KR20000052574A - 전기 변속 제어 조립체 - Google Patents

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Abstract

동력 전달 장치를 위한 변속 제어 조립체는 시프트 레일에 결합되며 이를 양방향으로 회전시키는 출력부를 구비하는 전기 구동 모터와 기어 열(gear train)을 포함한다. 시프트 레일은 한 쌍의 일정한 간격으로 떨어진 캠 종동자를 포함한다. 시프트 포크 조립체가 캠 종동자 사이의 시프트 레일을 자유로이 회전 가능하게 수용하며 상기 시프트 레일에 배치된다. 시프트 포크 조립체는 캠 종동자에 의해 맞물리는 한 쌍의 일정한 간격으로 떨어진 나선형 캠 표면을 갖는 바디부와, 시프트 클러치 칼라와 맞물리는 포크를 포함한다. 시프트 레일이 양방향으로 회전할 때, 시프트 포크 조립체와 클러치 칼라는 양방향으로 병진한다. 원형 플레이트는 시프트 레일과 함께 회전을 위해 배치되며 개구 어레이를 포함한다. 다수의 센서는 원형 플레이트에 대해 탐지하는 관계로 인접하게 배치된다. 원형 플레이트와 시프트 레일이 회전할 때, 센서는 시프트 레일의 다수의 특정한 각도 위치와 시프트 포크의 병진 위치에 상응하는 신호의 고유한 조합을 발생시킨다.

Description

전기 변속 제어 조립체{ELECTRIC SHIFT CONTROL ASSEMBLY}
본 발명은 일반적으로 동력 전달 시스템을 위한 전기 변속 제어 조립체에 관한 것으로, 더 상세하게는 변속기 케이스 및 변속기와 같은 차량의 구동 라인 구성 요소에 사용을 위한 전기 변속 제어 조립체에 관한 것이다.
변속 조립체 즉, 변속기 및 변속기 케이스와 같은 차량의 구동 라인 구성 요소에 둘 또는 그 이상의 기어 또는 속도 범위의 선택을 달성하는 장치가 수년간에 걸쳐 상당히 발전되었다. 초기에, 상기 장치는 수동으로만 즉, 운전자에 의해 작동되며 작동기 제어 방식의 변속기 레버에 의해 선택적으로 맞물리며 양방향으로 병진되는 다수의 평행한 시프트 레일 및 포크(forks)를 포함한다.
자동 변속기의 출현으로, 변속기 레버는 속도 범위 선택 장치라기 보다는 오히려 모드 선택 장치이며, 실제 기어 변속은 변속기 내에서, 일반적으로 별다른 작동기의 입력 없이 발생한다.
유사하게, 변속기 케이스의 속도 범위의 수동 제어는 직접 수동 제어로부터 운전자의 직접 입력 또는 마이크로프로세서에 의해 제어되는 전기, 유압, 또는 공압 작동기에 의한 선택으로 발전을 겪어왔다. 직접적인 수동 제어와 함께, 변속 메커니즘은 예를 들면, 고속 기어, 저속 기어 및 중립 기어와 맞물리도록 양방향으로 이동할 수 있는 단일 시프트 레일을 포함하는 초기의 변속기 메커니즘과 유사할 수 있다. 많은 다른 기계적인 장치가 고속 기어 선택 및 저속 기어 선택을 위해 이용된다. 예를 들면, 시프트 포크는 회전 가능한 시프트 레일에 인접하는 고정 레일에 슬라이딩되게 배치될 수 있다. 회전 가능한 시프트 레일은 시프트 포크 상의 종동자에 의해 맞물린 캠을 구동하는 스프링과 같은 에너지 저장 장치에 결합된다. 기어 충돌로 인해 곧 바로 완료될 수 없는 변속은 기어 치형부가 맞물림 가능한 정렬 상태일 때 완료되도록 에너지 저장 장치는 에너지를 저장한다. 예를 들면, 회전 섹터 플레이트 또는 볼 스크류 액추에이터를 이용하는 다른 조립체는 상기 기어 선택 및 속도 선택을 하기 위해 양방향 이동을 제공한다.
마이크로프로세서 또는 다른 제어 시스템과 일체로 될 때, 실시간에 변속 부재의 위치를 감지하는 것이 일반적으로 필요하다. 상기와 같은 복잡한 시스템이 주어졌을 때, 실제 구성 요소, 즉 변속을 이행하는 기어에 가능한 한 가장 가까운 상기 변속 부재의 위치를 탐지하는 것이 일반적으로 바람직하다. 즉, 조립체가 에너지 저장 장치를 포함하는 경우, 메커니즘의 구동 구성 요소가 피동 구성 요소와 별개의 위치에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 구동 구성 요소로부터 상기 피동 구성 요소의 위치를 감지하려는 시도는 손쉽게 위치 에러를 일으킬 수 있다. 그렇지만, 상기 구동되거나 제어되는 요소, 즉 기어에 충분히 가깝게 위치 센서를 설치하는 것은 상당한 패키징 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서, 구동 요소 및 피동 요소가 언제나 상응하는 위치를 취하고, 그에 따라서 상기 피동 메커니즘 보다는 오히려 구동 메커니즘의 가까이에서 위치 탐지가 발생하도록 허용하는 것을 보장할 수 있는 기어 변속 작동기 조립체는 패키징 문제 및 조립 문제를 단순화한다. 본 발명은 상기 개선된 구조에 관한 것이다.
동력 전달 장치를 위한 변속 제어 조립체는 시프트 레일에 결합되며 이를 양방향으로 회전시키는 출력부를 구비하는 전기 구동 모터와 기어 열(gear train)을 포함한다. 시프트 레일은 한 쌍의 일정한 간격으로 떨어진 캠 종동자를 포함한다, 시프트 포크 조립체가 상기 캠 종동자 사이의 시프트 레일을 자유롭게 회전 가능하게 수용하며 상기 시프트 레일에 배치된다. 시프트 포크 조립체는 캠 종동자에 의해 맞물리는 한 쌍의 일정한 간격으로 떨어진 나선형 캠 표면을 갖는 바디부 및 변속 클러치 칼라(collar)와 맞물리는 포크를 포함한다. 시프트 레일이 양방향으로 회전됨에 따라서, 시프트 포크 조립체와 클러치 칼라는 양방향으로 병진한다. 원형 플레이트는 시프트 레일과 함께 회전을 하도록 배치되며 개구 어레이(array)를 포함한다. 다수의 센서가 원형 플레이트에 대해 탐지하는 관계로, 인접하게 배치된다. 원형 플레이트와 시프트 레일이 회전함에 따라서, 상기 센서는 시프트 레일의 다수의 특정한 각도 위치와 시프트 포크의 병진 위치에 상응하는 고유한 신호 조합을 발생시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 차량의 변속기 또는 변속기 케이스와 같은 동력 전달 장치에 전기 변속 제어 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 양방향 회전 시프트 레일에 슬라이딩되게 배치되는 캠 및 시프트 포크와 맞물리는 상기 양방향 회전 시프트 레일을 구비하는 전기 변속 제어 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 회전 시프트 레일에 고정되는 개구 플레이트와 상기 개구 플레이트에 인접하게 배치되는 다수의 센서를 구비하는 전기 변속 제어 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 회전 시프트 레일에 결합되는 양방향 회전 출력부를 갖는 전기 모터와 감속 기어 열을 구비하는 전기 변속 제어 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명 및 동일한 도면 번호가 동일한 구성 요소, 요소, 또는 특징부에 대해 언급하는 첨부 도면의 참조로 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 변속 제어 조립체를 병합하는 변속기 케이스를 구비하는 4륜 구동 차량을 도시하는 개략 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 변속 제어 조립체를 병합하는 변속기 케이스를 도시하는 전체 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 변속 제어 구동 조립체를 도시하는 확대 부분 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 시프트 포크 조립체를 도시하는 확대 부분 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 변속 제어 조립체의 위치 엔코딩 장치를 도시하는 확대 측면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 구동 열 12: 원동기
14: 변속기 16: 변속기 케이스 조립체
20: 주 구동 라인 22: 후측 지지 샤프트
24: 후측 차동 장치 26: 후측 액슬
28: 주 휠 조립체 30: 보조 구동 라인
32: 전측 지지 샤프트 34: 전측 차동 조립체
36: 전측 액슬 38: 보조 휠 조립체
42: 록킹 허브 44: 유니버설 조인트
46: 제어 콘솔 70: 기어 조립체
110: 전기 변속 제어 조립체 140: 출력부 샤프트 조립체
154: 개구 플레이트, 또는 디스크 200: 시프트 포크 조립체
220: 디스크 팩 타입의 클러치 조립체, 또는 전자기 클러치 조립체
250: 디스크 팩 클러치 조립체
현재 도 1을 참조로 하면, 4륜 차량의 구동 열(drive train)이 개략적으로 도시되었으며 도면 번호 10으로 표시되었다. 4륜 차량의 구동 열(10)은 변속기(14)에 결합되며 이를 직접 구동하는 원동기(prime mover)(12)를 포함한다. 변속기(14)는 자동 또는 수동 타입 중의 어느 하나일 수 있다. 변속기(14)의 출력부는 주 또는 후측 지지 샤프트(22), 주 또는 후측 차동 장치(24), 한 쌍의 작동중인(live) 주 또는 후측 액슬(26), 및 각 쌍의 주 또는 후측 타이어와 휠 조립체(28)를 포함하는, 주 또는 후측 구동 라인(20)에 기동력을 제공하는 변속기 케이스 조립체(16)를 직접 구동한다.
변속기 케이스 조립체(16)는 보조 또는 전측 지지 샤프트(32), 보조 또는 전측 차동 조립체(34), 한 쌍의 작동중인 보조 또는 전측 액슬(36), 및 각 쌍의 보조 또는 전측 타이어와 휠 조립체(38)를 포함하는 보조 또는 전측 구동 라인(30)에 기동력을 또한 선택적으로 제공한다. 전측 타이어와 휠 조립체(38)는 쌍의 전측 액슬(36)의 각각에 직접 결합될 수 있으며, 또는 원한다면 한 쌍의 수동 또는 원격으로 작동할 수 있는 록킹 허브(42)는 쌍의 전측 액슬(36) 및 상기 액슬(36)에 선택적으로 연결되도록 타이어와 휠 조립체(38) 각각의 사이에 작동되게 배치될 수 있다. 최종적으로, 주 구동 라인(20)과 보조 구동 라인(30)은 다양한 샤프트와 구성 요소의 사이에 정적 및 동적 오프셋(offsets)과 불일치를 허용하도록 종래의 방식으로 기능하는 적당하고 적합하게 배치되는 유니버설 조인트(44)를 포함할 수 있다. 차량 조작자가 편리하게 접근하도록 바람직하게 배치되는 제어 콘솔(46)은 스위치 또는 다수의 개별 스위치, 또는 아래에 더 상세히 기술되어질 변속기 케이스 조립체(16)의 작동 모드 선택을 용이하게 하는 누름 버튼(48)을 포함한다.
앞서의 설명 및 다음의 설명은 후측 구동 라인(20)이 주 구동 라인으로서 기능하고 즉, 상기 후측 구동 라인(20)이 실제적으로 항상 맞물려 작동하며, 그 결과 전측 구동 라인(30)이 보조 구동 라인으로서 기능하고 즉, 상기 전측 구동 라인(30)은 파트-타임으로만, 또는 보조 또는 보완적인 방식으로 맞물려 작동하는, 보통 후륜 구동 차량이라 일컬어지는 차량에 관한 것이다.
여기에 개시되고 청구된 본 발명은 변속기 및 변속기 케이스에 손쉽게 이용될 수 있기 때문에 "전측(front)" 및 "후측(rear)" 이라기 보다는 오히려 여기에서는 이들 지정어 "주(primary)" 및 "보조(secondary)" 가 사용되며, 거기서 주 구동 라인(20)은 차량의 전측에 배치되며 보조 구동 라인(30)은 차량의 후측에 배치된다. 따라서, 상기 지정어 "주" 및 "보조"는 개별 구동 라인의 특정한 위치 이라기 보다는 오히려 개별 구동 라인의 기능을 폭넓게 그리고 적절하게 특징화한다.
현재 도 1 및 도 2를 참조로 하면, 본 발명에 병합하는 변속기 케이스 조립체(16)는 다수의 조각, 전형적인 주조물(cast), 평평한 원형 밀봉 표면을 갖는 하우징 조립체(50), 샤프트와 베어링을 위한 개구부, 및 다양한 리세스(recesses), 숄더(shoulders), 플랜지, 카운터보어, 및 상기 변속기 케이스 조립체(16)의 다양한 구성 요소와 조립체를 수용하도록 이와 유사한 것을 포함한다. 입력부 샤프트(52)는 도 1에 도시된 변속기(14)의 출력부를 상기 입력부 샤프트(52)에 구동되게 결합하는 암(female) 또는 내부 스플라인 또는 기어 치형부(54), 또는 다른 적당한 구조를 포함한다. 입력부 샤프트(52)는 볼 베어링 조립체(56)와 같은 감마찰(anti-friction) 베어링에 의해 외부적으로 및 롤러 베어링 조립체(58)와 같은 감마찰 베어링에 의해 내부적으로 회전되게 지지된다. 롤러 베어링 조립체(58)는 출력부 샤프트(60)의 직경 감소 부분에 배치된다. 입력부 샤프트(52)와 하우징 조립체(50)의 사이에 위치되는 오일 실(62)은 이들 사이에 유체의 적절하고 빈틈없는 밀봉을 제공한다. 출력부 샤프트(60)의 대향 단부는 볼 베어링 조립체(64)와 같은 감마찰 베어링에 의해 지지된다. 단부 캡 또는 실(66)은 출력부 샤프트(60) 내의 축방향 통로(68)의 단부를 막는다. 제로터 펌프(gerotor pump)(P)는 축방향 통로(68)에 윤활 및 냉각 유체의 흐름을 제공하고 그리고 나서 출력부 샤프트(60) 내의 다수의 방사상 포트를 통해 변속기 케이스 조립체(16)의 구성 요소로 분배되도록 하는데 전형적으로 이용될 것이다.
변속기 케이스 조립체(16)는 일반적으로 입력부 샤프트(52)의 주위에 배치되는 2단 속도의 플래니터리(유성) 기어 조립체(70)를 또한 포함한다. 플래니터리 기어 조립체는 다수의 외부 기어 치형부(74)와 다수의 내부 스플라인 또는 기어 치형부(76)를 구비하는 선(sun) 기어 칼라(72)를 포함한다. 내부 스플라인 또는 기어 치형부(76)는 입력부 샤프트(52)에 형성되는 보완적인 외부 스플라인 또는 기어 치형부(78)에 의해 맞물린다. 내부 기어 치형부(82)를 구비하는 링 기어(80)는 선 기어(72)와 상기 선 기어의 치형부(74)에 방사상으로 정렬된다. 링 기어(80)는 하우징 조립체(50) 내에 형성되는 돌출부 또는 립(84) 및 상호 작용 스냅 링(86)과 같은 어떤 적당한 유지 구조에 의해 하우징 조립체(50) 내에 고정되게 유지된다. 다수의 피니언 기어(88)는 유사한 다수의 스터브 샤프트(92)에 의해 지지되며 위치되는 롤러 베어링(90)과 같은 유사한 다수의 감마찰 베어링에 회전되게 수용된다. 다수의 스터브 샤프트(92)는 플래니트 캐리어(94) 내에 장착 및 고정된다. 플래니트 캐리어(94)는 다수의 내부 스플라인 또는 기어 치형부(96)를 포함한다. 플래니터리 기어 조립체(70)는 여기에 참조 내용으로 병합된 공동 소유의 미국 특허 번호 제US 4,440,042호에 더 충분히 기술되어 있다.
플래니터리 기어 조립체(70)는 기다란 내부 스플라인 또는 기어 치형부(102)를 한정하는 도그(dog) 클러치 또는 클러치 칼라(100)를 또한 포함한다. 클러치 칼라(100)의 내부 스플라인 또는 기어 치형부(102)는 출력부 샤프트(60) 상의 보완적인 다수의 외부 스플라인 또는 기어 치형부(104)에 슬라이딩되게 수용된다. 따라서, 클러치 칼라(100)는 출력부 샤프트(60)와 함께 회전하지만 이를 따라서 양방향으로 병진할 수도 있다. 클러치 칼라(100)는 플래니트 캐리어(94) 상의 내부 스플라인 또는 기어 치형부(96)에 모든 측면에서 보완적인 관계로 있는 외부 스플라인 또는 기어 치형부(106)를 일단부에 또한 포함한다. 기어 치형부(96)에 대향되는 클러치 칼라(100)의 단부는 주변으로 및 방사상으로 확장하는 플랜지(108)를 한정한다.
클러치 칼라(100)는 3개의 위치와 작동 모드를 갖출 수 있다. 도 2의 하측 부분에서, 클러치 칼라(100)는 가장 왼편 또는 직접 구동 위치에 도시되어 있다. 클러치 칼라(100)의 내부 스플라인 또는 기어 치형부(102)가 입력부 샤프트(52) 상의 외부 스플라인 또는 기어 치형부(78)와 맞물릴 때 직접 구동이 달성되며, 그에 따라서 입력부 샤프트(52)를 출력부 샤프트(60)에 직접 결합시키며 상기 입력부 샤프트(52)와 출력부 샤프트(60)의 사이에 직접 또는 고속 기어 구동을 제공한다.
클러치 칼라(100)가 도 2의 하부 부분에 도시된 위치로부터 도 2의 상부 부분에 도시된 위치의 오른 쪽으로 이동될 때, 클러치 칼라(100) 상의 외부 스플라인 또는 기어 치형부(106)를 플래니트 캐리어(94) 상의 내부 스플라인 또는 기어 치형부(96)와 맞물림 결합을 통해 플래니터리 기어 조립체(70)에 의해 감속이 이루어진다. 상기와 같이 맞물려질 때, 플래니터리 기어 조립체(70)는 작동 상태이며, 전형적으로, 입력부 샤프트(52)와 출력부 샤프트(60) 사이의 3:1 내지 4:1의 범위에서 속도 감속을 제공한다. 중립 위치는 상기 도 2의 하부 부분에 도시된 위치와 도 2의 상부 부분에 도시된 위치의 사이에 있다. 상기 중앙의 중립 위치에서, 입력부 샤프트(52)와 플래니트 캐리어(94)는 출력부 샤프트(60)로부터 연결이 끊어지며 동력은 이들 사이에 전혀 전달되지 않는다.
현재 도 2 및 도 3을 참조로 하면, 클러치 칼라(100)의 위치는 전기 변속 제어 조립체(110)에 의해 제어된다. 변속 제어 조립체(110)는 보조적인, 바람직한 플라스틱 하우징(112)을 포함한다. 보조 하우징(112)은 전기 변속 제어 조립체(110)의 구성 요소를 수용하며 또한 상기 구성 요소를 보호하는 다양한 개구부와 카운터보어를 포함한다. 구동 피니언(118)에 결합되는 출력부 샤프트(116)를 구비하는 전기 구동 모터(114)가 보조 하우징(112)에 고정된다. 구동 피니언(118)은 위에 언급된 것처럼, 보조 하우징(112) 내에 형성된 적합하게 배치된 카운터보어(124) 내에 안착되는 스터브 샤프트(122) 상에 수용되는 제 1 스퍼어 기어(120)의 치형부와 일정한 맞물림 관계에 있다. 제 1 스퍼어 기어(120)는 제 2 스퍼어 기어(128)에 제 2 감속의 영향을 주는 제 2 피니언 기어(126)에 결합되거나 이에 일체로 형성된다. 유사하게, 제 2 스퍼어 기어(128)는 보조 하우징(112) 내에 형성된 적당하게 정렬된 카운터보어(132) 내에 수용되는 스터브 샤프트(130)에 고정된다. 제 3 피니언 기어(134)는 제 2 스퍼어 기어(128)와 함께 일체로 형성되거나 이에 고정되며 상기 제 2 스퍼어 기어(128)가 제 3 스퍼어 기어(138)를 구동할 때 제 3 감속의 영향을 준다. 제 3 스퍼어 기어(138)는 출력부 샤프트 조립체(140)에 견고하게 고정되며 이와 함께 회전한다. 출력부 샤프트 조립체(140)는 카운터보어(146)내에 수용되는 출력부 샤프트(144)에 고정되거나 이와 함께 일체로 형성되는 원형 디스크 또는 플레이트(142), 및 커다란 관통로(152) 내의 슬리브(148)를 포함한다
현재 도 3 및 도 5를 참조로 하면, 원형 플레이트(142)가 다수의 비접촉 센서(160A,160B, 및 160C)를 지나 회전할 때, 그레이 코드 데이터(Gray code data) 와 상사 관계(analogous)이며 및 이를 발생시키는 구조로 트랙(158A,158B, 및 158C) 내에 배치되는 곡면이 진 개구(156)의 어레이를 갖는 평평한, 개구 플레이트 또는 디스크(154)가 리벳과 같은 어떤 적당한 수단에 의해 원형 플레이트(142)에 고정된다. 바람직하게는, 개구 디스크(154)는 아래에 기술된 선호되는 홀 효과 센서(Hall effect sensors)(160A, 160B, 및 160C)와 상호 작용하도록 철 재질로 이루어지며 자기적 특성을 갖는다. 그렇지만, 상기 홀 효과 센서(160A, 160B, 및 160C)는 이용되는 특정한 타입의 센서(160A, 160B, 및 160C)와 적절하게 상호 작용하는 다른 재질로 만들어질 수 있다. 센서(160A, 160B, 및 160C)의 각각은 원형 플레이트(154) 내의 개구(156)의 트랙(158A,158B, 및 158C) 중의 어느 하나와 정렬된다. 센서(160A, 160B, 및 160C)는 광 또는 가변 자기 저항(reluctance) 센서와 같은 다른 타입의 센서가 이용될 수 있을 지라도 홀 효과 센서인 것이 바람직하다.
도 5, 및 다음의 진리표인 표 1로부터 자명한 바와 같이, 원형 플레이트(154)의 회전 증가량은 관련된 마이크로프로세서(미도시됨)에 원형 플레이트의 위치를 유일하게 기술하는 센서(160A, 160B, 및 160C)로부터 다수의 고유한 신호의 조합을 제공한다. 다음의 표 1에서, H는 고속 기어를 나타내고, N은 중립을 나타내며, L은 저속 기어를 나타내고, I1내지 I4는 3개의 원하는 선택 가능한 작동 위치와 모드의 사이에 중간 위치를 나타낸다.
위치
센서 H I1 I2 N I3 I4 L
160A 1 1 1 1 0 0 0
160B 1 1 0 0 1 1 0
160C 1 0 1 0 1 0 1
필요한 정의, 즉 마이크로프로세서 및 이의 소프트웨어의 논리 작동 능력 뿐만 아니라 원형 플레이트(154)의 유일한 탐지 및 코드 위치가 얼마나 많이 필요한가에 따라서, 두 개의 트랙 및 두 개의 센서, 또는 네 개의 트랙 및 네 개의 센서를 갖는 원형 플레이트(154)가 또한 이용될 수 있다. 센서(160A, 160B, 및 160C)의 출력은 회로 판 또는 유사한 절연 마운팅(164) 상의 출력부 단자(162)로 그리고 나서 적당한 전기 선 또는 전도체(미도시됨)로 제공된다.
출력부 샤프트(144)는 회전 가능한 시프트 레일(180) 상의 보완적으로 형성된 수(male) 또는 외부 스플라인(178)을 수용하는 암 또는 내부 스플라인(176)을 구비하는 카운터보어(174)를 또한 한정한다. 오일 실(184)은 시프트 레일(180)과 하우징 조립체(50)의 사이에 유체의 빈틈없는 적당한 밀봉을 제공한다.
현재 도 2 및 도 4를 참조로 하면, 회전 가능한 시프트 레일(180)은 하우징 조립체(50)를 가로질러 확장하며, 상기 회전 가능한 시프트 레일(180)의 대향 단부는 하우징 조립체(50) 내에 형성된 적당한 카운터보어(176) 내에 안착된다. 한 쌍의 일정한 간격을 두고 방사상으로 배치되는 지지부(stanchions) 또는 스터브 샤프트(190)는 시프트 레일(180) 내의 방사상 통로(192) 내에 확실하게 안착된다. 스터브 샤프트(190)는 자유롭게 회전할 수 있는 캠 종동자 또는 롤러(194)를 상기 스터브 샤프트(190) 상에서 유지하는 확대된 헤드부를 포함한다. 시프트 포크 조립체(200)가 상기 일정한 간격을 두고 떨어져 있는 지지부 또는 스터브 샤프트(190)와 롤러(194)의 사이에 배치된다. 시프트 포크 조립체(200)는 바로 자유로이 회전 가능하게 시프트 레일(180)을 수용하도록 크기가 정해지는 관통로(204)를 갖는 바디부(202)를 포함한다. 나선형 캠(206)이 시프트 포크 바디(202)의 각각의 단부에 있다. 바람직하게는, 나선형 캠(206)의 각도는 중립 위치의 자동 변속기(14)의 저항력에 기인하는 힘을 균형시키도록 선택된다. 나선형 캠(206) 표면 상의 상응하는 지점으로부터의 축 거리가 롤러(194)의 내측 표면 사이의 거리 보다 약간만 적도록 나선형 캠(206)은 상응하게 배치된다. 나선형 캠(206) 내의 불연속성을 나타내는 축방향으로 확장하는 면 또는 숄더(208)는 롤러(194) 중의 어느 하나와 맞물릴 때 한 회전 방향으로 확실한 멈춤부로서 작동한다.
시프트 포크 조립체(200)는 불연속성의 반-원형 채널 또는 그루브(214)를 한정하는 이어부(ears)를 갖는 시프트 요크(212) 내에서 마무리되는 경사지게 확장하는 웹(210)을 또한 포함한다. 반-원형 채널 또는 그루브(214)는 클러치 칼라(100)의 플랜지(108)를 수용하며 맞물린다. 상기 맞물림은 시프트 포크 조립체(200)의 회전을 억제한다. 따라서, 시프트 레일(180) 및 캠 종동자 또는 롤러(194)가 회전할 때, 시프트 포크 조립체(200)와 특히 요크(212) 및 클러치 칼라(100)는 축방향으로 및 양방향으로 병진한다. 요크(212)의 상기 병진은 클러치 칼라(100)의 선택적인 맞물림 및 앞서 설명되어진 바와 같이 고속 기어, 중립 기어, 또는 저속 기어의 선택에 영향을 준다.
다시 도 2를 참조로 하면, 변속기 케이스 조립체(16)는 전자기적으로 작동하는 디스크 팩 타입의 클러치 조립체(220)를 또한 포함한다. 클러치 조립체(220)는 출력부 샤프트(60)의 주위에 배치되며 예를 들면, 스플라인 상호 결합부를 통해 출력부 샤프트(60)에 결합되는 원형 구동 부재(222)를 포함한다. 원형 구동 부재(222)는 나선형 토러스(torus)의 경사진 부분의 형상 내에 원주 상으로 일정한 간격으로 떨어진 다수의 리세스(226)를 포함한다. 상기 리세스(226)의 각각은 유사한 다수의 하중 전달 볼(228) 중의 어느 하나를 수용한다.
원형 피동 부재(232)는 원형 구동 부재(222)에 인접하게 배치되며 리세스(226)와 동일한 형상을 한정하는 유사한 다수의 대향된 리세스(234)를 포함한다. 리세스(226,234)의 경사진 측부 벽은 램프(ramps) 또는 캠처럼 기능하며 볼(228) 사이의 상대적인 회전에 응하여 떨어져 있는 원형 부재(222,232)를 구동시키도록 볼(228)과 상호 작용한다. 리세스(226,234)와 하중 전달 볼(228)은 기계 요소 사이의 상대적인 회전에 응하여 원형 부재(222,232)의 축 변위를 일으키는 다른 유사한 기계 요소로 대체될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들면, 보완적으로 구성된 원추형 나선부 내에 배치된 테이퍼 진 롤러가 사용될 수 있다.
원형 피동 부재(232)는 방사상의 바깥측으로 확장하며 연질 철 재질의 로터(236)에 고정된다. 전기자(armature)(242)는 로터(236)의 면에 인접하게 배치된다. 로터(236)는 3개의 측부에서 전자기 코일(244)을 둘러싼다.
전자기 코일(244)은 바람직하게는 전기 전도체(246)를 통해 펄스 폭 변조(PWM) 제어 방식으로 전기 에너지를 공급 받는다. 펄스 폭 변조 방식은 전자기 클러치 조립체(220)의 전자기 코일(244)에 대한 평균 전류 및 그에 따라서 아래에 더 충분히 기술되어지는 바와 같이, 구동 신호의 온 타임(듀티 사이클)을 증가하거나 감소시킴에 의해 디스크 팩 타입의 클러치 조립체(220)의 토크 출력량을 증가시키거나 감소시킨다. 다른 변조 제어 방식이 전자기 디스크 팩 타입의 클러치 조립체(220)의 맞물림 및 분리를 달성하도록 이용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
전자기 코일(244)에 전기 에너지의 제공은 로터(236)를 구비하는 전기자(242)의 자기 인력을 발생시킨다. 상기 자력은 전기자(242)가 로터(236)에 대해 마찰 접촉을 하게 한다. 출력부 샤프트(60)가 전기자(242)와 다른 속도로 회전할 때, 상기 마찰 접촉은 출력부 샤프트(60)로부터, 원형 구동 부재(222)를 통해, 하중 전달 볼(228)을 통해, 원형 피동 부재(232)로 전달되는 마찰 토크를 발생시킨다. 상기 결과의 마찰 토크는 상기 볼(228)이 리세스(226,234)의 램프를 올라타게 하며, 원형 구동 부재(222)의 축 변위를 일으킨다. 원형 구동 부재(222)의 축 변위는 적용 플레이트(248)를 디스크 팩 클러치 조립체(250) 쪽의 축방향으로 병진시킨다. 접시 와셔(Belleville washers)의 적층을 포함할 수 있는 압축 스프링(252)은 원형 구동 부재(222)를 원형 피동 부재(232) 쪽으로 치우치게 하고, 상기 압축 스프링(252)이 작동 해제되었을 때 전자기 클러치 조립체(220)의 구성 요소 사이의 최대 틈새와 최소 마찰력을 제공하기 위해 상기 하중 전달 볼(228)이 원형 리세스(226,234)의 중앙 위치로 복귀하도록 복원력을 제공한다. 리세스(226,234)와 볼(228)의 중요한 설계 고려 사항은 상기 리세스(226,234)와 볼(228)의 설계 및 압축 스프링(252)의 설계 및 디스크 팩 클러치 조립체(250) 내의 틈새에 대한 기하학적 구조가 전자기 클러치 조립체(220)로 하여금 자동적으로 잠기지 않게 하는 것을 보장한다는 것이다. 전자기 클러치 조립체(220)는 자동적으로 맞물리기 보다는 오히려 변조 제어 입력에 직접적으로 응하여 비례 제어 맞물림 및 토크 전달을 할 수 있어야 한다.
디스크 팩 클러치 조립체(250)는 제 1 다수의 더 작은 마찰 플레이트 또는 디스크(254)를 포함한다. 제 1 다수의 디스크(254)는 클러치 허브(256)와 함께 회전을 위해 출력부 샤프트(60)에 결합되는 클러치 허브(256)에 스플라인을 상호 맞물림으로써 결합된다. 제 2 다수의 더 큰 마찰 플레이트 또는 디스크(258)는 환형 하우징(260)과 함께 회전을 위해 스플라인을 상호 맞물림으로써 환형 하우징(260)에 결합되며 상기 제 1 다수의 마찰 디스크(254)에 끼워 넣어진다.
환형 하우징(260)은 출력부 샤프트(60)에 대해 동심으로 배치되며 다수의 상호 맞물림 스플라인 또는 러그 및 리세스(264)에 의해 체인 구동 스프로킷(262)에 결합된다. 체인 구동 스프로킷(262)은 출력부 샤프트(60)에 자유로이 회전 가능하게 배치되며 저널 또는 니들 베어링 조립체(266)에 의해 지지된다. 클러치 조립체(220)가 맞물릴 때, 상기 클러치 조립체(220)는 출력부 샤프트(60)로부터 체인 구동 스프로킷(262)으로 에너지를 전달한다. 구동 체인(268)은 체인 구동 스프로킷(262)에 수용되며 피동 체인 스프로킷(270)에 맞물려지고 회전 에너지를 전달한다. 상기 피동 체인 스프로킷(270)은 스플라인(274)의 상호 맞물림에 의해 변속기 케이스 조립체(16)의 전측(보조) 출력부 샤프트(272)에 결합된다.
변속기 케이스 조립체(16)는 후측(주) 출력부 샤프트(60)에 결합되며 이와 함께 회전하는 제 1 톤(tone) 휠(286)에 다수의 치형부와 탐지하는 관계로 인접하게 배치되는 출력부 라인(282)을 구비하는 제 1 홀 효과 센서(280)를 또한 포함한다. 제 2 홀 효과 센서(290)는 출력부 라인(292)을 구비하며 전측 출력부 샤프트(272) 상의 피동 스프로킷(270)에 인접하게 배치되는 제 2 톤 휠(296)에 다수의 치형부와 탐지하는 관계로 인접하게 배치된다. 바람직하게는, 동일한 샤프트 속도가 홀 효과 센서(280,290)로부터 단위 시간당 동일한 개수의 펄스를 발생시키도록 제 1 톤 휠(286) 상의 치형의 개수는 제 2 톤 휠(296) 상의 치형의 개수와 동일하다. 상기는 샤프트 속도에 관한 계산을 단순화하며 상기 데이터와 계산에 기초한 모든 논리 결정의 정확도를 개선한다. 제 1 톤 휠(286) 상의 치형과 제 2 톤 휠(296) 상의 치형의 실제 개수에 대해서, 상기 실제 개수는 회전 속도와 센서 구조에 따라 30 내지 40개의 치형 또는 그 이상 또는 더 적게 변경될 수 있다.
제 1 홀 효과 센서(280)와 제 2 홀 효과 센서(290)는 각 인접한 치형부를 감지하고 각 라인(282,292)에서 일련의 펄스를 제공하며, 상기 라인(282,292)은 물론, 후측 구동 샤프트(22)와 전측 구동 샤프트(32)의 회전 속도에 각각 상응하는 후측 출력부 샤프트(60)와 전측 출력부 샤프트(272)의 순간 회전 속도를 계산하는데 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 전기 변속 제어 조립체(110)를 병합하는 변속기 케이스 조립체(16)는 클러치 칼라(100)와 같은 클러치 칼라의 개선된 작동 제어와 위치 잡기 및 상기 클러치 칼라(100)의 위치 표시를 제공한다. 상기 개선된 작동은 상기 조립체의 몇몇 특징의 결과이다. 우선, 시프트 레일(180), 및 그에 따른 시프트 포크 조립체(200)와 함께 회전하며, 그에 따라서 언제나 상기 시프트 레일(180)의 위치를 나타내도록 평평한 개구 플레이트 또는 디스크(154)를 고정하는 것은 어떤 제어기 또는 마이크로프로세서가 이들 구성 요소의 위치에 관한 정확한 정보를 수용하도록 보장한다. 비-접촉 홀 효과 센서(160A,160B, 및 160C)는 개선된 신뢰성 뿐만 아니라 시프트 포크 조립체(200) 위치의 높은 해상도(definition)를 제공한다.
클러치 칼라(100)의 맞물림이 시도될 때 기어 충돌이 발생될 수 있기 때문에, 그리고 전기 구동 모터(114)가 클러치 칼라(100)를 효과적으로 직접 구동시켜서 즉, 조립체(110) 내에 탄성 커플링 또는 에너지 저장 장치가 전혀 없기 때문에, 기어 충돌로 인해 충분히 완료될 수 없는 변속은 센서(160A,160B, 및 160C)에 의해 탐지될 것이며 상기 변속 명령은 관련 제어기 또는 마이크로프로세서의 소프트웨어에 의해 잠정적으로 취소될 수 있으며 그에 따라서 반복될 수 있다는 것이 예측되어진다. 상기 변속의 반복, 즉 변속 중단 또는 변속 금지는 적절한 관련 소프트웨어를 통해 또한 달성될 수 있다.
앞서의 개시는 본 발명을 실행하기 위해 본 발명자에 의해 안출된 최상의 모드이다. 그렇지만, 수정과 변경을 병합하는 장치가 변속 제어 메커니즘의 당업자에게 자명할 것이라는 것이 분명하다. 앞서의 개시는 본 발명을 수행하기 위해 본 발명자에 의해 고려된 최상의 모드를 나타내며 당업자로 하여금 본 발명을 실행할 수 있도록 의도되었기 때문에, 본 발명은 이로써 제한되는 것으로 해석되지 않아야 하지만 상기 앞서 언급된 자명한 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 하며 다음 청구항의 사상과 범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (10)

  1. 다수의 작동 모드 중의 어느 하나를 선택하기 위한 변속기 케이스의 변속 제어 조립체에 있어서,
    입력부 부재(52),
    출력부 부재(94)를 구비하는 감속 조립체(70),
    적어도 상기 입력부 부재 및 상기 감속 조립체의 출력부와 선택적으로 맞물리기 위한 클러치 부재(100),
    한 쌍의 일정한 간격으로 떨어진 캠 종동자(194)를 구비하는 회전 시프트 레일(180),
    상기 클러치 부재와 맞물리는 시프트 포크(200)로서, 상기 시프트 레일에 배치되며 상기 쌍의 캠 종동자 중의 각 하나에 의해 각각 맞물리는 한 쌍의 캠(206)을 포함하는 상기 시프트 포크(200),
    상기 시프트 레일과 함께 회전을 위해 배치되는 플레이트(154)로서, 일정한 간격으로 떨어진 개구(156)의 어레이를 한정하는 상기 플레이트(154),
    상기 개구 어레이와 탐지하는 관계로 배치되는 다수의 센서(160),
    출력부(116)를 구비하는 전기 구동 모터(114), 및
    상기 구동 모터의 상기 출력부에 의해 구동되며 상기 시프트 레일을 구동하는 기어 열(train)(120,128,138)을, 조합하여 포함하는 변속기 케이스의 변속 제어 조립체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 센서(160)는 홀 효과 센서(Hall effect sensors)인 변속 제어 조립체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 기어 열은 상기 구동 모터(114)의 속도를 줄이고 토크(torque)를 증가시키는 다수의 피니언 기어(118,126,134) 및 스퍼어 기어(120,128,138)를 포함하는 변속 제어 조립체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 클러치 부재는 원주 상의 플랜지(108)를 포함하며 상기 시프트 포크는 상기 플랜지를 수용하는 채널(214)을 한정하는 변속 제어 조립체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 일정한 간격으로 떨어진 개구(156)의 어레이는 그래이 코드 데이터(Gray code data)를 제공하도록 배열되는 변속 제어 조립체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 캠(206) 상의 상응하는 위치는 상기 캠 종동자(194)를 분리시키는 거리와 같은 거리로 일정한 간격으로 떨어지는 변속 제어 조립체.
  7. 제 1항에 있어서, 전기 구동 모터(114)는 운전자 작동 스위치(48)에 의해 제어되는 변속 제어 조립체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 감속 조립체(70)는 플래니터리 기어 조립체(70)인 변속 제어 조립체.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 센서(160)는 비-접촉 센서인 변속 제어 조립체.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 캠은 축방향으로 확장하는 숄더(shoulder)(208)를 포함하는 변속 제어 조립체.
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