KR19980064629A - 변속기 케이스 등을 위해 선택적으로 제동되는 플래니터리 기어캐리어 - Google Patents

변속기 케이스 등을 위해 선택적으로 제동되는 플래니터리 기어캐리어 Download PDF

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웨일란트데이비드알
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그렉지에기엘레브스키
보그-워너오토모티브,인코퍼레이티드.
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Abstract

2단 변속기 케이스 조립체는 플래니터리 기어 감속 조립체, 변속기 케이스 입력부로부터 플래니터리 기어 조립체 또는 직접 구동을 통해 양측의 감속 구동을 선택하는 이동 슬리브를 포함한다. 감속 조립체의 플래니트 캐리어는 가까이에 배치되는 밴드 브레이크를 포함한다. 리니어 액츄에이터는 플래니트 캐리어의 감속도를 제어할 수 있도록 밴드 브레이크를 선택적으로, 조정 가능하게 당김으로서, 캐리어의 속도와 플래니터리 기어 조립체의 출력부를 제어하게 된다. 이 구성은 관련된 자동 변속기로부터 변속기 케이스의 입력부에 전형적으로 적용되는 저항 토르크를 없애며, 부드러운 이동을 허락하는 변속기 케이스의 이동 요소들 사이에 상대적인 회전을 최소화하거나 제거시킨다. 완전히 결합될 때, 상기 플래니터리 캐리어 브레이크는 습식 파킹 브레이크로서 작용될 수 있다.

Description

변속기 케이스 등을 위해 선택적으로 제동되는 플래니터리 기어 캐리어
본 발명은 일반적으로 2단 속도 변속기 케이스(Two-speed transfer cases), 더 상세하게는, 조정될 수 있게 제어되는 밴드 브레이크에 의해 둘러싸이는 플래니터리 기어 감속 조립체 캐리어를 구비하는 2단 속도 변속기 케이스에 관한 것이다.
과거 및 현대의 양대에 걸친, 4륜 구동 자동차에 있어서, 변속기 케이스는 변속기의 출력부로부터 구동 토르크를 받아들이며, 주요 구동 라인 및 이차적인 구동 라인의 선택적인 기반 위에 항상 출력을 제공한다. 동력 분배 기준은 여러 가지이다. 기계의 중심 차동장치는 구동력을 분배할 수 있다. 작동기 가동식 클러치는 이차적인 구동라인을 결합시키거나 분리시키며, 또한 자동 변속기 시스템은 휠 슬립(Slip)과 같은 차량의 작동 조건에 따라서 이차적인 구동 라인을 결합시키거나 분리시키는 클러치를 제어한다.
좀더 고급의 차량들에 있어서, 변속기 케이스는 도그(Dog) 클러치 또는 조립체 구조를 결합할 때, 플래니터리 조립체를 통해 감속 구동기, 또는 차량 변속기의 출력부에 직접적으로 변속기 케이스 출력부를 결합시킴에 의해 직접 구동기를 제공하는 플래니터리 기어 감속 조립체를 포함한다.
4륜 구동기로의 동력 이동이나 4륜 구동기로부터의 동력 이탈과, 또한 변속기 케이스의 높고 낮은 범위간에 동력 이동을 달성하는데 필요한 몇몇 복잡한 작동방법에 의해 알려진 바와 같이, 변속기 케이스의 통합과 동력 이동의 전체적인 조작으로서의 상기 변속기 케이스의 조작은 원활하게(Seamlessly) 이루어지지 못했다. 예를 들면, 어떤 변속기 케이스의 구성은 4륜 구동기 특성을 해제시키기 전에 자동차가 완전한 정지에 이르도록 해야 한다는 것이다. 다른 경우에, 자동차는 록킹된 허브를 풀기 위해, 다른 허브를 정지시킨 상태에서 역방향으로 몇 피트 구동되어야 하며, 차량의 록킹 허브들을 연결(Couple)하거나 분리(Uncouple)시키기위해 구동기를 이탈시켜야 했다.
게다가, 2단 속도 변속기 케이스는 2단 속도 범위들간의 이동에 전형적으로 관련되는, 부드러운 제어를 위한 시도를 나타낸다. 일반적으로, 그런 이동의 어려움은 즉, 변속기 케이스 출력부 샤프트의 속도에 대해 높거나 낮은 속도 구동기의 속도와 매칭되면서, 동기(Synchronism)화 하는 것의 하나로 특징지어질 수 있다.
다양한 변속기와 변속기 케이스 장치들은 이런 문제를 다룬다. 예를 들면, 미국 특허 번호 3,019,671은 디스크 팩 클러치 조립체와 상기 디스크 팩 클러치 조립체의 바깥측 하우징의 주변에 감싸지는 브레이크 밴드를 구비하는 변속기를 가르쳐주고 있다. 브레이크는 유압 장치에 의해 작동된다. 미국 특허 번호 4,930,373에서, 유사한 유압 액츄에이터는 자동 변속기 부재의 주변에 배치되는 브레이크 밴드를 구동시킨다.
미국 특허 번호 5,018,434는 자동 변속기내에 배치되는 플래니터리 기어부의 일부분을 다시 결합시킨 마찰 밴드를 작동시키는 자기 조정식(Self-adjusting) 유압 서보 메카니즘을 가르쳐주고 있다.
미국 특허 번호 5,235,899는 상기 미국 특허 번호 5,018,434와 유사하며, 다른 유압 서보 메카니즘을 공개하고 있다.
미국 특허 번호 5,445,246은 플래니터리 기어 조립체 링 기어의 주변에 배치되는 추가적인 유압 서보 제어 브레이크 밴드를 공개하고 있다. 다시 말해서, 이 장치는 자동 변속기내에 전형적으로 병합되어 있다.
앞서 말한 것으로부터, 밴드형 브레이크는 플래니터리 기어 조립체에 연결되어 이용되고 있지만 2단 속도 변속기 케이스 내에 관련된 구조를 이용하는 개선은 완전히 개발되지 않았다는 것이 분명해진다.
2단 속도 변속기 케이스 조립체는 플래니터리 기어 감속 조립체와, 상기 플래니터리 기어 조립체를 통한 감속 구동기, 또는 변속기 케이스 입력부로부터 직접 구동기를 선택하는 이동 슬리브를 포함한다. 감속 조립체의 플래니트 캐리어는 주변에 배치되는 밴드 브레이크를 포함한다. 리니어 액츄에이터는 플래니트 캐리어의 감속도(Retardation)를 제어하기 위해 밴드 브레이크를 선택적으로, 조정 가능하게 당기게 됨에 따라 캐리어의 속도와 플래니터리 기어 조립체의 출력부를 제어하게 된다. 이 구성은 관련된 자동 변속기로부터 변속기 케이스의 출력부에 전형적으로 적용되는 저항(Drag) 토르크를 없애주며, 부드러운 변속을 허락하는 변속기 케이스의 이동 요소들간에 상대적인 회전을 최소화하거나 제거한다. 완전히 결합될 때, 플래니터리 캐리어 브레이크는 습식 파킹 브레이크로서 작용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 병합되는 변속기 케이스를 구비하는 4륜 구동 자동차 구동 라인을 도시하는 개략 평면도.
도 2는 본 발명에 병합되는 자동차 변속기 케이스를 도시하는 전체 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 자동차 변속기 케이스를 도시하는 부분 확대 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 플래니트 캐리어 및 비례적인 밴드 브레이크를 도시하는 전체 단면도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
16: 자동차 변속기 케이스 18: 출력부 샤프트
48: 입력부 부재 50,122: 톤 휠
52,124: 센서 100: 플래니터리 기어
102: 선 기어 106,120: 치형
110: 플래니트 기어 116: 플래니트 캐리어
128: 브레이크 주위면 130: 고정 링 기어
134: 출력부 부재 142: 치형
170: 브레이크 조립체 172: 액츄에이터
174: 전기 모터 176: 속도 감속 기어 트레인
180: 리니어 출력부 부재 184: 벨 크랭크
190: 브레이크 밴드 192: 마찰재
194: 단부 202: 압축 스프링
270: 톤 휠 272: 속도 센서
도 1을 참조로 하여, 일반적으로 본 발명에 병합되는 차량의 구동 시스템은 참조 번호 10으로 설명되거나 지적된다. 차량의 구동 시스템은 변속기(14)에 작동상 결합되는 출력부를 구비하는 내연 기관(12)과 같은 주요 발동기를 포함한다. 교대로, 변속기는 본 발명에 따른 변속기 케이스 조립체(16)에 작동상 결합되는 출력부를 구비한다. 변속기 케이스 조립체(16)는 주요한 또는 주된, 리어 출력부 샤프트(18) 및 이차적인 프론트 출력부 샤프트(20)를 포함한다. 변속기 케이스 조립체(16)의 주요 출력부 샤프트(18)는 리어 차동장치(26)에 동력을 전달하는 리어 구동 샤프트(24)를 구동시킨다. 유니버설 조인트(28)는 상기 주요 출력부 샤프트(18) 및 리어 차동장치(26)에 리어 구동 샤프트(24)를 결합시키기 위하여 종래의 실시에 따라 필요한 대로 이용된다. 상기 리어 차동장치(26)의 출력부는 리어 구동 액슬(30)들을 통해 한 쌍의 리어 타이어 및 휠 조립체(32)들에 결합된다. 상기 후륜 구동 장치에 설명되었듯이, 상기 리어 구동 샤프트(24), 리어 차동 장치(26), 유니버설 조인트(28), 리어 구동 액슬(30)들 및 리어 타이어 및 휠 조립체(32)는 주요(전-시간) 구동 라인을 구성한다.
유사하게, 변속기 케이스 조립체(16)의 프론트 또는 이차적인 출력부 샤프트(20)는 프론트 차동장치(36)에 동력을 전달하는 프론트 구동 샤프트(34)를 구동시킨다. 다시 말해서, 적절한 유니버설 조인트(38)는 상기 프론트 구동 샤프트(34) 및 프론트 차동장치(36)에 상기 이차적인 출력부 샤프트(20)를 결합시키기 위하여 종래의 실시에 따라 필요한 대로 이용된다. 프론트 차동장치(36)는 한 쌍의 프론트 타이어 및 휠 조립체(42)들에 한 쌍의 프론트 액슬(40)들을 통해 동력을 전달한다. 바람직하게, 한 쌍의 제각각의 록킹 허브(44)들은 각각의 타이어 및 휠 조립체(42)들에 프론트 액슬(40)들을 선택적으로 결합시킨다. 상기 록킹 허브(44)들은 수동으로 또는 원격으로, 및 자동으로 작동될 수 있다. 후륜 구동 장치에 설명됐듯이, 프론트 구동 샤프트(34), 프론트 차동장치(36), 유니버설 조인트(38), 프론트 구동 액슬(40)들, 프론트 타이어 및 휠 조립체(42)들 및 록킹 허브(44)들은 이차적인(부분-시간) 구동 라인을 구성한다.
도 2 및 도 3을 참조로 하여, 변속기 케이스 조립체(16)는 도 2 및 도 3의 검토로부터 쉽게 알 수 있는 것처럼, 다수의 부품, 전형적인 주물, 샤프트들을 위한 다양한 개구부들과, 샤프트 실링재들, 베어링들, 그루브들을 갖는 실링부 및 다른 내부 구성 요소들을 위한 패스너(Fastener)들, 다양한 장착면들 및 그루브들을 구비하는 하우징(46)을 포함한다. 상기 하우징(46)은 함께 회전되도록 배치되는 톤 휠(Tone wheel)(50)을 구비하는 스터브(Stub) 입력부 샤프트(48)를 수용한다. 홀(Hall) 효과 또는 다양한 자기 저항(Reluctance) 장치와 같은 센서(52)는 상기 입력부 샤프트(48)의 회전 속도를 감지하거나 유도해 내는데 유용한 신호를 제공한다. 상기 입력부 샤프트(48)는 도 1에 도시된 변속기(14)에 보완적으로 구성되는 출력부 샤프트(미도시됨)를 결합하거나 구동되게 수용하는 다수의 암(Female) 스플라인들 또는 기어 치형(56)들 또는 다른 적당한 구조들을 특징짓는 제 1차 직경의 영역을 갖는 완전한, 단차식의 중공부(54)를 특징짓는다.
상기 입력부 샤프트(48)는 볼 베어링 조립체(58)와 같은 감마재(Anti-friction) 베어링으로 부분적으로 지지된다. 샤프트 실링부(62)는 하우징(46)의 전단부측 입력부 샤프트(48)를 둘러싼다. 상기 입력부 샤프트(48)측 단차식 중공부(54)의 더 큰 직경 영역은 컵 형태의 샤프트 실링부(64) 및 롤러 베어링 조립체(66)를 수용한다. 교대로, 상기 롤러 베어링 조립체(66)는 제 1차 또는 주요 출력부 샤프트(18)의 감소된 직경 영역(68)을 수용하며, 회전될 수 있게 지지한다. 상기 주요 출력부 샤프트(18)의 타측 단부는 볼 베어링 조립체(72)와 같은 감마재 베어링에 의해 회전될 수 있게 지지된다. 바람직하게, 상기 주요 출력부 샤프트(18)의 단부는 수(Male) 나사부(74)들을 포함하며, 도 1에 도시된 관련된 구동 라인 요소들에 고정되도록 보완적으로 나사선이 형성된 플랜지부(76)를 수용한다. 샤프트 실링부(78)는 나사선이 형성되는 플랜지부(76) 및 하우징(46)의 사이에 적절한 실링부를 제공한다.
또한, 변속기 케이스 어셈블리(16)의 하우징(46)은 내부적으로 함께 형성될 수 있는 이(Second) 또는 이차적인 출력부 샤프트(20)를 수용하거나 유니버설 조인트(38)의 일부 또는 유사한 구동 라인 구성 요소를 형성하는 끼워 맞춤 또는 커플링(80)을 포함한다. 상기 이차적인 출력부 샤프트(20)는 볼 베어링 조립체(82)들과 같은 한 쌍의 감마재 베어링들에 의해 지지된다. 이차적인 출력부 샤프트(20)는 수 스플라인(84)들의 영역을 포함한다. 상기 수 스플라인(84)들은 체인 치형(92)을 갖는 피동 체인 스프라켓(88)의 내부 표면에 배치되는 보완적인 암 스플라인(86)들을 수용하며, 회전될 수 있게 결합된다. 구동 체인(94)은 주변으로 확장되며, 체인 치형(98)을 갖는 체인 구동 스프라켓(96)에 수용된다. 상기 체인 구동 스프라켓은 출력부 샤프트(18)에 자유로이 회전될 수 있게 배치된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 변속기 케이스 조립체(16)는 플래니터리 기어 감속 조립체(100)를 병합한다. 상기 플래니터리 기어 감속 조립체(100)는 입력부 샤프트(48)에 바람직하게 온전히 형성되면서, 함께 회전되는 기어 치형(104)들을 갖는 중앙에 배치된 선 기어(102)를 포함한다. 또한, 암 스플라인들 또는 기어 치형(106)들의 세트는 상기 입력부 샤프트(48)에 형성되면서, 상기 선 기어(102)로부터 방사상 내부적으로 배치된다. 상기 선 기어(102)의 기어 치형(104)들은 도 2 및 도 3에 도시되는, 다수의 피니언 또는 플래니트 기어(110)들에 형성된 보완적인 기어 치형(108)들을 구동될 수 있게 결합시킨다. 상기 플래니트 기어(110)들은 플래니트 캐리어(116)내에 장착되며, 유지되는 스터브 샤프트(114)들에 교대로 지지되는 롤러 베어링 조립체(112)들과 같은 감마재 베어링들에 수용되면서, 지지된다.
상기 플래니트 캐리어(116)는 입력부 샤프트(48)측 암 스플라인들 또는 기어 치형(106)들에 동일하게 형성되는 다수의 암 스플라인들 또는 기어 치형(120)들을 구비하는, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 오른쪽에, 제 1차 축방향 확장부(118)를 포함한다. 또한, 상기 제 1차 축방향의 확장부(118)는 상기 플래니트 캐리어(116)의 회전 속도를 탐지하거나 유도해내는 유용한 신호를 제공하는 홀 효과 또는 변수 자기 저항 센서와 같은 톤 휠(122)을 구성하면서, 센서(124)와 함께 작용하는 다수의 치형들을 포함한다. 또한, 플래니트 캐리어(116)는 환형의 원주 마찰면(128)을 포함하는, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 좌측에, 제 2의 축방향 확장부(126)를 포함한다. 상기 플래니트 기어(110)들의 기어 치형(108)들에 보완적인 기어 치형(132)들을 구비하는 링 기어(130)는 플래니트 기어(110)들과 정렬되어 작동상 하우징(46)내에 안전하게 고정된다. 축방향의 슬라이딩 이동 슬리브 또는 수축 허브(134)는 주요 출력부 샤프트(18)에 관해서 동심으로 배치되며, 상기 주요 출력부 샤프트(18)의 외측부에 배치되는 보완적인 수 스플라인들 또는 기어 치형(138)들에 일정한 치차 물림(Mesh)으로 존재하면서, 결합되어 구동되는 암 스플라인들 또는 기어 치형(136)들을 포함한다. 또한, 상기 이동 슬리브(134)는 제각기 상기 입력부 샤프트(48) 및 플래니트 캐리어(116)의 확장부(118)에 암 스플라인들 또는 기어 치형(106)들에 보완적인 일측 단부에 인접한 수 스플라인들 또는 기어 치형(142)들의 세트를 포함한다. 방사상 바깥측으로 향하는 플랜지부(144)는 스플라인들 또는 기어 치형(142)들에 대향된 이동 슬리브(130)의 단부에 배치된다.
이와 같이, 상기 이동 슬리브(134)의 축방향 병진은 상기 기어 치형(106 및 142)이 결합되도록 상기 이동 슬리브(134)가 도 2 및 도 3에 도시된 좌측 위치에 있게 될 때 상기 입력부 샤프트(48)(상부 기어)로부터 상기 주요 출력부 샤프트(18)를 선택적으로 결합하도록 받아들일 수 있게 하면서, 직접적으로 구동시킬 수 있게 한다. 상기 이동 슬리브(134)가 도 2 및 도 3에 도시된 우측 위치에 있게 될 때, 상기 스플라인들 또는 기어 치형(120 및 142)들이 결합되도록, 상기 주요 출력부 샤프트(18)는 플래니터리 기어 조립체(100)의 기어비(Gear ratio)에 의해 발생되는 감속도(하부 기어)로 상기 플래니터리 기어 감속 조립체의 캐리어(116)에 의해 구동된다. 상기 이동 슬리브(134)가 도 2 및 도 3에 도시된 위치에 있게 될 때, 상기 입력부 샤프트(48) 및 상기 주요 출력부 샤프트(18)의 사이에 구동 연결이 없게 되며, 그에 따라서 변속기 케이스 조립체(16)는 중립적이다.
상기 이동 슬리브(134)의 선택적인 축방향 병진과, 이에 따른 직접 구동(상부 기어)의 선택, 플래니터리 기어 조립체(100)(하부 기어)를 통한 감속도 구동 또는 중립은 액츄에이터 조립체(150)에 의해서 달성된다. 상기 액츄에이터 조립체(150)는 샤프트(154)를 회전시키는 전기적, 공압적 또는 유압적 구동 모터(152)를 포함한다. 상기 샤프트(154)는 캠 경로(160)를 구비하는 캠 조립체(158)를, 교대로 구동시키는 에너지 저장식 플래트 코일 스프링(156)을 가동시킨다. 캠 팔로우워 핀(162)은 상기 캠 조립체(158)의 캠 경로(160)내에 안착되며, 샤프트(154) 및 캠 조립체(158)가 회전될 때, 상기 팔로우워 핀(162)은 원통형 베어링(166)을 따라서 이동 포크(164)를 양방향으로 병진시킨다. 상기 이동 포크(164)는 상기 이동 슬리브(134)의 플랜지부(144)를 교대로, 결합시킨다. 주지된 것처럼, 플래트 코일 스프링(156)은 상기 구동 모터(152)와 이동 포크(164)간에 탄력적이면서, 에너지를 저장하는 상호 접속부를 제공하게 됨에 따라 상기 이동 모터(152)가 바람직한 위치에 도달될 수 있게 되지만, 이동 포크(164)와 이동 슬리브(134)는 상기 이동 슬리브(134)에 작동하는 힘이 상기 스프링(156)에 저장된 에너지가 상기 구동 모터(152)에 의해 지시된 이동을 완료하는 지점으로 줄어들게 되기까지는 상응하는 바람직한 위치로 이동될 수 없다.
도 3 및 도 4를 참조로 하면, 플래니터리 캐리어 브레이크 조립체(170)가 설명되어 있으며, 감속 기어 트레인(176)을 구동시키는 양방향 전기 구동 모터(174)를 바람직하게 포함하는 리니어 액츄에이터 조립체(172)를 포함하고 있다. 상기 감속 기어 트레인(176)은 토르크를 증가시키는 동안 구동 모터(174)의 속도를 감소시키는 하나 또는 그 이상의 피니언 및 스퍼어 기어들을 포함할 수 있다. 상기 감속 기어 트레인(176)의 출력부는 리니어 출력부 샤프트(180)의 리니어, 양방향 운동으로 기어 트레인(176)의 양방향 속도 감속 출력부를 변화시키는 볼 스크류 조립체(178)에 제공된다. 상기 리니어 액츄에이터 조립체(172)는 적당한 패스너(182)들에 의해 하우징(46)측 실링 개구부를 통해 장착되며, 상기 출력부 샤프트(180)는 플래니트 캐리어(116)의 제 2차 축방향 확장부(124)에 인접하면서, 일반적으로 접하는 상기 변속기 케이스 하우징(46)의 내부측으로 확장된다.
유압적으로나 공압적으로 동력이 가해지는 또는 다른 아날로그식 기계 장치인 양방향 피스톤 및 실린더 조립체와 같은 비교 가능하면서도 아날로그적인 리니어 액츄에이터 조립체가, 상기 도시된 리니어 볼 스크류 액츄에이터 조립체(172)를 대신할 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 그러나, 또한 상기 도시된 전기적으로 동력이 가해지는 리니어 액츄에이터 조립체(172)의 잇점들 중의 하나는, 전력이 상기 모터(174)로부터 제거될 때, 상기 조립체(172)가 출력부 샤프트(180)의 선택된 리니어 위치, 및 상기 전기 구동 모터(174)내의 전력 소비와 열 발생을 일반적으로 개선하여 제어하며 최소화시키는 특성을 유지시키는 것이라는 것을 인식하게 될 것이다.
상기 리니어 액츄에이터 조립체(172)에 일반적으로 인접하여 출력부 샤프트(180)에 피봇될 수 있게 고정되는 것은 단일 또는 이중의 벨 크랭크 또는 캠 레버(184)이다. 교대로, 캠 레버(184)는 상기 하우징(46)에 형성되거나 부착되는 마운팅 클레비스(Clevis) 또는 러그(186)내에 피봇될 수 있게 배치된다. 피봇 핀(188)들은 컨트롤 로드 및 마운팅 클레비스 또는 러그(186)에 상기 캠 레버(184)를 고정시킨다. 바람직하게, 브레이크 밴드(190)는 플래니트 캐리어(116)의 확장부(124)측 원주 마찰면(126)에 배치되는 다수의 적당한 스트립(Strip) 클러치 또는 브레이크 마찰재(192)를 포함한다. 브레이크 밴드(190)는 한 쌍의 일반적으로 평행하면서도, 바깥측으로 향한 이어부들 또는 러그(194)들을 포함한다. 이어부들 또는 러그들은 각각 출력부 샤프트(180)를 수용하는 정렬된, 온전한 구멍(198)들을 포함한다. 또한, 출력부 샤프트(180)는 상기 이어부(194)들 사이에 일반적으로 중앙에 배치되며, 입력부 샤프트(48)와 출력부 샤프트(18)의 축에 대해 바람직하게 일반적으로 방사상으로 향하는 하우징(46)으로부터 확장되는 고정된 웹(Web) 또는 플레이트(200)를 통해 확장된다.
한 쌍의 압축 스프링(202)들의 각각은 각각의 이어부(194)들과 고정된 플레이트(200)들의 사이에, 즉 쉽게 알 수 있도록 상기 고정된 플레이트(200)로부터 떨어진 비스듬한 이어부(194)들의 사이에 확장된다. 한 쌍의 록킹 또는 잼(Jam) 너트(204)들은 최우측 이어부(194)에 관계되는 출력부 샤프트(180)의 위치 조정을 쉽게 한다. 한 쌍의 록킹 또는 잼 너트(208)들을 구비하는 머신 볼트(206)는 중앙 플레이트 또는 웹(200)에 관계되는 최우측 이어부(194)의 위치를 조정한다. 리벳트, 나사식 패스너, 용접, 또는 적당한 고정 수단에 의해 브레이크 밴드(190)에 고정되는 U자형 스트랩(212)이 나사식 조정 볼트(214)에 안전하게 고정되어 있다. 상기 나사식 조정 볼트(214)는 브레이크 밴드(190)의 영역에 인접하여, 마찰재(192)와 하부 플래니트 캐리어(116)의 원주 마찰면(126) 사이에 유격(Clearance)을 조정할 수 있도록 브레이크 밴드(190)의 바닥부를 오르내리면서 회전될 수 있게 된다.
본 발명에 따라서 상기 선택적으로 제동되는 플래니터리 기어 캐리어 조립체(170)의 작동은 수월해진다. 처음부터, 발명자에 의해 사용된 용어 선택적으로 제동되는 은 조정가능하게 또는 비례적으로를 뜻하려는 의도이며, 조립체가 제공하는, 플래니터리 기어 캐리어(116)에 가해지는 제동력의 양이 0%로부터 100%까지 조정되는 능력도 포함한다는 것으로 이해되어야 한다. 이와 같이, 상기 리니어 액츄에이터 조립체(172)는 플래니터리 기어 캐리어(116)에 저항을 제공함이 없도록 조정되거나 위치될 수 있으며, 상기 플래니터리 캐리어(116)가 타이트하게 클램프되거나 제동되면서, 효과적으로 비회전될 수 있는 지점에서 상기 플래니트 캐리어(116)에 저항과 제동력을 증가시킨다. 물론, 상기 조정가능하며 조절 가능한 조치 내에 포함되는 것은, 예를 들면 두 가지 상태, ON/OFF, 2곳의 위치들을 제외하고 구비되는 장치로서, 단순히 기능을 하는 장치, 즉 종래의 플래니터리 캐리어처럼 기능을 하는 완전히 풀린 플래니터리 캐리어(116) 및 전적으로 록킹된 캐리어(116)이다.
이와 같이, 본 발명의 작동은 상기 플래니터리 기어 캐리어(116)의 제동을 조정할 수 있게 하거나 조절 가능하게 하는 제어를 포함한다. 그와 같이, 전력은 상기 플래니트 캐리어(116)의 마찰면(126)에 대하여 브레이크 밴드(190)를 타이트하게 하거나 느슨하게 하도록 출력부 샤프트(180)를 전진시키거나 후퇴시키는 전기 모터(174)에 인가된다. 상기 출력부 샤프트(180)가 후퇴될 때, 최우측 이어부(194)는 우측으로 당겨지며, 상기 캠 레버(184)의 작동을 통해, 상기 최좌측 이어부(192)가 좌측으로 캠 결합됨에 따라 상기 원주 마찰면(126)에 대하여 브레이크 밴드(190)를 클램핑시키게 된다. 상기 전기 모터(174)의 역 방향 작동과 출력부 샤프트(180)의 확장은 브레이크 밴드(190)를 풀어주며, 쉽게 알 수 있는 플래니터리 캐리어(116)의 제동을 감소시키거나 종결시킨다.
상기 작동은 많이 사용된다. 첫째로, 관련된 자동 변속기(14)로부터 변속기 케이스 조립체(16)의 입력부 샤프트(48)에 전형적으로 가해지는 저항 토르크를 없애는 것이 이용될 수 있다. 둘째로, 주요 출력부 샤프트(18)와 플래니트 캐리어(116)가 동기(Synchronism)될 때 이동 슬리브(134)에 의한 변속이 발생되도록 상기 플래니트 캐리어(116)를 동기화시킴으로서 변속기 케이스 조립체(16)의 구성 요소들간에 속도 차이를 최소화하거나 제거하는 것이 이용될 수 있다. 더욱이, 완전히 결합될 때, 상기 플래니터리 캐리어 브레이크는 차량(10)의 구동 라인을 완전히 잠그도록 작동되며, 습식 파킹 브레이크로서 작동된다. 상기 리니어 액츄에이터 조립체(172)는 동력이 상기 전기 모터(174)로부터 제거될 때 제자리의 위치에 유지된다는 것이 기억될 것이다. 이와 같이, 상기 플래니터리 캐리어 브레이크 조립체(170)는 완전히 결합될 수 있으며, 상기 플래니트 캐리어(116)는 잠기어 회전되지 못하게 되며, 동력은 전기 모터(174)로부터 제거된다. 상기 리니어 액츄에이터 조립체(172)는 제 위치를 유지하며, 그에 따라서 캐리어(116)는 언급된 파킹 브레이크 처럼 상기 조립체를 사용하기에 적당하게 만드는 전력의 부재시 제동된 상태로 남을 것이다. 최종적으로, 입력부 샤프트(48)측 톤 휠(50)에 관련되는 센서(52)와,
플래니트 캐리어(116)측 톤 휠(122)에 관련되는 센서(124), 및
출력부 샤프트(18)측 톤 휠(270)에 관련되는 센서(272)는 정보를 얻으려는 어떤 목적을 위해 입력부 샤프트(48), 플래니트 캐리어(116) 및 출력부 샤프트(18)의 현재 속도에 대해 이동 또는 다른 목적을 위해 또는 단순히 표시를 나타내는 것을 용이하게 하기 위해 상기 입력부 샤프트(48) 또는 상기 출력부 샤프트(18)에 관계되는 플래니트 캐리어(116)의 동기(Synchronism)를 제어하며, 달성하는 상기 전기 모터(174)에 서보(Servo) 제어 신호를 제공하는, 전자 컨트롤러 또는 마이크로 프로세서(둘 다 미도시됨)에 의해 이용될 수 있는 신호를 제공한다는 것이 알려지게 될 것이다.
다시, 도 2를 참조로 하면, 상기 변속기 케이스 조립체(16)는 전자기적으로 동작되는 디스크 팩 조립체(220)를 포함할 수 있다. 상기 디스크 팩 조립체(220)는 출력부 샤프트(18)의 주위에 배치되며, 상기 출력부 샤프트(18)측 스플라인들 또는 치형들의 보완(Complementary) 세트를 결합하는 암 스플라인들 또는 기어 치형들의 세트를 통해 출력부 샤프트(18)에 회전될 수 있게 결합되는 원형 구동 부재(224)를 구비하는 작동자 또는 액츄에이터 조립체(222)를 포함한다. 원형 구동 부재(224)의 일측면은 나선형 토러스(Torus)의 경사 단면 형태로 원주상에 다수의 간격을 갖는 분리식 안착부들을 포함한다. 상기 각각의 다수의 안착부들은 유사 다수의 하중 전달 볼(226)들의 하나를 수용한다.
상기 원형 구동 부재(224)에 인접하여 배치된 원형 피동 부재(232)는 상기 구동 부재(224)의 안착부들처럼 동일한 형태를 특징짓는 대향측 유사 다수의 안착부들을 포함한다. 상기 안착부들의 경사 측벽부들은 사면부(Ramp)들 또는 캠들처럼 기능하며, 상대적인 회전에 따라서 축방향으로 분리되는 상기 원형 부재(224 및 232)들을 구동시키는 볼(226)과 함께 작용된다. 상기 안착부들과 상기 하중 전달 볼(226)들은 상대적인 회전에 따라서 상기 원형 부재(224 및 232)들의 축방향 변위를 일으키는 다른 유사한 기계 요소들로 교체될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들면, 보완적으로 형성되는 원추형 나선부들에 배치되는 테이퍼 진 롤러들이 이용될 수 있다.
상기 원형 구동 부재(224)는 방사상 외향되게 확장되는 적용판(234)에 고정되거나 함께 통합되어 형성된다. 압축 스프링(236)은 출력부 샤프트(18)의 주변에 동심으로 배치된다. 상기 압축 스프링(236)은 다수의 벨레빌(Belleville) 스프링들 또는 파형 와샤들을 포함할 수 있다. 압축 스프링(236)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 원형 구동 부재(224), 및 상기 압축 스프링(236)을 우측으로 밀어붙이는 상기 적용판(234)에 바이어스 되거나 복귀되는 힘을 제공한다. 뒤에, 예를 들면, 상기 적용판(234)의 우측에는 클러치 아마튜어(Armature)(238)가 있다. 클러치 아마튜어(238)는 벨 형태의 클러치 하우징(224)의 원통형 부분의 내부면을 따라서 축방향으로 확장되는 보완적인 다수의 암 스플라인들 또는 기어 치형(242)들에 결합되도록 그의 주변에 배치되는 다수의 수 스플라인들 또는 기어 치형들을 포함한다.
상기 적용판(234)에 대향된 클러치 아마튜어(238)의 면에 인접되게 위치되는 것은 연철(Soft iron) 로터(246)이다. 상기 로터(246)는 보완적으로 형성된 고정 코일 하우징(248)에 자유로이 회전 가능하게 수용되어 있다. 상기 로터(246)는 마찰 결합(Friction fit) 또는 용접과 같이 스플라인된(Splined) 상호 접속부 또는 다른 고정부의 힘으로 원형 피동 부재(232)에 결합되어 함께 회전된다. 상기 코일 하우징(248)은 도 2에 도시된 것, 다수의 적당한 패스너(252)들에 의해 변속기 케이스 조립체(16)의 하우징(46)에 고정된다. 상기 코일 하우징(248)은 컨덕터(미도시됨)를 통해 전기 에너지의 전원부에 연결되는 전자기 코일(254)을 수용한다.
상기 적용판(234)에 근접하면서 상기 클러치 하우징(244)내에 포함되는 것은 디스크 팩 조립체(260)이다. 상기 디스크 팩 조립체(260)는 다수의 삽입된 마찰판들 또는 디스크(262)들을 포함한다. 제 1다수의 더 작은 직경의 디스크(262A)들은 상기 출력부 샤프트(18)의 수 스플라인들에 교대로 안착되는 스플라인된 칼라(264)의 상기 수 스플라인들에 수용된다. 상기 제 1다수의 마찰 디스크(262A)들 및 상기 스플라인된 칼라(264)는 모두가 상기 주요 출력부 샤프트(18)와 함께 회전된다. 제 2다수의 더 큰 직경의 디스크(262B)들은 상기 제 1다수의 디스크(262A)들과 함께 삽입되며, 상기 클러치 하우징(244)측 원통형 부분의 내부면에 스플라인들 또는 기어 치형(242)들을 결합하는 상기 제 1다수의 디스크(262A)의 주변에 스플라인들을 포함하며, 그에 따라 다함께 회전된다. 상기 클러치 하우징(244)은 상기 주요 출력부 샤프트(18)의 주변에 동심으로 배치되며, 체인 구동 스프라켓(96)에 보완적으로 형성되는 개구부들 또는 구멍들 내에 수용되는 다수의 축방향 러그들 또는 돌출물(266)들을 포함한다. 상기 체인 구동 스프라켓(96)은 주지된 바 처럼, 상기 주요 출력부 샤프트(18)의 주변에 자유롭게 회전될 수 있게 배치되며, 구동 체인(94)을 결합하는 상기 체인 구동 스프라켓(96)의 주변에 체인 구동 치형(98)을 포함한다. 상기 구동 체인(94)은 제 2출력부 샤프트(20)에 결합되는 피동 스프라켓(88)에 동력을 전달한다.
상기 전자기 코일(254)의 에너지화는 상기 원형 구동 부재(224)와 상기 원형 피동 부재(232)간에 저항과 상대 회전을 발생시키는 자기 플러스(Flux)를 발생시킴으로서 상기 원형 구동부재(224)와 상기 원형 피동 부재(232)를 분리시키게 된다는 것이 알려질 것이다. 상기 원형 부재(224 및 232)들이 분리될 때, 압축력은 적용판(234)을 통해 상기 디스크 팩 조립체(260)에 가해진다. 상기 마찰 디스크(262A 및 262B)들의 압축은 상기 주요 출력부 샤프트(18)로부터 상기 체인 구동 스프라켓(96), 상기 구동 체인(94), 상기 피동 체인 스프라켓(88) 및 상기 제 2출력부 샤프트(20)로 토르크 전달을 발생시킨다. 상기 주요 출력부 샤프트(18)로부터 제 2출력부 샤프트(20)로의 토르크 전달의 크기는 0%로부터 50% 토르크 전달이내 이며, 즉 상기 둘의 출력부 샤프트(18 및 20)들 사이에 토르크의 동등한 분리는 상기 전자기 코일(254)에 제공되는 전기 에너지의 크기를 조정함으로서 제어될 수 있다. 상기 디스크 팩 조립체(220)의 구조와 작동에 대한 더 상세한 설명은 여기에 참조로 병합된, 1995년 4월 18일자로 등록된 공동 소유의 미국 특허 번호 5,407,024에서 알 수 있을 것이다.
상기 변속기 케이스 조립체(16)의 모든 관련된 회전 요소들의 회전속도 감지를 편리하게 하기 위하여, 제 3톤 휠(270)이 상기 주요 출력부 샤프트(18)에 부착되고 함께 회전되며, 홀 효과 또는 다양한 자기 저항 센서가 될 수 있는 인접되게 배치된 센서(272)는 상기 출력부 샤프트(18)의 회전속도를 탐지하거나 유도해내는 데 유용한 신호를 제공한다.
앞서의 공개는 본 발명을 실시하는 발명자에 의해 구상된 최상의 모드이다. 그러나, 수정과 변경을 병합한 장치는 플래니터리 기어와 변속기 케이스 조립체에 대한 문헌의 기술에서 자명해지게 될 것이라는 것이 분명해질 것이다. 상기 앞서의 공개가 본 발명을 실시하는 관련 문헌에 기술을 부여시키려는 경향이 있는 한, 본 발명은 한정되게 해석되지 않게 되지만, 앞서 언급한 자명한 변화들을 포함하는 것으로 해석될 것이며, 다음의 청구 범위들의 사상과 범위로서만 한정되어야 할 것이다.
본 발명의 변속기 케이스 등을 위해 선택적으로 제동되는 플래니터리 기어 캐리어는 관련된 자동 변속기로부터 변속기 케이스의 출력부에 전형적으로 적용되는 저항(Drag) 토르크를 없애주며, 부드러운 변속을 허락하는 변속기 케이스의 이동 요소들간에 상대적인 회전을 최소화하거나 제거한다. 완전히 결합될 때, 플래니터리 캐리어 브레이크는 습식 파킹 브레이크로서 작용될 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 플래니터리 기어(100) 및 브레이크 조립체(170)에 있어서,
    선 기어(102)를 구비하는 입력부 부재(48)와,
    상기 선 기어(102)의 주변에 배치되면서, 브레이크 주위면(128)을 갖는 플래니트 캐리어(116)와,
    상기 플래니트 캐리어(116)에 회전될 수 있게 배치되는 두 개 이상의 플래니트 기어(110)들과,
    상기 플래니트 기어(110)들의 주변에 배치되면서 결합되는 고정 링 기어(130)와,
    상기 브레이크 주위면(128)에 배치되는 브레이크 밴드(190)와, 그리고
    상기 브레이크 주위면(128)측 상기 브레이크 밴드(190)를 선택적으로 결합하는 액츄에이터(172)를, 조합하여 포함하는 것을 특징으로 하는 플래니터리 기어 및 브레이크 조립체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 입력부 부재(48) 또는 상기 플래니트 캐리어(116)에는 선택적 결합을 위해 적용되는 출력부 부재(134)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래니터리 기어 및 브레이크 조립체.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 출력부 부재(134)는 치형(142)들을 구비하는 축방향으로 슬라이딩 가능한 클러치이며, 상기 입력부 부재(48) 및 상기 플래니트 캐리어(116)는 상기 클러치측 상기 치형(142)들에 의해 결합되는 치형(106,120)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 플래니터리 기어 및 브레이크 조립체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 브레이크 밴드(190)는 마찰재(192)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래니터리 기어 및 브레이크 조립체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터(172)는 리니어 볼 스크류 액츄에이터이며, 전기 모터(174)와 속도 감속 기어 트레인(176)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플래니터리 기어 및 브레이크 조립체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터(172)와 상기 브레이크 밴드(190)의 사이에는 작동상 배치되는 한 쌍의 압축 스프링(202)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플래니터리 기어 및 브레이크 조립체.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 브레이크 밴드(190)는 한 쌍의 단부(194)들을 구비하며, 상기 액츄에이터(172)는 리니어 출력부 부재(180)를 포함하되, 상기 리니어 출력부 부재(180)는 상기 브레이크 밴드(190)측 상기 한 쌍의 단부(194)들의 하나에 직접적으로 작용하면서, 상기 브레이크 밴드(190)측 상기 한 쌍의 단부(194)들의 다른 하나에 대해서 벨 크랭크(184)를 통해 작동되는 것을 특징으로 하는 플래니터리 기어 및 브레이크 조립체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 입력부 부재(48)와 상기 플래니트 캐리어(116)에 배치되는 톤 휠(50,122)과, 상기 각각의 톤 휠(50,122)들에 인접되게 배치되어 속도 신호를 제공하는 센서(52,124)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플래니터리 기어 및 브레이크 조립체.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 플래니터리 기어(100)와 브레이크 조립체(170)는 자동차 변속기 케이스(16)내에 배치되는 것을 특징으로 하는 플래니터리 기어 및 브레이크 조립체.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 플래니터리 기어(100)와 브레이크 조립체(170)는 자동차 변속기 케이스(16)내에 배치되며, 상기 자동차 변속기 케이스(16)는 톤 휠(270)을 구비하는 출력부 샤프트(18)와, 상기 톤 휠(270)에 인접되게 배치되는 속도 센서(272)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래니터리 기어 및 브레이크 조립체.
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