용된다.
이는 상기 웨이팅 댐퍼(140)가 상기 인풋 샤프트(a)와 상기 아웃풋 샤프트(b) 간에 구동력이 전달되게 할 때, 상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트 간의 회전속도 차이에 의해 상기 슬리브(190)와 샤프트간의 기어가 맞물리지 않는 블로킹(blocking)현상을 방지할 수 있게 한다.
또한, 상기 웨이팅 댐퍼(140)는 제1 스프링 슬리브(141), 제2 스프링 슬리브(142) 및 웨이팅 스프링(143)을 포함하여 구비될 수 있다.
여기서, 상기 제1 스프링 슬리브(141)는 상기 러그(120) 상에서 수평 이동가능하도록 구비된다.
또한, 상기 제1 스프링 슬리브(141)는 상기 러그(120)가 인풋 샤프트 방향으로 이동될 때 함께 이동해야 하므로, 상기 러그(120)에 삽입되어 상기 러그(120)에 걸리도록 구비된다.
또한, 상기 제1 스프링 슬리브(141)는 상기 포크(130)의 외부로 이탈되지 않도록 구비된다.
예를 들면, 상기 포크(130)에 설치되어, 상기 제1 스프링 슬리브(141)를 상기 포크(130)의 외측에서 내측 방향으로 지지하는 제1 스냅링(170)이 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 제2 스프링 슬리브(142)는 상기 제1 스프링 슬리브(141)와 소정 간격 이격되어, 상기 러그(120) 상에서 수평 이동이 가능하도록 구비된다.
또한, 상기 제2 스프링 슬리브(142)는 상기 러그(120)가 아웃풋 샤프트 방향으로 이동될 때 함께 이동해야 한다.
이에 따라, 상기 러그(120)에 설치되고, 상기 제2 스프링 슬리브(142)를 상기 포크의 외측에서 내측방향으로 지지하는 제2 스냅링(180)이 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 제2 스프링 슬리브(142)는 상기 포크(130)의 외부로 이탈되지 않도록 구비된다.
예를 들면, 상기 제2 스프링 슬리브(142)는 상기 포크(130)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 포크(130)에 걸리는 구조로 구비될 수 있다.
또한, 상기 웨이팅 스프링(143)은 상기 제1 스프링 슬리브(141)와 상기 제2 스프링 슬리브(142) 사이에 구비된다.
즉, 상기 웨이팅 스프링(143)은 상기 제1 스프링 슬리브(141)와 상기 제2 스프링 슬리브(142)가 서로 반대 방향으로 탄성을 갖도록 구비된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 PTU용 액츄에이터는 상기 모터(110)에 의해 발생되는 회전동력을 수평동력으로 변경시키기 위해서는, 상기 모터(110)와 상기 러그(120) 사이에 웜휠(150) 및 볼 스크류(160)가 더 구비될 수 있다.
상기 웜휠(150)은 상기 모터(110)와 맞물리도록 연결되어, 상기 모터(110)에 의해 회전되는 휠이다.
상기 볼 스크류(160)는 상기 웜휠(150)과 연결되고, 상기 웜휠(150)에 의해 회전하여, 상기 러그(120)를 수평방향으로 직선 왕복 운동하게 하는 스크류이다.
한편, 하기에서는 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 PTU(power take-off unit)용 액츄에이터의 동작 원리를 보다 자세하게 설명하기로 한다.
상기 포크(130)에 연결된 슬리브(190)가 상기 인풋 샤프트(a)와 아웃풋 샤프트(b)를 체결할 때에는, 먼저, 모터(110)의 회전에 의해 상기 러그(120)와 상기 제1 스프링 슬리브(141)가 상기 인풋 샤프트 방향으로 이동하게 된다.
이때, 상기 러그(120)와 상기 제1 스프링 슬리브(141)가 상기 인풋 샤프트 방향으로 이동하게 되므로, 상기 웨이팅 스프링(143)은 수축되게 된다.
즉, 상기 포크(130)에 연결된 슬리브(190)가 서로 다른 회전속도로 회전하는 인풋 샤프트(a)와 아웃풋 샤프트(b)와의 맞물림이 일치하지 않을 때에는, 상기 웨이팅 스프링(143)이 상기 러그(120)로부터 전달된 동력을 흡수함으로써, 브로킹 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이후, 상기 슬리브(190)가 상기 인풋 샤프트(a)와 상기 아웃풋 샤프트(b)와 맞물리는 상황일 때에는, 수축된 상기 웨이팅 스프링(143)의 탄성력에 의해 상기 제2 스프링 슬리브(142)가 상기 포크(130)를 상기 인풋 샤프트 방향으로 밀어, 상기 슬리브에 의해 상기 인풋 샤프트(a)와 상기 아웃풋 샤프트(b)가 체결된다.
또한, 상기 포크(130) 연결된 슬리브가 상기 인풋 샤프트(a)와 상기 아웃풋 샤프트(b)의 체결을 해제할 때에는, 먼저, 상기 러그(120)와 상기 제2 스프링 슬리브(142)가 상기 아웃풋 샤프트 방향으로 이동하여, 상기 웨이팅 스프링(143)이 수축된다.
이후, 상기 웨이팅 스프링(143)의 탄성력에 의해 상기 제1 스프링 슬리브(141)가 상기 포크(130)를 상기 아웃풋 샤프트 방향으로 밀어, 상기 슬리브(190)에 의해 상기 인풋 샤프트와 상기 아웃풋 샤프트의 체결이 해제된다.
또한, 상기 모터(110)가 상기 포크(130)를 직접 이동시키지 않고, 상기 웨이팅 스프링(143)에 의해 간접적으로 이동하는 방식이므로 동력전환 속도의 변경이 가능하며, 이 동력전환 속도는 상기 웨이팅 스프링(143)의 탄성 크기에 따라 적절하게 설계될 수 있다.
한편, 상기 슬리브(190)는 상기 아웃풋 샤프트(b)에서 상기 인풋 샤프트(a)로 이동하여, 상기 샤프트들을 서로 체결할 수 있고, 역으로 상기 인풋 샤프트(a)에서 상기 아웃풋 샤프트(b)로 이동하여, 상기 샤프트들을 체결할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
110 : 모터 120 : 러그
130 : 포크 140 : 웨이팅 댐퍼
141 : 제1 스프링 슬리브 142 : 제2 스프링 슬리브
143 : 웨이팅 스프링 150 : 웜휠
160 : 볼 스크류 170 : 제1 스냅링
180 : 제2 스냅링 190 : 슬리브
a : 인풋 샤프트 b : 아웃풋 샤프트

Claims (7)

  1. 회전동력을 발생시키는 모터(110);
    상기 모터(110)의 회전에 의해 수평방향으로 왕복 직선운동하는 러그(120);
    상기 러그(120) 상에서 수평방향으로 왕복 이동하여, 두개의 샤프트 간에 구동력이 전달되게 하거나 차단하는 포크(130);
    상기 포크(130)의 내부에 수용되고, 상기 러그(120)로부터 전달된 동력을 흡수한 후, 흡수한 동력으로 상기 포크(130)를 이동시키는 웨이팅 댐퍼(waiting damper, 140);를 포함하고,
    상기 웨이팅 댐퍼(140)는
    상기 러그(120) 상에서 수평 이동 가능하도록 구비되되, 상기 포크(130)의 외부로 이탈되지 않도록 구비되는 제1 스프링 슬리브(141);
    상기 제1 스프링 슬리브(141)와 이격되어, 상기 러그(120) 상에서 수평 이동이 가능하도록 구비되되, 상기 포크(130)의 외부로 이탈되지 않도록 구비되는 제2 스프링 슬리브(142);
    상기 제1 스프링 슬리브(141)와 상기 제2 스프링 슬리브(142) 사이에 구비되어, 상기 제1 스프링 슬리브(141)와 상기 제2 스프링 슬리브(142)가 서로 반대 방향으로 탄성을 갖게 하는 웨이팅 스프링(143);을 포함하는 것을 특징으로 하는 PTU용 액츄에이터.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 포크(130)에 연결된 슬리브(190)가 인풋 샤프트(a)와 아웃풋 샤프트(b)를 체결할 때에는
    상기 러그(120)와 상기 제1 스프링 슬리브(141)가 상기 인풋 샤프트(a) 방향으로 이동하여, 상기 웨이팅 스프링(143)이 수축되고, 수축된 상기 웨이팅 스프링(143)의 탄성력에 의해 상기 제2 스프링 슬리브(142)가 상기 포크(130)를 상기 인풋 샤프트(a) 방향으로 미는 것을 특징으로 하는 PTU용 액츄에이터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 포크(130)에 연결된 슬리브(190)가 인풋 샤프트(a)와 아웃풋 샤프트(b)의 체결을 해제할 때에는
    상기 러그(120)와 상기 제2 스프링 슬리브(142)가 상기 아웃풋 샤프트(b) 방향으로 이동하여, 상기 웨이팅 스프링(143)이 수축되고, 수축된 상기 웨이팅 스프링(143)의 탄성력에 의해 상기 제1 스프링 슬리브(141)가 상기 포크(130)를 상기 아웃풋 샤프트(b) 방향으로 미는 것을 특징으로 하는 PTU용 액츄에이터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 포크(130)에 설치되어, 상기 제1 스프링 슬리브(141)를 상기 포크(130)의 외측에서 내측방향으로 지지하는 제1 스냅링(170); 및
    상기 러그(120)에 설치되어, 상기 제2 스프링 슬리브(142)를 상기 포크(130)의 외측에서 내측방향으로 지지하는 제2 스냅링(180);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PTU용 액츄에이터.
  6. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터(110)와 연결되어, 상기 모터(110)에 의해 회전되는 웜휠(150);
    상기 웜휠(150)과 연결되어, 상기 웜휠(150)에 의해 회전하여, 상기 러그(120)를 수평방향으로 직선 왕복운동하게 하는 볼 스크류(160);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PTU용 액츄에이터.
  7. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 PTU용 액츄에이터가 구비된 전륜형 4륜 구동장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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