KR102517188B1 - 디스커넥터 장치 - Google Patents

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김상국
이재원
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Abstract

본 발명은 디퍼렌셜 케이스 내부에 구비되는 것으로서, 내부에 장착되는 피니언 기어를 지지하는 서포트 링; 일측 단부가 상기 디퍼렌셜 케이스를 관통하여 디퍼렌셜 케이스 내부에 구비되면서, 상기 서포트 링과 결합 또는 해제 작동을 하는 클러치 링; 상기 클러치 링의 타측 단부를 가압하여 상기 서포트 링과 클러치 링의 결합이 이루어지게 하는 액추에이터; 및 상기 디퍼렌셜 케이스의 외측에 위치하는 상기 클러치 링의 노출부위에 결합되면서, 일측 단부는 디퍼렌셜 케이스에 접촉하고 타측 단부는 액추에이터에 접촉하는 탄성부재; 를 포함하는 디스커넥터 장치를 제공한다.

Description

디스커넥터 장치{DISCONNECTOR APPARATUS}
본 발명은 내연기관 자동차(Internal Combustion Engine, ICE), 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 전기 자동차(Electric Vehicle, Battery Electric Vehicle, EV) 등과 같은 차량의 4륜 구동을 위한 디스커넥터 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디스커넥터 장치는 디퍼렌셜 조립체에 장착되어 디퍼렌셜 샤프트를 주행상황에 따라 분리하거나 연결하여 이륜구동(2WD)과 사륜구동(4WD)으로 전환함으로써 불필요한 동력손실을 최소화할 수 있는 장치이다.
종래의 디스커넥터 장치는, 대부분 유압모터 또는 공압모터 등과 같은 제어시스템을 이용하여 슬리브를 이동함으로써 모터 또는 엔진 등과 같은 입력부와 차륜 등과 같은 출력부의 동력을 차단하여 사륜구동(Four Wheel Drive, 4WD)에서 이륜구동(Two Wheel Drive, 2WD)으로 변환시켰다.
도 1은 종래의 디스커넥터 장치를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 디스커넥터 장치(200)는 디퍼렌셜 조립체(100)와 연결된다. 디퍼렌셜 조립체(100)의 디퍼렌셜 케이스(101) 내부에 디퍼렌셜 기어세트가 장착된다. 디퍼렌셜 기어세트는 2개의 제1, 2 사이드 기어(111, 112) 및 제1, 2 사이드 기어(111, 112)와 치합되는 2개의 피니언 기어(121, 122)를 포함한다.
종래의 디스커넥터 장치(200)는 디퍼렌셜 케이스(101)의 내부에 구비되고 도 2 상에서 우측에 위치하는 제1 사이드 기어(111)와 연결되는 디퍼렌셜 샤프트(210), 우측 차륜과 연결되는 허브(220), 모터(230)와 연결되고 모터(230)의 작동에 의해 회전하는 볼스크루 샤프트(240), 볼스크루 샤프트(240)에 결합된 상태에서 볼스크루 샤프트(240)의 작동 시 볼스크루 샤프트(240)를 따라 이동 가능한 너트(250) 및 너트(250)의 작동에 의해 가이드 레일(260)을 따라 이동 가능한 것으로서 슬리브(270)를 이동시켜 디퍼렌셜 샤프트(210)와 허브(220)의 연결 또는 해제가 이루어지게 하는 포크(280)를 포함한다.
종래의 디스커넥터 장치(200)는 위치센서를 포함하는 모터(230)의 구동에 의하여 볼스크루 샤프트(240)가 회전한다. 볼스크루 샤프트(240)의 회전에 의해 볼스크루 샤프트(240)를 따라 이동하는 너트(250)와 함께 포크(280)가 이동한다. 포크(280)가 이동함에 따라 포크(280)와 포크(280)에 의해 연결되는 슬리브(270)가 이동하면서 디퍼렌셜 샤프트(210)와 허브(220)를 치합하여 동력을 연결하거나, 디퍼렌셜 샤프트(210)와 허브(220)의 치합을 해제시켜 동력을 차단한다. 구체적으로 모터(230)의 구동에 의해 볼스크루 샤프트(240)가 일측 방향으로 회전하면 슬리브(270)가 디퍼렌셜 샤프트(210) 방향으로 이동하면서 디퍼렌셜 샤프트(210)와 허브(220)의 치합이 이루어지고 이로 인해 우측 차륜에 동력이 전달된다. 반대로 모터(230)의 구동에 의해 볼스크루 샤프트(240)가 타측 방향으로 회전하면 슬리브(270)가 허브(220) 방향으로 이동하면서 디퍼렌셜 샤프트(210)와 허브(220)의 연결이 해제된다.
그런데 종래의 디스커넥터 장치는, 모터로부터 볼스크루 샤프트, 포크 및 슬리브를 거쳐 분리되었던 디퍼렌셜 샤프트와 허브를 연결하는 복잡한 구조로 인해 전장이 과다하고 조립 공간이 넓어 중량이 무거우며 차량 장착성이 불리할 뿐만 아니라, 모터 구동을 위해 전기소모량(20A)이 과다하며, BLDC모터의 스트로크 정밀 제어 등으로 제어시스템 구동이 복잡하여 제작 비용이 상승하고, 사륜구동 차량의 보조 구동륜이 디스커넥팅된 이륜구동의 경우에 입력부가 회전정지되어 파이널 감속기어가 정지되며, 디퍼렌셜 샤프트와 허브가 분리된 상태에서 차량 고속직진 주행 시 좌측 사이드 기어의 회전에 따른 피니언 기어가 고속회전하는 고차동으로 인해 소음과 진동이 발생하는 치명적인 문제가 있었다.
이에 대하여, 본 발명은 입력토크를 전달하는 디퍼렌셜 케이스, 차동을 담당하는 디퍼렌셜 기어세트, 디퍼렌셜 기어세트의 피니언 기어를 지지하는 서포트 링, 디퍼렌셜 케이스와 서포트 링을 체결 해제하는 클러치 링, 클러치 링을 탄성 지지하는 탄성부재, 직접 마찰 슬립을 통해 파일럿 토크를 생성하는 아마추어와 환형의 마그네틱 코일과 볼램프를 포함하는 액추에이터를 구성하며, 디퍼렌셜 케이스와 서포트 링을 분리한 고차동 미발생 구조의 메커니즘으로 고차동 소음이 없고, 볼램프와 마그넷방식 파일럿클러치의 조합으로 구성된 새로운 컨셉의 액추에이터로 전류소비율이 우수한 디스커넥터 장치를 제시하고자 한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0123869호(2017.11.09. 공개)
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 디퍼렌셜 케이스와 서포트 링을 분리한 고차동 미발생 구조로 소음에 유리하고, 마그네틱 코일과 볼램프를 조합한 새로운 컨셉의 액추에이터로 컴팩트하며 전류 소비율이 우수한 디스커넥터 장치를 제공하고자 한다.
전술한 목적을 이루기 위해 본 발명은, 디퍼렌셜 케이스 내부에 구비되는 것으로서, 내부에 장착되는 피니언 기어를 지지하는 서포트 링; 일측 단부가 상기 디퍼렌셜 케이스를 관통하여 디퍼렌셜 케이스 내부에 구비되면서, 상기 서포트 링과 결합 또는 해제 작동을 하는 클러치 링; 상기 클러치 링의 타측 단부를 가압하여 상기 서포트 링과 클러치 링의 결합이 이루어지게 하는 액추에이터; 및 상기 디퍼렌셜 케이스의 외측에 위치하는 상기 클러치 링의 노출부위에 결합되면서, 일측 단부는 디퍼렌셜 케이스에 접촉하고 타측 단부는 액추에이터에 접촉하는 탄성부재; 를 포함하는 디스커넥터 장치를 제공한다.
또한, 상기 액추에이터는 제1 볼램프; 상기 제1 볼램프와 상기 클러치 링 사이에 위치하는 것으로서, 상기 제1 볼램프와 동심을 이루면서 상기 제1 볼램프보다 큰 외경으로 구성되는 제2 볼램프; 상기 제1 볼램프와 제2 볼램프 사이에 개재되는 볼; 상기 제1 볼램프를 외주를 감싸는 구조로 구성되는 것으로서, 일면이 상기 제2 볼램프를 향하는 아마추어; 상기 아마추어의 타면 쪽에 구비되는 것으로서, 상기 아마추어를 향하는 접촉면이 상기 아마추어와 슬립 마찰을 하는 코어; 및 상기 코어 내부에 수용된 상태에서 상기 아마추어를 향하는 접촉면이 상기 아마추어와 슬립 마찰을 하는 마그네틱 코일; 을 포함한다.
또한, 상기 제2 볼램프는 일면이 상기 클러치 링과 연결되고 타면은 상기 제1 볼램프를 향하며, 상기 탄성부재에 의해 상기 클러치 링을 향하는 일면이 탄성 지지되면서 상기 클러치 링의 타측 단부를 상기 서포트 링 방향으로 가압한다.
또한, 상기 볼은 상기 제1 볼램프에 구비되는 제1 홈과 상기 제1 홈에 대응하여 상기 제2 볼램프에 구비되는 제2 홈 사이에 삽입되며, 상기 제1 홈과 제2 홈은 상기 볼에 부합한다.
또한, 상기 클러치 링은 일측 단부에 제1 도그부와 제2 도그부가 구비된다.
또한, 상기 제1 도그부는 상기 서포트 링에 구비되는 제3 도그부와 결합되고, 상기 제2 도그부는 상기 디퍼렌셜 케이스에 구비되는 제4 도그부와 결합된다.
또한, 상기 아마추어는 자성체이다.
또한, 상기 아마추어는 상기 마그네틱 코일 및 코어와 슬립 마찰을 하는 마찰면이 코팅처리된다.
또한, 상기 아마추어는 상기 마그네틱 코일 및 코어와 슬립 마찰을 하는 마찰면이 그루브로 이루어진다.
또한, 상기 마그네틱 코일과 코어는 변속기 하우징에 고정되어 상기 디퍼렌셜 케이스 회전에 독립된다.
또한, 상기 디퍼렌셜 케이스의 일측으로 연장부가 구비되고, 상기 액추에이터는 상기 연장부의 외측에 장착된다.
또한, 상기 서포트 링의 내부에 중심축이 구비되고, 상기 중심축의 양측으로 피니언 기어가 회전 가능하도록 결합되며, 양측 피니언 기어를 사이에 두고 양측으로 양측 피니언 기어와 치합되는 사이드 기어가 구비된다.
본 발명은 디퍼렌셜 케이스와 서포트 링을 분리한 고차동 미발생 구조로 소음에 유리하고, 마그네틱 코일과 볼램프를 조합한 새로운 컨셉의 액추에이터로 컴팩트하며 전류 소비율이 우수한 디스커넥터 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 디스커넥터 장치가 결합이 해제되어 차량이 이륜구동(2WD) 모드 주행 시 타력주행하는 보조 구동륜의 경우, 피니언 기어를 지지하는 서포트 링이 함께 회전함으로써 고차동 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 마그네틱 코일을 사용함으로써 전류소비가 작고, 볼램프로 인한 힘의 증폭으로 마그네틱 코일 사이즈를 축소할 수 있어 전류 소모를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 고전류 BLDC모터, 볼스크루 샤프트, 포크 등의 고가의 액추에이터가 저렴한 저전류 마그네틱 코일과 볼램프로 대체되어 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 디퍼렌셜 조립체와 디스커넥터 장치를 일체화함으로써 전장을 대폭 축소할 수 있고 이로 인해 중량 및 패키징 탑재성을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 허브, 슬리브 등의 대형 부품을 삭제하고 이를 지지하던 베어링류를 삭제할 수 있어 제작비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 디퍼렌셜 조립체와 디스커넥터 장치의 일체화로 인해 조립 공정을 단순화할 수 있다.
도 1은 종래의 디스커넥터 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스커넥터 장치를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스커넥터 장치를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디스커넥터 장치(400)는 디퍼렌셜 조립체(300)에 결합된다. 본 발명은 제1, 2 피니언 기어(321, 322)를 지지하는 서포트 링(410), 서포트 링(410)과 결합 또는 해제 작동을 하는 클러치 링(420), 클러치 링(420)을 가압하여 서포트 링(410)과 클러치 링(420)의 결합이 이루어지게 하는 액추에이터 및 클러치 링(420)에 결합되면서 액추에이터를 탄성 지지하는 탄성부재(430)를 포함한다.
구체적으로 디퍼렌셜 조립체(300)를 구성하는 디퍼렌셜 케이스(310)는 연장부(311)를 포함한다. 연장부(311)는 디퍼렌셜 케이스(310)의 일측 액추에이터 방향으로 연장된다.
디퍼렌셜 케이스(310) 내부에 제1, 2 사이드 기어(331, 332) 및 제1, 2 피니언 기어(321, 322) 등과 같은 디퍼렌셜 기어세트가 구비된다. 일예로서 제1 사이드 기어(331)는 도 2 상에서 우측에 위치할 수 있다. 일예로서 제2 사이드 기어(332)는 도 2 상에서 좌측에 위치할 수 있다.
제1 사이드 기어(331)는 제2 사이드 기어(332)를 향하는 일측 단부에 기어 이가 구비된다. 제1 사이드 기어(331)의 타측 단부는 연장부(311) 내부를 통해 일부분이 외측으로 노출될 수 있다. 양측으로 구성되는 제1, 2 사이드 기어(331, 332)는 드라이브 샤프트(미도시)에 의해 좌우 양측의 보조 구동륜(미도시)과 연결될 수 있다.
일예로서 연장부(311)에 스러스트 베어링 등과 같은 지지부재(460)가 구비될 수 있다. 지지부재(460)는 액추에이터를 구성하는 제1 볼램프(441)를 지지할 수 있다. 심(SHIM, 470) 등을 사용하여 액추에이터를 구성하는 아마추어(444) 및 마그네틱 코일(445)의 가공 조립시 오차를 조절할 수 있다.
서포트 링(410)은 디퍼렌셜 케이스(310) 내부에 구비된다. 서포트 링(410)은 디퍼렌셜 케이스(310) 내부에서 제1, 2 피니언 기어(321, 322)를 지지한다. 일예로서 서포트 링(410)은 디퍼렌셜 케이스(310)의 내부에서 작동이 가능하도록 디퍼렌셜 케이스(310)와 분리 구조로 구성된다. 서포트 링(410) 내부에 중심축(411)이 구비된다. 중심축(411)의 양측으로 제1, 2 피니언 기어(321, 322)가 회전 가능하도록 결합된다. 제1, 2 피니언 기어(321, 322)는 제1, 2 사이드 기어(331, 332) 사이에 위치한다.
클러치 링(420)은 일측 단부가 디퍼렌셜 케이스(310)를 관통하여 디퍼렌셜 케이스(310) 내부에 구비된다. 클러치 링(420)은 서포트 링(410)과 결합 또는 해제될 수 있다.
클러치 링(420)은 디퍼렌셜 케이스(310)와 서포트 링(410)의 도그부에 동시 체결할 수 있도록 2개의 도그부를 가진다. 구체적으로 클러치 링(420)은 제1 도그부(421) 및 제2 도그부(422)를 포함한다. 제1 도그부(421) 및 제2 도그부(422)는 디퍼렌셜 케이스(310)의 내부에 위치하는 클러치 링(420)의 일측 단부에 구비된다.
구체적으로 제1 도그부(421)는 서포트 링(410)의 측면에 대향하는 클러치 링(420)의 선단에 구성될 수 있다. 제2 도그부(422)는 제1 도그부(421)와 직각을 이루는 클러치 링(420)의 외주면 부위에 구성될 수 있다.
제1 도그부(421)는 서포트 링(410)에 구비되는 제3 도그부(413)와 대응 결합된다. 제3 도그부(413)는 제1 도그부(421)에 대향하는 서포트 링(410)의 측면에 구비될 수 있다.
제2 도그부(422)는 디퍼렌셜 케이스(310)에 구비되는 제4 도그부(314)와 대응 결합된다. 제4 도그부(314)는 제2 도그부(422)에 대향하는 디퍼렌셜 케이스(310)의 내주면에 구비될 수 있다.
이와 같이 직각을 이루는 제1 도그부(421)와 제2 도그부(422)의 2개의 도그부가 제3 도그부(413)와 제4 도그부(314)에 결합되기 때문에 견고한 결합이 이루어질 수 있다.
탄성부재(430)는 디퍼렌셜 케이스(310)의 외측에 위치한다. 일예로서 탄성부재(430)는 리턴 스프링일 수 있다. 탄성부재(430)는 클러치 링(420)의 노출부위(423)에 결합된다. 탄성부재(430)는 일측 단부가 디퍼렌셜 케이스(310)에 접촉하고 타측 단부는 액추에이터의 제2 볼램프(442)에 접촉한다.
액추에이터는 클러치 링(420)의 타측 단부를 가압하여 서포트 링(410)과 클러치 링(420)의 결합이 이루어지게 한다.
액추에이터는 제1 볼램프(441), 제1 볼램프(441)와 클러치 링(420) 사이에 위치하는 제2 볼램프(442), 제1 볼램프(441)와 제2 볼램프(442) 사이에 개재되는 볼(443), 제1 볼램프(441)의 외주를 감싸도록 구성되는 아마추어(444) 및 아마추어(444)에 대향 구비되는 코어(446) 및 코어(446) 내부에 구비되는 마그네틱 코일(445)을 포함한다.
구체적으로 제1 볼램프(441)는 중심이 연장부(311) 외측에 장착된다. 제1 볼램프(441)는 제2 볼램프(442)에 대향 구비된다. 일예로서 제1 볼램프(441)는 제2 볼램프(442)보다 작은 외경을 가지는 원판 형태로 구성될 수 있다.
일예로서 제2 볼램프(442)는 제1 볼램프(441)보다 큰 외경을 가지는 원판 형태로 구성될 수 있다. 제2 볼램프(442)는 클러치 링(420)을 향하는 일면이 볼트(450) 또는 용접 등과 같은 결합방식에 의해 클러치 링(420)의 타측 단부와 결합될 수 있다.
제2 볼램프(442)는 중심이 연장부(311) 외측에 장착된다. 제2 볼램프(442)는 클러치 링(420)을 향하는 면이 탄성부재(430)에 의해 탄성 지지된다. 제2 볼램프(442)는 클러치 링(420)을 향하는 면이 클러치 링(420)의 타측 단부를 서포트 링(410) 방향으로 가압한다.
볼(443)은 제1 볼램프(441)와 제2 볼램프(442) 사이에 개재된다. 일예로서 볼(443)은 스틸(steel) 볼일 수 있다. 구체적으로 제1 볼램프(441)에 제1 홈(441a)이 구비된다. 제2 볼램프(442)에 제1 홈(441a)에 대응하는 제2 홈(442a)이 구비된다. 제1 홈(441a)과 제2 홈(442a)의 외형은 볼(443)에 부합하는 외형으로 구성된다. 볼(443)은 제1 홈(441a)과 제2 홈(442a) 사이에 삽입된다.
제1 볼램프(441)와 제2 볼램프(442)의 조립 시 제1 볼램프(441)의 외경이 제2 볼램프(442)보다 작기 때문에 제1 볼램프(441)와 제2 볼램프(442)의 외경의 단차로 인해 제1 볼램프(441)의 외경에서 제2 볼램프(442)의 일측면으로 이어지는 안착영역(441b)이 형성될 수 있다.
아마추어(444)를 안착영역(441b)에 결합하면, 아마추어(444)의 중심 부위는 제1 볼램프(441)의 외경에 결합되고 아마추어(444)의 일면은 제2 볼램프(442)를 향하도록 아마추어(444)의 안정적인 조립이 이루어질 수 있다.
일예로서 아마추어(444)를 안착영역(441b)에 조립하면 제1 볼램프(441)를 감싸는 구조로 아마추어(444)의 조립이 이루어질 수 있다. 아마추어(444)의 내경과 제1 볼램프(441)의 외경은 스플라인(S) 구조로 연결될 수 있다. 일예로서 아마추어(444)는 강자성체일 수 있다.
아마추어(444)는 일면이 제1 볼램프(441)를 향한다. 일예로서, 아마추어(444)의 마그네틱 코일(445) 및 코어(446)와 슬립 마찰을 하는 마찰면(444a)은 내마모, 윤활을 위해 특수 코팅처리(444b) 및 그루브(444c)로 이루어질 수 있다.
코어(446)는 아마추어(444)의 타면 쪽에 구비된다. 코어(446)는 아마추어(444)를 향하는 쪽이 내부와 연통되는 구조로 구성된다. 코어(446)의 아마추어(444)를 향하는 접촉면은 아마추어(444)와 슬립 마찰을 한다.
마그네틱 코일(445)은 코어(446)의 내부와 연통되는 부위를 통해 코어(446) 내부로 삽입된다. 마그네틱 코일(445)은 코어(446) 내부에 수용된 상태에서 아마추어(444)를 향하는 접촉면이 슬립 마찰을 한다.
일예로서 마그네틱 코일(445)과 코어(446)는 변속기 하우징(미도시)에 고정될 수 있다. 변속기 하우징(미도시) 내부에 디스커넥팅 장치(400)가 내장될 수 있다.
다음은 이륜구동 시 본 발명에 따른 디스케이스 장치의 작동을 설명한다.
도 2와 같이, 이륜구동(2WD) 시 마그네틱 코일(445)에 전원 인가 전의 초기 상태로 클러치 링(420)은 도그부 결합이 해제되는 방향에 위치한다. 이로 인해 이륜구동(2WD) 모드의 노멀 오픈 타입(Normal Open type)으로 작동할 수 있다.
구체적으로 이륜구동(2WD) 상태에서는 탄성부재(430)의 탄성력에 밀려서 제2 볼램프(442)가 제1 볼램프(441) 쪽에 위치해 있기 때문에 클러치 링(420)의 제1 도그부(421)와 서포트 링(410)의 제3 도그부(413)는 치합 해제 상태이고, 클러치 링(420)의 제2 도그부(422)와 디퍼렌셜 케이스(310)의 제4 도그부(314)도 치합 해제 상태이다. 이때 감속기의 모터(미도시) 등과 같은 동력원의 동력은 작동을 멈춘 상태로 동력원의 동력이 드라이브 기어(340)로 전달되지 않는다.
이 상태에서 양측 보조 구동륜(미도시)의 타력주행 시 양측 보조 구동륜의 회전력은 드라이브 샤프트(미도시)를 거쳐 양측 제1, 2 사이드 기어(331, 332)로 전달되어 제1, 2 사이드 기어(331, 332)가 회전하게 된다.
제1, 2 사이드 기어(331, 332)는 제1, 2 피니언 기어(321, 322)와 치합 상태로 제1, 2 사이드 기어(331, 332)가 회전함에 따라 서포트 링(410)도 제1, 2 사이드 기어(331, 332)와 함께 회전하게 된다.
이때, 서포트 링(410)은 디퍼렌셜 케이스(310)와 분리된 구조이므로 서포트 링(410)만 회전하고 디퍼렌셜 케이스(310)는 회전하지 않는다. 이로 인해 보조 구동륜은 타력주행을 하고 주 구동륜만으로 주행을 하는 이륜구동 주행이 이루어질 수 있다.
이와 같이 양측 보조 구동륜(미도시)의 타력주행 시 양측 보조 구동륜의 회전력이 제1, 2 사이드 기어(331, 332)와 제1, 2 피니언 기어(321, 322)를 거쳐 서포트 링(410)까지만 전달되어, 디퍼렌셜 케이스(310)는 회전하지 않는 상태에서 디퍼렌셜 케이스(310) 내부에서 서포트 링(410)이 회전하기 때문에 고차동 발생을 방지할 수 있다.
다음은 사륜구동 시 본 발명에 따른 디스케이스 장치의 작동을 설명한다.
도 2와 같이, 사륜구동(4WD) 시 마그네틱 코일(445)에 전원을 인가한다. 마그네틱 코일(445)에 전원 인가로 인해 전자기장이 발생한다. 마그네틱 코일(445)은 전자기장을 발생하여 강자성체인 아마추어(444)를 끌어당긴다.
마그네틱 코일(445) 쪽으로 끌어당겨진 아마추어(444)는 마그네틱 코일(445)과 직접 마찰 슬립을 통한 회전 저항력 즉 파일럿 토크를 발생한다.
회전 저항력은 아마추어(444)와 스플라인(S)으로 연결된 제1 볼램프(441)와 제2 볼램프(442) 간의 속도차를 형성하여 제2 볼램프(442)가 작동한다.
스틸 볼(443)이 볼램프 작용을 통해 제2 볼램프(442)를 클러치 링(420) 방향으로 민다. 제2 볼램프(442)가 탄성부재(430)를 가압하면서 클러치 링(420)을 서포트 링(410) 방향으로 민다.
클러치 링(420)은 제2 볼램프(442)의 가압 작동에 의해 서포트 링(410) 방향으로 밀리면서 클러치 링(420)의 도그부와 서포트 링(410)의 도그부의 결합이 이루어진다.
구체적으로 클러치 링(420)의 제1 도그부(421)는 서포트 링(410)의 제3 도그부(413)에 대응 결합된다. 동시에 클러치 링(420)의 제2 도그부(422)는 디퍼렌셜 케이스(310)의 내부에 형성된 제4 도그부(314)에 대응 결합된다. 이로 인해 사륜구동(4WD) 모드로 작동할 수 있다.
사륜구동(4WD) 시 감속기의 모터 등과 같은 동력원의 동력이 드라이브 기어(340)로 전달된다. 클러치 링(420)과 서포트 링(410)은 도그부 결합 상태이므로 동력원의 동력은 드라이브 기어(340)를 거쳐 디퍼렌셜 케이스(310)로 전달되어 디퍼렌셜 케이스(310)가 회전하게 된다. 드라이브 기어(340)는 디퍼렌셜 케이스(310)와 볼트 등과 같은 결합부재에 의해 연결되어 있어 동력원의 동력을 디퍼렌셜 케이스(310)에 전달할 수 있다.
디퍼렌셜 케이스(310)가 회전함에 따라 디퍼렌셜 케이스(310) 내부의 서포트 링(410)이 회전한다. 사륜구동(4WD) 시 클러치 링(420)의 제1 도그부(421)는 서포트 링(410)의 제3 도그부(413)와 결합 상태이고, 클러치 링(420)의 제2 도그부(422)는 디퍼렌셜 케이스(310)의 제4 도그부(314)와 결합 상태 있기 때문에 동력원의 동력은 드라이브 기어(340), 디퍼렌셜 케이스(310), 클러치 링(420)을 거쳐 서포르 링(410)에 전달될 수 있다.
서포트 링(410)이 회전함에 따라 동력은 제1, 2 피니언 기어(321, 322)와 치합된 제1, 2 사이드 기어(331, 332)로 전달되어 제1, 2 사이드 기어(331, 332)가 회전하게 된다.
제1, 2 사이드 기어(331, 332)의 회전에 의해 동력은 양측 제1, 2 사이드 기어(331, 332)와 연결된 드라이브 샤프트(미도시)를 거쳐 양측 보조 구동륜으로 전달됨에 따라 양측 보조 구동륜이 회전할 수 있다. 이로 인해 주 구동륜은 물론 보조 구동륜으로 동력원의 동력이 전달되어 사륜구동 주행이 이루어질 수 있다.
한편, 마그네틱 코일(445)에 인가한 전원을 해제하면, 제2 볼램프(442) 가압하던 전자기장이 사라짐에 따라 제2 볼램프(442)에 의해 압축되었던 탄성부재(430)가 원상태로 신장된다.
탄성부재(430)가 원상태로 신장됨에 따라 제2 볼램프(442)가 제1 볼램프(441) 방향으로 이동하게 된다. 제2 볼램프(442)가 원위치로 복귀함에 따라 제2 볼램프(442)와 연결된 클러치 링(420)도 원위치로 복귀한다.
클러치 링(420)이 원위치로 복귀함에 따라 클러치 링(420)의 제1 도그부(421)와 서포트 링(410)의 제3 도그부(413)의 결합이 해제되고, 클러치 링(420)의 제2 도그부(422)와 디퍼렌셜 케이스(310)의 제4 도그부(314)의 결합이 해제된다.
이와 같이 마그네틱 코일(445)의 전원 해제 시 탄성부재(430)에 의해 제2 볼램프(442) 및 클러치 링(420)이 원위치로 복귀함에 따라 이륜구동(2WD) 모드로 작동할 수 있다.
종래의 디스커넥터 장치는 도그부의 작동 메커니즘의 정밀제어가 필요하였으나, 본 발명은 클러치 링의 제1 도그부가 플랫(flat)한 면으로 형성되기 때문에 서포트 링의 제3 도그부와 결합 시 도그부 간 적정 응답성으로 빠르게 맞닿게 할 수 있고, 적정 포스(force)를 주어 체결시킴으로 정밀제어가 불필요하여 제어 시스템도 단순하게 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제2 볼램프의 스트로크에 따른 자기력 보정 및 구동 중 클러치 링과 서포트 링의 빠짐을 방지하기 위하여 변위 측정이 가능한 센서 장착이 필요할 수 있다. 이를 위해 도면에 구체적으로 도시하지 않았으나 클러치 링과 서포트 링의 결합이 제대로 이루어졌는지를 확인할 수 있는 변위 측정이 가능한 스트로크 센서를 구성할 수 있으며, 스트로크 센서는 페일 세이프(fail safe) 차원의 온/오프 위치만을 확인하는 온/오프 타입의 센서일 수 있다.
살펴본 바와 같이, 본 발명은 디퍼렌셜 케이스와 서포트 링을 분리한 고차동 미발생 구조로서 소음에 유리하고, 마그네틱 코일과 볼램프를 조합한 새로운 컨셉의 액추에이터로 컴팩트하며 전류소비율이 우수한 디스커넥터 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 디스커넥터 장치가 결합이 해제되어 차량이 이륜구동(2WD) 모드 주행 시 타력주행하는 보조 구동륜의 경우, 피니언 기어를 지지하는 서포트 링이 함께 회전함으로써 고차동 발생을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 마그네틱 코일을 사용함으로써 전류소비가 작고, 볼램프로 인한 힘의 증폭으로 마그네틱 코일 사이즈를 축소할 수 있어 전류 소모를 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명은 종래의 고전류 BLDC모터, 볼스크루 샤프트, 포크 등의 고가의 액추에이터가 저렴한 저전류 마그네틱 코일과 볼램프로 대체되어 원가를 절감할 수 있다. 또한, 본 발명은 디퍼렌셜 조립체와 디스커넥터 장치를 일체화함으로써 전장을 대폭 축소할 수 있고 이로 인해 중량 및 패키징 탑재성을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 허브, 슬리브 등의 대형 부품을 삭제하고 이를 지지하던 베어링류를 삭제할 수 있어 제작비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명은 디퍼렌셜 조립체와 디스커넥터 장치의 일체화로 인해 조립 공정을 단순화할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
300 : 디퍼렌셜 조립체 310 : 디퍼렌셜 케이스
311 : 연장부 314 : 제4 도그부
321 : 제1 피니언 기어 322 : 제2 피니언 기어
331 : 제1 사이드 기어 332 : 제2 사이드 기어
340 : 드라이브 기어 400 : 디스커넥터 장치
410 : 서포트 링 411 : 중심축
413 : 제3 도그부 420 : 클러치 링
421 : 제1 도그부 422 : 제2 도그부
423 : 노출부위 430 : 탄성부재
441 : 제1 볼램프 441a : 제1 홈
441b: 안착영역 442 : 제2 볼램프
442a : 제2 홈 443 : 볼
444 : 아마추어 444a : 마찰면
444b : 코팅처리 444c : 그루브
445 : 마그네틱 코일 446 : 코어
450 : 볼트 460 : 지지부재
470 : 심 S : 스플라인

Claims (12)

  1. 디퍼렌셜 케이스 내부에 구비되는 것으로서, 내부에 장착되는 피니언 기어를 지지하는 서포트 링;
    일측 단부가 상기 디퍼렌셜 케이스를 관통하여 디퍼렌셜 케이스 내부에 구비되면서, 상기 서포트 링과 결합 또는 해제 작동을 하는 클러치 링;
    상기 클러치 링의 타측 단부를 가압하여 상기 서포트 링과 클러치 링의 결합이 이루어지게 하는 액추에이터; 및
    상기 디퍼렌셜 케이스의 외측에 위치하는 상기 클러치 링의 노출부위에 결합되면서, 일측 단부는 디퍼렌셜 케이스에 접촉하고 타측 단부는 액추에이터에 접촉하는 탄성부재;
    를 포함하고,
    상기 액추에이터는,
    제1 볼램프;
    상기 제1 볼램프와 상기 클러치 링 사이에 위치하는 것으로서, 상기 제1 볼램프와 동심을 이루면서 상기 제1 볼램프보다 큰 외경으로 구성되는 제2 볼램프;
    상기 제1 볼램프와 제2 볼램프 사이에 개재되는 볼;
    상기 제1 볼램프를 외주를 감싸는 구조로 구성되는 것으로서, 일면이 상기 제2 볼램프를 향하는 아마추어;
    상기 아마추어의 타면 쪽에 구비되는 것으로서, 상기 아마추어를 향하는 접촉면이 상기 아마추어와 슬립 마찰을 하는 코어; 및
    상기 코어 내부에 수용된 상태에서 상기 아마추어를 향하는 접촉면이 상기 아마추어와 슬립 마찰을 하는 마그네틱 코일;
    을 포함하며,
    상기 클러치 링은,
    일측 단부에 상기 클러치 링의 일측에 구비되는 제1 도그부와 상기 클러치 링의 외경부에 구비되는 제2 도그부가 구비되고,
    사륜구동 시 상기 제1 도그부는 상기 서포트 링의 일측에 구비되는 구비되는 제3 도그부와 결합되고, 상기 제2 도그부는 상기 디퍼렌셜 케이스의 내경부에 구비되는 제4 도그부와 결합되며,
    이륜구동 시 상기 제1 도그부는 상기 서포트 링의 일측에 구비되는 구비되는 제3 도그부와 결합이 해제되고, 상기 제2 도그부는 상기 디퍼렌셜 케이스의 내경부에 구비되는 제4 도그부와 결합이 해제되는 것을 특징으로 하는 디스커넥터 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 볼램프는,
    일면이 상기 클러치 링과 연결되고 타면은 상기 제1 볼램프를 향하며, 상기 탄성부재에 의해 상기 클러치 링을 향하는 일면이 탄성 지지되면서 상기 클러치 링의 타측 단부를 상기 서포트 링 방향으로 가압하는 것을 특징으로 하는 디스커넥터 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼은,
    상기 제1 볼램프에 구비되는 제1 홈과 상기 제1 홈에 대응하여 상기 제2 볼램프에 구비되는 제2 홈 사이에 삽입되며, 상기 제1 홈과 제2 홈은 상기 볼에 부합하는 것을 특징으로 하는 디스커넥터 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 아마추어는,
    자성체인 것을 특징으로 하는 디스커넥터 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 아마추어는,
    상기 마그네틱 코일 및 코어와 슬립 마찰을 하는 마찰면이 코팅처리되는 것을 특징으로 하는 디스커넥터 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 아마추어는,
    상기 마그네틱 코일 및 코어와 슬립 마찰을 하는 마찰면이 그루브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스커넥터 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그네틱 코일과 코어는,
    변속기 하우징에 고정되어 상기 디퍼렌셜 케이스 회전에 독립되는 것을 특징으로 하는 디스커넥터 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 디퍼렌셜 케이스의 일측으로 연장부가 구비되고, 상기 액추에이터는 상기 연장부의 외측에 장착되는 것을 특징으로 하는 디스커넥터 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 서포트 링의 내부에 중심축이 구비되고, 상기 중심축의 양측으로 피니언 기어가 회전 가능하도록 결합되며, 양측 피니언 기어를 사이에 두고 양측으로 양측 피니언 기어와 치합되는 사이드 기어가 구비되는 것을 특징으로 하는 디스커넥터 장치.
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