KR102368809B1

KR102368809B1 - 차량용 트랜스퍼 케이스

Info

Publication number: KR102368809B1
Application number: KR1020190129626A
Authority: KR
Inventors: 김선동
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2022-03-02
Also published as: KR20210046176A

Abstract

본 발명의 일 실시 예는, 주축;과, 상기 주축에 구비되는 허브;와, 상기 허브의 반경방향 외측에 배치되는 드럼;과, 상기 허브의 외측에 결합되는 내측 클러치와 상기 드럼의 내측에 결합되는 외측 클러치가 각각 교차 배치되는 다판 클러치;와, 유압력에 따라 왕복운동 가능하도록 설치되는 피스톤; 및 상기 내측 클러치와 상기 외측 클러치가 맞물리도록 상기 다판 클러치를 일측에서 가압하며, 탄성 변형 가능한 가압수단;을 포함하는, 차량용 트랜스퍼 케이스를 제공한다.

Description

차량용 트랜스퍼 케이스{TRANSFER CASE FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 트랜스퍼 케이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 습식 다판 클러치의 제어가 가능한 차량의 주구동륜을 위한 메인 구동 트랜스퍼 케이스에 관한 것이다.

일반적으로 4륜구동 차량의 동력전달장치는 엔진과, 주행 상태에 따라 기어비의 변화를 주기 위한 변속기와, 상기 변속기를 통해 엔진의 동력을 전달받는 주축과, 이 주축을 통해 전달되는 동력을 종동축으로 분배하는 트랜스퍼 케이스를 포함한다.

대한민국 등록특허공보 제10-1562478호에는 종래의 4륜구동 차량의 트랜스퍼 케이스가 개시된다.

종래의 트랜스퍼 케이스는 유압력에 의해 이동하는 피스톤(131)에 의해 다판 클러치(150)가 맞물림으로써 주축(110)의 동력이 허브(120), 다판 클러치(150), 드럼(140) 및 헬리컬 타입의 드라이브기어(160)를 통해 종동축으로 동력이 배분될 수 있다. 이와 같이, 종래의 ATC(active transfer case)는 동력 배분이 필요할 때만 유압을 발생시켜 클러치를 구동시킨다.

하지만, 차량의 주구동륜을 위한 메인 구동 트랜스퍼 케이스(transfer case)는 일반 주행 시 항상 클러치에 압력을 가해 토크를 전달해야 하는 구조(Normally Opened Clutch)이며, 타행 주행, 선회 등의 조건에서만 부분적으로 압력을 해제한다.

따라서, 종래의 트랜스퍼 케이스를 차량의 주구동륜을 위한 메인 구동 트랜스퍼 케이스에 적용할 시에는, 일반 주행 시 항상 유압 모터가 작동하여 클러치에 압력을 가해야 하므로 유압 모터 소모 전류가 크고, 유압 모터 고장 시에는 차량에 동력 전달이 이루어질 수 없어 차량 운행이 불가능하다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1562478호(2015.10.15.등록)

본 발명은 습식 다판 클러치의 제어가 가능한 차량의 주구동륜을 위한 메인 구동 트랜스퍼 케이스를 제공하는 것에 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 일반 주행 시 유압 off인 Normally Closed Clutch 구조를 구현한다. 이를 위해, 본 발명은 내측 클러치와 외측 클러치가 맞물리도록 다판 클러치를 가압하는 가압수단(스프링)을 포함한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 주축;과, 상기 주축에 구비되는 허브;와, 상기 허브의 반경방향 외측에 배치되는 드럼;과, 상기 허브의 외측에 결합되는 내측 클러치와 상기 드럼의 내측에 결합되는 외측 클러치가 각각 교차 배치되는 다판 클러치;와, 유압력에 따라 왕복운동 가능하도록 설치되는 피스톤; 및 상기 내측 클러치와 상기 외측 클러치가 맞물리도록 상기 다판 클러치를 일측에서 가압하며, 탄성 변형 가능한 가압수단;을 포함하는, 차량용 트랜스퍼 케이스를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 가압수단은, 상기 내측 클러치와 상기 외측 클러치가 맞물리는 방향으로 탄성력을 가하도록 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 피스톤은, 유압력이 발생하면 상기 가압수단에 의해 탄성력이 가해지는 방향과 반대방향으로 이동할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 가압수단은 스프링일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 가압수단은 접시 스프링(belleville spring)일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 가압수단은 상기 드럼과, 상기 드럼이 내부에 배치되는 케이싱 사이에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 가압수단은, 상기 주축의 동력이 상기 드럼으로 100% 전달되도록 초기 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 피스톤과 상기 드럼 사이에 설치되는 피스톤 플레이트; 및 상기 드럼 및 상기 피스톤 플레이트와 동시에 결합되는 드럼 커버;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 드럼 커버는, 상기 드럼의 일단부가 관통하는 제1 관통홀과, 상기 피스톤 플레이트의 일단부가 관통하는 제2 관통홀을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 드럼은, 상기 다판 클러치와 마주보는 몸통부와, 상기 몸통부로부터 상기 드럼 커버의 제1 관통홀까지 연장되는 복수개의 다리부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 피스톤 플레이트는, 상기 드럼과 상기 피스톤에 각각 접촉되는 제1 플레이트와, 상기 드럼 커버의 제2 관통홀에 삽입되는 제2 플레이트를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 드럼은 드라이브기어를 통해 차량의 주구동륜에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 차량의 일반 주행 시 유압력은 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 유압력이 발생하면, 상기 내측 클러치와 상기 외측 클러치가 맞물리는 정도가 감소되거나 해제되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 가압수단(스프링)에 의해 다판 클러치가 가압되어 내측 클러치와 외측 클러치가 맞물린 상태로 유지될 수 있으므로, 일반 주행 시 유압력이 필요하지 않다. 즉, 일반 주행 시 유압 off인 Normally Closed Clutch 구조를 구현할 수 있으며, 타행 주행, 선회 등 필요 시에만 유압력을 이용하여 클러치를 제어할 수 있다.

따라서, 유압 모터 소모 전류가 감소될 뿐만 아니라, 유압 모터 고장 시에도 차량에 동력 전달이 이루어질 수 있으므로 차량 운행이 가능하며 내구성이 향상될 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 트랜스퍼 케이스를 도시한 단면 사시도.
도 2는 도 1에서 일부를 분리하여 도시한 측면도.
도 3은 도 2에서 스프링을 분리하여 도시한 사시도.
도 4는 도 2에서 드럼을 분리하여 도시한 사시도.
도 5는 유압력이 발생하지 않은 상태를 도시한 단면도.
도 6은 유압력이 발생한 일 상태를 도시한 단면도.

이하, 본 발명의 차량용 트랜스퍼 케이스에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

우선, 도 1 및 2를 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 트랜스퍼 케이스(1)에 대해 살펴보도록 한다.

본 발명의 트랜스퍼 케이스(1)는 크게 주축(100), 허브(120), 드럼(200), 다판 클러치(300), 피스톤(400), 피스톤 플레이트(500), 드럼 커버(600) 및 가압 수단을 포함한다.

주축(100)은 케이싱(10) 내부에 베어링으로 회전 가능하게 설치되며, 허브(120)는 주축(100)에 일체로 구비되어 주축(100)과 함께 회전한다. 허브(120)는 주축(100)의 반경방향 외측에서 주축과 나란한 방향으로 연장되도록 형성된다.

허브(120)의 반경방향 외측에는 드럼(200)이 배치되며, 드럼(200)은 내부에 다판 클러치(300)가 배치될 수 있도록 일정한 공간부를 형성한다.

다판 클러치(300)는 허브(120)의 외측에 결합되는 내측 클러치(320)와, 드럼(200)의 내측에 결합되는 외측 클러치(340)를 포함하며, 내측 클러치(320)와 외측 클러치(340)는 서로 교차 배치된다. 내측 클러치(320)는 허브(120)의 외측에 결합되므로 허브(120)와 일체로 회전하며, 외측 클러치(340)는 내측 클러치(320)와 맞물리는 상태에 따라 회전하거나 회전하지 않는다.

본 발명은 특히 차량의 주구동륜을 위한 메인 구동 트랜스퍼 케이스에 관한 것이다. 이에 따라, 차량의 일반 주행 시에는 다판 클러치(300)가 가압되어 내측 클러치(320)와 외측 클러치(340)가 맞물린 상태가 유지되어야 한다. 이를 위해, 본 발명은 내측 클러치(320)와 외측 클러치(340)가 맞물리도록 다판 클러치(300)를 일측에서 가압하며, 탄성 변형 가능한 가압수단을 포함한다.

상기 가압수단은, 내측 클러치(320)와 외측 클러치(340)가 맞물리는 방향으로 탄성력을 가하도록 설치된다. 구체적으로, 본 실시 예에서 상기 가압수단은 도 5에 도시된 바와 같이 드럼(200)과, 드럼(200)이 내부에 배치되는 케이싱(10) 사이에 설치되고 있다. 이에 따라, 상기 가압수단이 드럼(200)에 도 5를 기준으로 우측으로 힘을 가해 드럼(200)과 이에 결합된 외측 클러치(340)가 우측으로 가압되며, 외측 클러치(340)가 내측 클러치(320)과 접촉되어 맞물리게 된다.

상기 가압수단은 주축(100)의 동력이 드럼(200)으로 100% 전달되도록 초기 설치될 수 있다. 즉, 상기 가압수단은 내측 클러치(320)와 외측 클러치(340)가 완전히 접촉되어 맞물린 상태가 되도록 다판 클러치(300)를 가압하는 것이다. 이와 같이 상기 가압수단이 초기 설치됨에 따라, 차량의 일반 주행 시 내측 클러치(320)와 외측 클러치(340)가 맞물린 상태가 유지될 수 있다.

상기 가압수단은 스프링으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니나 본 실시 예에서는 특히 접시 스프링(belleville spring; 700)으로 이루어지고 있다. 접시 스프링(700)으로 이루어지는 가압수단이 도 2 및 3에 도시되고 있다. 이와 같이, 접시 스프링(700)이 드럼(200)과 케이싱(10) 사이에서 인장 또는 압축됨에 따라 다판 클러치(300)의 토크 전달 여부(정도)가 제어될 수 있는 것이다.

차량의 타행 주행, 선회 등의 일부 조건에서는 다판 클러치(300)의 작동이 해제(off)되거나 전달토크가 부분적으로 감소되어야 한다. 이를 위해, 본 발명은 유압력에 따라 왕복운동 가능하도록 설치되는 피스톤(400)과, 피스톤(400)과 드럼(200) 사이에 설치되는 피스톤 플레이트(500)와, 드럼(200) 및 피스톤 플레이트(500)와 동시에 결합되는 드럼 커버(600)를 포함한다.

피스톤(400)은 유압력이 발생하면 상기 가압수단에 의해 탄성력이 가해지는 방향과 반대방향으로 이동하도록 케이싱(10) 내에 설치된다. 즉, 피스톤(400)은 유압력이 발생하면 도 5를 기준으로 좌측으로 이동하게 된다. 피스톤(400)이 유압력에 의해 좌측으로 이동한 상태가 도 6에 도시되고 있다.

피스톤 플레이트(500)는 피스톤(400)과 드럼(200) 사이에 설치되어, 피스톤(400)의 이동을 드럼(200)에 전달하는 역할을 한다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 피스톤(400)이 유압력에 의해 좌측으로 이동하면 피스톤 플레이트(500)와 드럼(200)이 함께 좌측으로 이동하게 되는 것이다. 이에 따라, 접시 스프링(700)이 압축되면서 드럼(200)과 이에 결합된 외측 플레이트(340)가 좌측으로 이동하며, 내측 클러치(320)와 외측 클러치(340)가 맞물리는 정도가 감소되거나 해제될 수 있다.

이때, 드럼(200)과 피스톤 플레이트(500)의 부품 간 상대속도가 발생하지 않도록 드럼 커버(600)가 드럼(200)과 피스톤 플레이트(500)를 각각 동시에 잡아준다. 이에 따라, 드럼(200)과 피스톤 플레이트(500)의 마찰에 의한 마모가 방지될 수 있다. 구체적으로, 드럼 커버(600)는 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 드럼(200)의 일단부가 관통하는 제1 관통홀(610)과, 피스톤 플레이트(500)의 일단부가 관통하는 제2 관통홀(620)을 포함한다.

본 실시 예에서, 드럼(200)은 다판 클러치(300)와 마주보는 몸통부(220)와, 몸통부(220)로부터 드럼 커버의 제1 관통홀(610)까지 연장되는 복수개의 다리부(240)를 포함한다. 드럼(200)은 도 4에 도시되고 있으며, 몸통부(220)는 다판 클러치(300)의 형상에 대응하여 링(ring) 형상으로 형성되고, 복수개의 다리부(240)는 서로 일정하게 이격된 상태로 몸통부(220)로부터 뻗어나오고 있다. 또한, 피스톤 플레이트(500)는 드럼(200)과 피스톤(400)에 각각 접촉되는 제1 플레이트(520)와, 드럼 커버의 제2 관통홀(620)에 삽입되는 제2 플레이트(540)를 포함한다.

이와 같이, 드럼의 다리부(240)가 드럼 커버의 제1 관통홀(610)을 관통하여 피스톤 플레이트의 제1 플레이트(520)와 접촉되고 있으므로 피스톤 플레이트(500)가 좌측으로 이동하면서 드럼(200) 또한 좌측으로 밀어줄 수 있으며, 드럼 커버(600)가 제1 관통홀(610)과 제2 관통홀(620)을 통해 드럼(200)과 피스톤 플레이트(500)를 동시에 잡고 있으므로 드럼(200)과 피스톤 플레이트(500)가 일체로 회전할 수 있다.

상기와 같이 피스톤 플레이트(500)는 회전하는 반면 피스톤(400)은 회전하지 않으므로, 피스톤(400)과 피스톤 플레이트(500) 사이에는 스러스트 베어링(50)이 설치된다.

이하, 도 5 및 6을 참고하여 본 발명의 트랜스퍼 케이스 내 습식 다판 클러치의 제어과정에 대해 살펴보도록 한다. 본 발명은 특히 차량의 주구동륜을 위한 메인 구동 트랜스퍼 케이스에 관한 것으로, 드럼(200)은 드라이브기어를 통해 차량의 주구동륜에 연결될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 차량의 일반 주행 시에는 상기 가압수단에 의해 다판 클러치(300)가 가압되어 내측 클러치(320)와 외측 클러치(340)가 맞물린 상태로 유지되며, 전달토크가 100%에 해당한다. 이때, 유압력은 발생하지 않으며 피스톤(400)은 이동하지 않는다.

하지만, 다판 클러치(300)의 작동이 해제(off)되어야 하거나 전달토크가 부분적으로 감소되어야 하는 경우, 예를 들어 차량의 타행 주행, 선회 등의 일부 조건에서는, 도 6에 도시된 바와 같이 유압력이 발생하게 된다. 유압력이 발생하면 피스톤(400)이 상기 가압수단에 의해 가해지는 탄성력의 방향과 반대방향으로 이동하게 되며, 피스톤(400)과 함께 피스톤 플레이트(500)와 드럼(200), 그리고 드럼(200)에 결합된 외측 클러치(340)까지 이동하게 됨으로써 내측 클러치(320)와 외측 클러치(340)가 맞물리는 정도가 감소되거나 해제될 수 있다. 도 6에는 일 예로 유압력이 상기 가압수단에 의해 가해지는 탄성력과 같거나(-100%) 이보다 크게 발생함에 따라 내측 클러치(320)와 외측 클러치(340)가 맞물리지 않는 경우, 즉 클러치가 해제(off)되어 전달토크 0이 되는 경우가 도시되어 있다. 이와 같이, 피스톤(400)에 의해 드럼(200)이 좌측으로 이동하면 상기 가압수단, 본 실시 예의 접시 스프링(700)은 압축되며, 유압력이 사라지면 접시 스프링(700)의 탄성력에 의해 드럼(200)이 다시 우측으로 이동함에 따라 도 5와 같이 복귀될 수 있다.

이와 같이, 유압을 이용하여 클러치의 전달토크를 용이하게 조절할 수 있으며, 좌우(RH/LH) 동일하게 피스톤 구조가 형성됨에 따라 좌우토크를 용이하게 조절 제어할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

1: 트랜스퍼 케이스 10: 케이싱
50: 스러스트 베어링 100: 주축
120: 허브 200: 드럼
220: 몸통부 240: 다리부
300: 다판 클러치 320: 내측 클러치
340: 외측 클러치 400: 피스톤
500: 피스톤 플레이트 520: 제1 플레이트
540: 제2 플레이트 600: 드럼 커버
610: 제1 관통홀 620: 제2 관통홀
700: 접시 스프링

Claims

주축;
상기 주축에 구비되는 허브;
상기 허브의 반경방향 외측에 배치되는 드럼;
상기 허브의 외측에 결합되는 내측 클러치와 상기 드럼의 내측에 결합되는 외측 클러치가 각각 교차 배치되는 다판 클러치;
유압력에 따라 왕복운동 가능하도록 설치되는 피스톤;
상기 내측 클러치와 상기 외측 클러치가 맞물리도록 상기 다판 클러치를 일측에서 가압하며, 탄성 변형 가능한 가압수단;
상기 피스톤과 상기 드럼 사이에 설치되는 피스톤 플레이트; 및
상기 드럼 및 상기 피스톤 플레이트와 동시에 결합되는 드럼 커버;를 포함하며,
상기 드럼 커버는, 상기 드럼의 일단부가 관통하는 제1 관통홀과, 상기 피스톤 플레이트의 일단부가 관통하는 제2 관통홀을 포함하고,
상기 가압수단은, 유압력이 발생하지 않은 경우, 상기 내측 클러치와 상기 외측 클러치가 맞물린 상태로 유지되도록 탄성력을 가하는 것을 특징으로 하는, 차량용 트랜스퍼 케이스.
주축;
상기 주축에 구비되는 허브;
상기 허브의 반경방향 외측에 배치되는 드럼;
상기 허브의 외측에 결합되는 내측 클러치와 상기 드럼의 내측에 결합되는 외측 클러치가 각각 교차 배치되는 다판 클러치;
유압력에 따라 왕복운동 가능하도록 설치되는 피스톤;
상기 내측 클러치와 상기 외측 클러치가 맞물리도록 상기 다판 클러치를 일측에서 가압하며, 탄성 변형 가능한 가압수단;
상기 피스톤과 상기 드럼 사이에 설치되는 피스톤 플레이트; 및
상기 드럼 및 상기 피스톤 플레이트와 동시에 결합되는 드럼 커버;를 포함하며,
상기 드럼 커버는, 상기 드럼의 일단부가 관통하는 제1 관통홀과, 상기 피스톤 플레이트의 일단부가 관통하는 제2 관통홀을 포함하는, 차량용 트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서,
상기 피스톤은, 유압력이 발생하면 상기 가압수단에 의해 탄성력이 가해지는 방향과 반대방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는, 차량용 트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서,
상기 가압수단은 스프링인 것을 특징으로 하는, 차량용 트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서,
상기 가압수단은 상기 드럼과, 상기 드럼이 내부에 배치되는 케이싱 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는, 차량용 트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서,
상기 가압수단은, 상기 주축의 동력이 상기 드럼으로 100% 전달되도록 초기 설치되는 것을 특징으로 하는, 차량용 트랜스퍼 케이스.
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제1항에 있어서,
상기 드럼은, 상기 다판 클러치와 마주보는 몸통부와, 상기 몸통부로부터 상기 드럼 커버의 제1 관통홀까지 연장되는 복수개의 다리부를 포함하는, 차량용 트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서,
상기 피스톤 플레이트는, 상기 드럼과 상기 피스톤에 각각 접촉되는 제1 플레이트와, 상기 드럼 커버의 제2 관통홀에 삽입되는 제2 플레이트를 포함하는, 차량용 트랜스퍼 케이스.
제1항에 있어서,
상기 드럼은 드라이브기어를 통해 차량의 주구동륜에 연결되는 것을 특징으로 하는, 차량용 트랜스퍼 케이스.