KR20000062942A - 반력 회로를 갖는 클러치 조립체 - Google Patents

반력 회로를 갖는 클러치 조립체 Download PDF

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Abstract

자동차 구동 라인에 배치되는 클러치 조립체는 내부 반력(reaction force) 회로를 포함한다. 클러치 조립체는 선택적으로 토크를 마찰 클러치를 통해서 전달하기 위해서 마찰 클러치에 선택적으로 힘을 가하는 작동기(operator) 조립체에 인접하게 배치된 다수의 디스크 마찰 클러치를 포함한다. 클러치 구성요소는 플랜지와 정지부(stop)의 사이에서 클러치 작동기로부터의 반력을 자체-수용(self-contain)하기 위해 반력 부재의 기능을 하는 가늘고 긴 부재 상에 배치된다. 클러치는 각각의 액슬(axle)에 작용하는 토크를 독립적으로 제어하기 위해서 클러치가 쌍(pair)으로 배치되는 후측(제 2) 액슬과 같은 자동차 구동 라인 구성요소, 및 클러치 작동기에 의해 발생되고 이와 결부된 반력을 클러치 작동기의 하우징 보다는 클러치 구조 내에 밀집되게 수용하거나 그라운드(ground) 시키는 것이 유익한 적용과 같은 특정의 적용 예에서 찾아볼 수 있다.

Description

반력 회로를 갖는 클러치 조립체{CLUTCH ASSEMBLY HAVING REACTION FORCE CIRCUIT}
본 발명은 일반적으로 자동차의 구동 라인 구성요소의 다수의 마찰 플레이트 클러치에 관한 것이며, 보다 구체적으로 전측 또는 후측 액슬에 쌍으로 사용되는 내부 반력 회로를 갖는 마찰 플레이트 클러치에 관한 것이다.
전기와 유압 조절 클러치를 모두 구비하는 자동차 구동 라인 및 제어 시스템은 자동차의 적응(adaptive) 구동 시스템에서 광범위한 적용을 찾아볼 수 있다. 상기와 같은 시스템은 일반적으로 두 개의 전측 휠과 두 개의 후측 휠의 개개의 판독 정보를 평균화함으로써 전측 구동 샤프트와 후측 구동 샤프트의 속도를 감시(monitor)하거나 상기 속도를 계산하며, 구동 샤프트 속도 사이의 속도 차 또는 휠 평균 속도의 속도 차를 계산하고 나면, 속도 차와 그 결과 휠의 슬립(slip)을 영(zero)으로 만들기 위해서 미리 설정된 프로그램에 따라 조절 클러치에 전류를 인가한다. 상기와 같은 시스템은 또한 트로틀(throttle) 위치, 조향각(steering angle) 및 다른 변수에 응답하여 조절 클러치의 작동을 감시하고 조정할 수 있다.
전형적으로, 상기와 같은 조절 클러치는 차량의 변속기(transmission)의 근처에서 이에 의해서 구동되도록 변속기 케이스(transfer case) 내에 물리적으로 배치되며, 제 1 구동 라인과 제 2 구동 라인의 사이에 작동 가능하게 배치된다. 상기와 같은 시스템은 공동 소유의 1995년 4월 18일 허여된 미국 특허 제 5,407,024호 및 1996년 1월 23일 허여된 미국 특허 제 5,485,894호에 개시되어 있다.
자동차의 스키드(skid) 제어에 대한 다른 접근 방법은 제 2의, 즉 파트-타입(part-time) 구동 라인의 각 액슬을 갖는 개별적으로 작동 가능한 클러치를 결합하는 것을 포함한다. 하나 또는 두 클러치의 선택적인, 조절 작동은 자동차의 요잉(yawing)을 조절하거나 수정하도록 구동 토크를 하나 또는 두 개의 제 2 구동 휠로 보낸다. 초기의 유압 클러치를 이용하는 시스템이 미국 특허 제 4,681,180호에 개시되어 있다. 여기서, 조향각, 차량 속도 및 엔진 토크를 갖는 컨트롤 유닛은 두 개의 후측 휠만의 사이에서 토크 분배(torque distribution)를 입력하며 조절한다.
미국 특허 제 5,195,901호와 제 5,119,900호는 제 1 구동 토크를 전측 휠에 제공하며 토크를 선택적이며 독립적으로 후측 휠에 제공하는 구동 라인에 있는 두 개의 독립적으로 작동 가능한 후측 액슬 클러치를 구비하는 차량을 제시한다.
미국 특허 제 5,353,889호에서, 후측 액슬은 결부된 유압 클러치와 펌프에 의해서 제어되는, 한 쌍의 유압식으로 작동되는 독립적인 클러치를 포함한다.
미국 특허 제 5,383,378호에서, 차량의 전측에 배치된 트윈 클러치 액슬은 조향각에 응답하여 구동 토크를 전측(제 2) 구동 휠로 제공한다. 미국 특허 제 5,540,119호는 종래의 차동기어 장치를 이용하지 않고 회전 동력을 전달하는 차동 구동 조립체에 대해서 가르친다. 상기 장치는 한 쌍의 클러치와, 미리 설정된 상대 회전에 응답하여 상기 클러치를 작동시키는 한 쌍의 캠 메커니즘을 이용한다.
많은 문제점들이 처리되고 새로운 작동 체계가 종래 기술에서 발견된 장치에 의해서 이루어졌지만, 특정의 문제점들이 아직까지 처리되지 않았다는 것이 자명하다. 예를 들면, 뉴턴의 운동의 제 3 법칙에 따르면, 인접하는 클러치 팩을 압착하도록 클러치 작동기에 의해서 발생되는 직접적인 힘(direct force) 또는 작용력(action force)은 반력 경로 또는 회로를 구성하는 클러치 조립체의 임의의 구조 요소(structural component)를 통해서 전달되는 동일 크기이며 반대 방향인 반력을 발생시킨다.
전형적으로, 상기와 같은 반력 경로는 클러치 팩이 클러치 작동기에 인접하게 배치되고 상기 클러치 팩과 클러치 작동기가 하우징 내에 포함되는, 장치의 외측 하우징을 통과하거나 상기 외측 하우징 내에 포함된다. 상기와 같은 구조는 상당한 정도의 반력을 하우징으로 뿐만 아니라, 하우징 구성 요소를 서로 고정시키기 위해 이용되는 임의의 패스너에도 작용하도록 할 수 있다. 상기와 같은 구조는 불리한 점을 가질 수 있는데, 패스너 또는 하우징에 고장을 야기하거나, 무거운 하우징과 패스너 구조, 및 그 결과 고 비용의 하우징과 패스너 구조를 필요로 하게된다. 정확하게 제어되는 클러치의 조절은 하우징 또는 반력 경로에 있는 다른 구성 요소의 휨 현상 또는 뒤틀림에 의해서 또한 저하될 수 있다. 그래서, 상기와 같은 클러치를 포함하는 장치의 작동이 저하될 수 있다. 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 다룬다.
자동차의 구동 라인에 배치되는 클러치 조립체는 내부 반력 회로를 포함한다. 클러치 조립체는 클러치 조립체를 통해서 선택적으로 토크를 전달하기 위해서 마찰 클러치에 압축력을 선택적으로 가하는 작동기(operator) 조립체에 인접하게 배치된 다수의 플레이트 또는 디스크 마찰 클러치를 포함한다. 클러치 구성 요소는 기다란(elongate) 부재 상에 배치된다. 상기 기다란 부재는 클러치 팩의 일 측면이 접하는 제 1 정지부(stop)의 기능을 하는, 바람직하게는 일체형으로 형성된 원형 플레이트 또는 플랜지를 포함한다. 실제로는, 마찰-방지 베어링과 같은 것일 수 있는 원형 칼라(collar)가 한 쌍의 스냅 링(snap ring)에 의해서 기다란 부재 상에 유지되어 있다. 원형 칼라 또는 마찰-방지 베어링은 작동기 조립체의 일 측면이 접하는 제 2 정지부의 기능을 한다. 그래서 기다란 부재는 반력 부재의 기능을 하며, 클러치 작동에 의해서 발생하는 반력을 자체-수용한다. 클러치 작동기는 전자기 코일에 의해서 작동되는 볼 램프 조립체일 수 있다. 이와 달리, 작동기는 전기 모터와, 압축력을 발생시키는 캠 조립체를 포함할 수 있다. 직접 작동식 유압 또는 공압 구동 피스톤과 실린더 작동기 또는 파일럿, 및 전기 방식, 공압식 또는 유압식으로 작동하는 주 클러치도 또한 본 발명에 유용하며, 본 발명의 범주 내에 있다.
클러치는 각각의 액슬(axle)에 작용하는 토크를 독립적으로 제어하기 위해서 클러치가 쌍(pair)으로 배치되는 후측(제 2) 액슬과 같은 자동차 구동 라인 구성 요소, 및 클러치 작동기에 의해 발생되고 이와 결부된 반력을 클러치 작동기의 하우징 보다는 클러치 구조 내에 수용하거나 그라운드(ground) 시키는 것이 유익한 적용과 같은 특정의 적용 예에서 찾아볼 수 있다.
그래서, 본 발명의 목적은 내부 반력 경로를 갖는 다수의 마찰 플레이트 클러치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반력 귀환 경로의 기능을 하는 기다란 부재 상에 병렬로 배치되어 있는 다수의 마찰 플레이트 클러치와 작동기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 자동차 구동 라인에 사용되는 내부 반력 경로를 갖는 다수의 마찰 플레이트 클러치 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 결부된 휠로의 토크 전달을 독립적으로 제어하는 후측(제 2) 액슬에 쌍으로 사용되는 내부 반력 회로를 갖는 다수의 마찰 플레이트 클러치 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반력 수용 부재(containing member)의 기능을 하는 공통 부재 상에 병렬로 배치되고 조립된 다수의 마찰 플레이트 클러치와 작동기 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적과 이점들은 다음의 바람직한 실시예의 설명과, 유사 번호가 동일 구성 요소, 요소 또는 특징을 지칭하는 첨부된 도면의 참조에 의해서 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 트윈(twin) 클러치 액슬을 병합한 4륜 자동차의 구동 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 내부 반력 회로를 구비하는 클러치를 병합한 트윈 클러치 액슬을 도시하는 전체 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 내부 반력 회로를 구비하는 클러치의 확대 단면도.
〈도면 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 구동 트레인(train) 20 : 제 1 또는 전측 구동 라인
30 : 제 2 구동 라인 40 : 제 2 타이어와 휠 조립체
50 : 마이크로프로세서 76, 114 : 하우징
94 : 구동 부재 또는 제 1 부재 120 : 조절 클러치 조립체
134, 136 : 제 1 및 제 2 클러치 플레이트/디스크
150 : 출력 샤프트 또는 제 2 부재
154 : 플랜지 182 : 전기자(armature)
192 : 로터 200 : 전자기 코일
210, 218 : 원형(circular) 부재 212 : 저 마찰 칼라(collar)
214, 222 : 경사(ramped) 리세스 238 : 정지부(stop)
이제 도 1을 참조하면, 본 발명을 병합한 적응성(adaptive) 4륜 구동 자동차의 구동 트레인이 개략적으로 도시되어 있으며 도면 번호 10으로 지칭되어 있다. 4륜 자동차의 구동 트레인(10)은 트랜스액슬(transaxle)(14)에 결합되어 있고 이 트랜스액슬(14)을 직접 구동하는 원동기(prime mover)(12)를 포함한다. 트랜스액슬(14)의 출력은 전측 또는 제 1 프롭샤프트(propshaft)(22), 전측 또는 제 1 차동기어(24), 한 쌍의 주 전측 액슬(26) 및 각 쌍의 전측 또는 제 1 타이어와 휠 조립체(28)를 포함하는 제 1 또는 전측 구동 라인(20)에 원동력(motive power)을 제공하는 베벨 기어 세트(16) 또는 나선형 베벨 기어 세트(16)를 구동시킨다. 전측 또는 제 1 차동기어(24)는 종래의 기술이라는 것이 인지되어야 한다.
베벨 또는 나선형 베벨 기어 세트(16)는 적합한 유니버설 조인트(universal joint)(34)를 구비하는 제 2 프롭샤프트(32), 후측 또는 제 2 차동기어 조립체(36), 한 쌍의 제 2 또는 후측 주 액슬(38) 및 각 쌍의 제 2 또는 후측 타이어와 휠 조립체(40)를 포함하는 제 2 또는 후측 구동 라인에 원동력을 또한 제공한다. 제 2 차동기어 조립체(36)와 관련되어 여기서 사용된 바와 같이, "차동기어(differential)"와 "액슬"이라는 용어는 구동 라인의 토크를 받아들이고, 이 토크를 두 개의 횡방향으로 배치된 휠에 배분하며, 특히 자동차와 관련하여 발생되는 회전 속도 차를 조정하는 장치를 지칭하기 위해서 서로 교환 가능하게 사용된다. 이와 같이, 이들 용어는 상기와 같은 기능을 제공하지만 종래 기술의 주전원(epicyclic) 기어 트레인을 포함하지 않는 본 발명과 같은 장치를 포함하기 위한 것이다.
앞의 설명은 제 1 구동 라인(20)이 자동차의 전측에 배치되며, 그 결과, 제 2 구동 라인(30)이 자동차의 후측에 배치되는, 통상적으로 전륜 구동 자동차라 지칭되는 자동차에 관한 것이다. 여기서 사용된 "제 1(primary)"과 "제 2(secondary)"라는 명칭은 각각 구동 토크를 항상 제공하는 구동 라인과, 보완적이거나 단속적인 토크를 제공하는 구동 라인을 지칭한다. 제 1 구동 라인(20)이 자동차의 후측에 배치되고, 제 2 구동 라인(30)과 제 2 자동기어 조립체(36) 내의 구성 요소들이 자동차의 전측에 배치되는 자동차와 함께 여기에 개시되고 권리가 청구된 된 본 발명이 용이하게 사용될 수 있는 한 전측과 후측이라는 용어 보다 상기와 같은 명칭(제 1과 제 2)이 사용된다.
그래서, 제 1 구동 라인(20)이 자동차의 전측에 배치되는 도 1의 예시는 한정하기 위한 것보다는 예시를 위한 것으로 이해되어야 하며, 예시된 구성 요소들과 구성 요소의 전반적인 배열은 제 1의 후륜 구동 자동차에도 동일하게 적합하며 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 상기와 같은 자동차에서, 제 1 차동기어(24)는 자동차의 후측에서 제 2 차동기어 조립체(36)를 대체할 수 있으며, 제 2 차동기어 조립체(36)는 제 1 차동기어(24)를 대체하기 위해 자동차의 전측으로 이동될 수 있다.
다수의 센서로부터 신호를 수신하며, 두 개의 제어, 즉 작동 신호를 제 2 차동기어 조립체(36)에 제공하는 마이크로프로세서(50)가 자동차의 구동 트레인(10)에 결합되어 있다. 보다 구체적으로, 가변 자기 저항(variable reluctance) 또는 홀 효과 센서(52)와 같은 제 1 센서는 우측 제 1(전측) 타이어와 휠 조립체(28)의 회전 속도를 감지하며, 마이크로프로세서(50)로 적절한 신호를 제공한다. 유사하게, 제 2 가변 자기 저항 또는 홀 효과 센서(54)는 좌측 제 1(전측) 타이어와 휠 조립체(28)의 회전 속도를 감지하며, 마이크로프로세서(50)에 신호를 제공한다. 제 3 가변 자기 저항 또는 홀 효과 센서(56)는 우측 제 2(후측) 타이어와 휠 조립체(40)의 회전 속도를 감지하며, 마이크로프로세서(50)에 신호를 제공한다. 마지막으로, 좌측 제 2(후측) 타이어와 휠 조립체(40)에 결합된 제 4 가변 자기 저항 또는 홀 효과 센서(58)는 상기 조립체(40)의 속도를 감지하며 마이크로프로세서(50)에 신호를 제공한다. 속도 센서(52, 54, 56, 및 58)는 독립적인, 즉 전용(dedicated) 센서, 또는 ABS(anti-lock brake system)용으로 자동차에 장착된 센서, 또는 다른 속도 감지 및 제어 장치일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 1에 도시되진 않았지만, 적절한 종래 기술의 계수(counting) 또는 톤(tone) 휠이 각각의 속도 센서(52, 54, 56, 58)에 결합되어 있다.
최적의 스키드 또는 요잉 제어를 제공하기 위해, 마이크로프로세서(50)는 트랜스액슬(14)의 출력 속도와 관련된 정보를 또한 필요로 한다. 그래서, 전측 또는 제 1 프롭 샤프트(22) 상의 톤 휠(64)에 결합된 가변 자기 저항 또는 홀 효과 센서(62)가 이용될 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 제 2 차동기어 조립체(36)에 결합되고 상기 제 2 차동기어 조립체(36)의 입력 샤프트(70) 상의 톤 휠(68)에 인접하게 위치된 가변 자기 저항 또는 홀 효과 센서(66)가 또한 사용될 수 있다. 마이크로프로세서(50)는 센서(62) 또는 센서(66)중 어느 하나 뿐만 아니라 센서(52, 54, 56, 58)로부터 신호를 수신하며 조절하는 소프트웨어를 포함하고, 자동차의 안정성을 향상시키고, 자동차의 제어 상태를 유지하며, 그리고/또는 자동차의 스키드 또는 다른 비정상적인 요잉 조건을 수정하고 보상하기 위한 수정 작업(corrective action)을 결정하며, 제 2 차동기어 조립체(36)에 두 개의 독립적인 출력 신호를 제공한다.
이제 도 2를 참조하면, 제 2 차동기어 조립체(36)의 입력 샤프트(70)는 너트(74) 또는 이와 유사한 나사산을 갖는 패스너(threaded fastener)에 의해 상기 입력 샤프트(70)에 고정된 플랜지(72) 또는 이와 유사한 구성 요소를 포함할 수 있다. 플랜지(72)는 유니버설 조인트(34)(도 1에 도시됨)와 같이, 제 2 프롭샤프트(32)로의 연결부의 일 부분을 형성한다. 입력 샤프트(70)는 중앙 하우징(76) 내에 수용되어 있으며, 상기 하우징(76)과 이에 결합된 플랜지(72)의 일부분 또는 입력 샤프트(70) 사이에 유체 불침투성 밀봉재를 제공하는 적절한 오일 실(oil seal)(78)에 의해 둘러싸여 있다. 입력 샤프트(70)는 테이퍼진 롤러 베어링 조립체(80)와 같은 한 쌍의 마찰-방지 베어링에 의해 바람직하게, 회전 가능하게 지지되어 있다. 입력 샤프트(70)는 적절한 패스너(96)에 의해서 중앙부에 배치된 튜브형 구동 부재 또는 제 1 부재(94) 상의 플랜지(92)에 고정된 링 기어(88)에 상보적으로 형성된 기어 치형부(86)와 맞물리는 기어 치형부(84)를 갖는 하이포이드 기어(hypoid gear) 또는 베벨 기어(82)에서 종결된다. 튜브형 구동 부재(94)는 각각의 단부에서 볼 베어링 조립체(102)와 같은 마찰-방지 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 튜브형 구동 부재(94)는 중앙 하우징(76)의 내부로부터 냉각 액체와 윤활 액체를 모아서 이송하는 한 쌍의 스캐빈저(scavenger) 또는 스쿠프(scoop)(106)가 위치하는 중공의 내부(104)를 한정한다. 튜브형 구동 부재(94)는 각 단부에 인접한 외부 또는 수 스플라인(male spline), 또는 기어 치형부(108) 세트를 또한 포함한다.
이제 도 2와 도 3으로 넘어가면, 제 2 차동기어 조립체(36)는 좌측 분리선(parting line)(116A)과 우측 분리선(116B)을 따라서 중앙 하우징(76)과 맞물리며 나사산을 갖는 패스너(118)에 의해 중앙 하우징(76)에 부착된 한 쌍의 좌측 외부 벨 하우징(114A)과 우측 외부 벨 하우징(114B)을 포함한다. 상기 하우징(114A, 114B)은 미러-이미지(mirror-image)를 이루는, 즉 한 쌍의 조절 클러치 조립체(120A, 120B) 중 각 하나가 각각에 넣어져 수용되는 좌측 및 우측 구성 요소이다. 하지만, 두 개의 조절 클러치 조립체(120A, 120B)의 대향된, 미러-이미지 배열에서, 아래에 설명되는 두 개의 클러치 조립체(120A, 120B)의 구성 요소들은 동일하며, 그래서 도 2의 우측과 도 3에 배치된 조절 클러치 조립체(120B) 만이 자세히 설명될 것이며, 좌측 조절 클러치 조립체(120A)는 모든 중요한 측면에서 우측 조절 클러치 조립체(120B)와 동일하다는 것이 이해될 것이다.
각각의 조절 클러치 조립체(120A, 120B)는 벨 하우징(124) 상에 상보적인 형상을 갖는 암(female) 또는 내부 스플라인 또는 기어 치형부(122)와 맞물리는 튜브형 구동 부재(94)의 수(male) 또는 외부 스플라인 또는 기어 치형부(108)에 의해서 구동된다. 벨 하우징은 둘레의 내측 표면(128) 상에 다수의 암 또는 내부 스플라인(126)을 포함한다. 내부 스플라인(126)은 다수의 제 1 대(larger) 직경 클러치 플레이트 또는 디스크(134) 상에 배치된 상보적인 구조를 갖는 수 또는 외부 스플라인(132)에 맞물려지며, 상기 수 또는 외부 스플라인(132)을 회전 구동시킨다. 다수의 제 1 클러치 플레이트 또는 디스크(134)는 적합한 마찰 재료와 표면을 포함하며, 다수의 제 2 소(smaller) 직경 클러치 플레이트 또는 디스크(136)가 사이에 삽입되어 있다.
다수의 제 2 소형 클러치 디스크(136)도 또한 적합한 마찰 재료와 표면을 포함하며, 환형부(annulus) 또는 칼라(142)에 배치된 상보적인 구조를 갖는 수 또는 외부 스플라인(140)에 맞물리며 상기 수 또는 외부 스플라인(140)을 회전 구동시키는 암 스플라인(138)을 구비한다. 칼라(142)는 다시, 출력 샤프트 또는 제 2 부재(150B) 상에 배치된 상보적인 구조를 갖는 수 또는 외부 스플라인 또는 기어 치형부(148)와 맞물리는 암 또는 내부 스플라인 또는 기어 치형부(146)를 포함한다. 출력 샤프트(150B)는 다수의 사이에 삽입된 클러치 디스크(134, 136)의 마찰 재료가 접하고 정렬되는 편평한 환형 압력 표면(156)을 갖는, 바람직하게는 일체형으로 형성된 방사상으로 펼쳐진 플랜지(154)를 포함한다. 이와 달리, 물론 플랜지(154)는 용접과 같은 임의의 적절한 방법에 의해서 출력 샤프트(150B)에 고정되고, 적절한 쇼울더(shoulder) 또는 다른 확실한 정지부(stop)에 의해서 출력 샤프트(150B) 상에서 축 방향으로 구속되는 별도의 구성 요소일 수 있다.
방사형 플랜지(154)의 반대 측면에는 상기 플랜지(154)를 튜브형 구동 부재(94)와 벨 하우징(124)으로부터 축 방향으로 일정 간격을 유지시키는 마찰 감소 플랫 와셔(flat washer)(158)가 있다. 마찰 감소 부싱(bushing) 또는 저널 베어링(164)이 플랫 와셔(158)에 인접하고, 튜브형 구동 부재(94)에 있는 카운터보어(counterbore)와 출력 샤프트(150B)의 감소된 직경 부분(162) 사이에 배치되어 있다. 출력 샤프트(150B)는 스캐빈저 또는 스쿠프(106)(도 2에 도시됨)에 의해 모아진 냉각 유체와 윤활 유체가 디스크 팩 클러치 조립체(120B)로 흐를 수 있는 하나 이상의 방사상 통로(168)와 통하게 되어 있는 축 보어(axial bore)(166)를 또한 한정한다.
디스크 팩 클러치 조립체(120B)는 칼라(142) 상의 수 스플라인(140)과 맞물리는 암 또는 내부 스플라인 또는 기어 치형부(174)를 포함하는 원형 어플라이(apply) 플레이트(172)를 또한 포함한다. 그래서 어플라이 플레이트(172)는 다수의 제 2 소 직경 클러치 플레이트(136)와 함께 회전하며, 상기 소 직경 클러치 플레이트(136)에 대해서 축 방향으로 움직일 수 있다. 어플라이 플레이트(172)는 조절 클러치 조립체(120B)의 자기 회로(자속 경로)에 개입하거나 간섭되지 않도록 스테인레스 스틸과 같은 비-자성 금속으로 바람직하게 제작된다. 어플라이 플레이트(172)는 플랫 와셔(178)를 위치시키고 수용하는 쇼울더(176)를 포함한다. 플랫 와셔(178)는 어플라이 플레이트(172)와 원형 전기자(armature)(182) 사이의 마찰을 감소시킨다. 원형 전기자(182)는 다수의 불연속적이며, 아치형인(arcuate) 바나나 슬롯(184)과, 상기 원형 전기자(182)의 외주를 따라, 벨 하우징(124)의 내부에 있는 다수의 암 스플라인(126)과 상보적이며 이에 맞물리는 다수의 수 스플라인(186)을 포함한다. 그래서, 원형 전기자(182)는 벨 하우징(124)과 다수의 제 1 클러치 플레이트(134)와 함께 회전한다.
원형 전기자(182)는 U-형상의 원형 로터(192)에 인접하게 배치되어 있다. 바람직하게는 연철로 제작된 상기 로터(192)는 디스크 팩 클러치 조립체(120B)의 작동을 향상시키며 토크 효율(throughput)을 증가시키는 꾸불꾸불한 자력 선속 경로를 형성하기 위해서 원형 전기자(182)에 있는 바나나 슬롯(184)과 상호 작용하는 한 쌍의 일정 간격 떨어진, 다수의 불연속적이며 아치형인 바나나 슬롯(194)을 포함한다.
일반적으로 로터(192)는 전자기 코일(200)을 포함하는 고정 하우징(198)을 둘러싼다. 고정 하우징(198)과 전자기 코일(200)은 다수의 나사산을 갖는 스터드(stud) 또는 패스너(202)에 의해서 외측 하우징(114B)에 고정되는데, 상기 나사산을 갖는 스터드 또는 패스너 두 개가 도 2에 도시되어 있다. 전기 에너지가 전도체(204B)를 통해 전자기 코일(200)로 선택적으로 제공되는데, 이도 역시 도 2에 도시되어 있다. 제 1 원형 부재(210)가 용접물, 상호 맞물림 스플라인 또는 죔쇠 끼워맞춤과 같은 임의의 적절한 방법에 의해서 로터(192)에 결합되고, 출력 샤프트(150B)에 대해서 동심상(concentric)에 배치되어 있다. 예를 들면 나일론과 같은 것으로 만들어진 저 마찰 칼라(212)가 제 1 원형 부재(210)와 출력 샤프트(150B)의 사이에 삽입되어 있으며, 그래서 제 1 원형 부재(210)와 로터(192)는 출력 샤프트(150B)와 전자기 코일(200)의 하우징(198)에 대해서 자유롭게 회전할 수 있다. 저 마찰 칼라(212)는 디스크 팩 클러치 조립체(120B)가 작동을 멈추게 될 때 제 1 원형 부재(210)와 출력 샤프트(150B) 사이의 마찰을 감소시키며, 이로써 드래그(drag)에 의한 마모와 열 발생을 감소시킨다.
제 1 원형 부재(210)는 출력 샤프트(150B)의 축의 주위에 원형 패턴으로 배열된 다수의 곡면 램프(ramp) 또는 리세스(recess)(214)를 포함한다. 램프 또는 리세스(214)는 나선형 토러스(torus)의 경사 단면을 나타낸다. 리세스(214)의 경사 표면에 의해 한정된 램프를 따라 구르는, 리세스의 개수와 비슷한 수의 다수의 하중 전달 볼(216) 또는 유사한 하중 전달 부재 중 어느 하나가 리세스(214)의 각각의 내부에 배치된다. 제 2 원형 부재(218)가 제 1 원형 부재(210)와 대향 관계로 배치되어 있으며, 상보적인 크기를 가지며 배열된 비슷한 개수의 다수의 경사 리세스(222)를 포함한다. 그래서 하중 전달 볼(216)은 쌍으로 이루어진 대향의 리세스(214와 222)내에 수용되고 갇혀있게 되며, 하중 전달 볼(216)이 리세스 내에 유지되도록 리세스의 단부는 곡면이 져있으며 리세스(214, 222)의 내부 영역보다 경사가 훨씬 더 급하다. 다수의 웨이브 와셔 또는 벨르빌(Belleville) 스프링(224)이 제 2 원형 부재(218)와 칼라(142)의 사이에 배치되어 있으며, 제 2 원형 부재(218)를 제 1 원형 부재(210) 쪽으로 편향시킨다.
다수의 경사 리세스(214, 222)와 하중 전달 볼(216)은 이들 사이의 상대 회전에 응답하여 원형 부재(210, 218)의 축 방향 변위를 일으키는 다른 유사한 기계적인 요소로 대체될 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 예를 들면, 상보적인 구조의 원뿔형 나선에 배치된 테이퍼진 롤러가 이용될 수 있다.
리세스(214, 222), 하중 전달 볼(216) 및 벨르빌 스프링(224)의 중요한 설계 고려 사항은 이들 설계의 기하학적 형상과 클러치 조립체(120A, 120B)의 전체적인 공차가 이들이 자체적으로 맞물지 않도록 보장하는 것이다. 조절 클러치 조립체(120A, 120B)는 자체 맞물림이 이루어져선 안되며, 오히려 전자기 코일(200)로의 전기적인 입력에 직접, 비례적으로 응답하여 클러치 플레이트(134, 136)의 조절 클램핑(clamping)과 토크 전달을 할 수 있어야 한다. 상기 메커니즘의 추가적인 상세 사항은 여기에 참조로 병합된 미국 특허 제 5,492,194호에서 찾을 수 있을 것이다.
제 2 원형 부재(218)는 출력 샤프트(150B) 상의 수 스플라인 또는 기어 치형부(148)에 상보적이며 이에 맞물리는 다수의 암 스플라인 또는 기어 치형부(228)를 포함한다. 플랫 와셔(230)는 제 2 원형 부재(218)로부터 어플라이 플레이트(172)로 축 방향 힘을 전달한다. 제 1 원형 부재(210)의 축 방향 위치는 스러스트(thrust) 베어링 조립체(232)에 의해 설정된다. 출력 샤프트(150B)를 하우징(114B)의 내부에서 회전 가능하게 지지하며 축 방향으로 위치시키는 볼 베어링 조립체(234)와 같은 마찰 방지 베어링이 스러스트 베어링 조립체(232)에 인접하게 위치한다. 볼 베어링 조립체(234)는 상보적인 구조의 주변 슬롯 또는 그루브(groove)(238) 내에 수용된 한 쌍의 스냅 링(236)에 의해 축 방향으로 위치되고 구속된다. 출력 샤프트(150B)는 상보적인 구조의 암 스플라인, 기어 치형부 또는 출력 플랜지, 샤프트 또는 액슬(모두 미도시됨)에 적합하고 이들에 맞물려지는 한 세트의 외부 또는 수 스플라인 또는 기어 치형부(240)를 또한 포함한다. 오일 실(242)은 하우징(114B)과 출력 샤프트(150B)의 사이에 유체가 새지 않는 적합한 밀봉재를 제공한다.
후측 차동기어 조립체(36)의 디스크 팩 클러치 조립체(120B)의 작동에 관한 간결한 설명은 상기 조립체의 개선점과 특징들을 강조한다. 전자기 코일(200)에 전기가 공급되지 않을 때, 출력 샤프트(150B)는 입력 구동 부재의 기능을 하는 튜브형 입력 부재(94)에 대해서 자유롭게 움직이는 상태가 된다. 전자기 코일(200)로 전류가 흐르기 시작하고 증가됨에 따라, 로터(192)의 회전 속도를 떨어뜨리는 드래그가 발생하며, 제 1 원형 부재(210)와 제 2 원형 부재(218) 사이의 상대 회전을 야기시킨다. 상기 현상이 발생함에 따라, 하중 전달 볼(216)은 리세스(214, 222)를 타게 되며, 제 1 원형 부재(210)와 제 2 원형 부재(218)를 분리시키며, 제 2 원형 부재(218)를 어플라이 플레이트(172) 쪽으로 몰아낸다. 어플라이 플레이트(172)의 병진 운동은 다수의 클러치 디스크(134, 136)를 압축시키며, 튜브형 구동 부재(94)와 벨 하우징(124)으로부터 칼라(142)와 우측의 출력 샤프트(150B)로 구동 토크를 전달한다. 좌측 조절 클러치 조립체(120A)의 작동은 좌측의 출력 샤프트(150A)(도 2에 도시됨)에 상응하는 토크 전달을 야기시킨다.
제 1 원형 부재(210)와 제 2 원형 부재(218)에 의해 발생하는 압축력은 와셔(230)를 통과하여, 어플라이 플레이트(172), 다수의 클러치 플레이트(134, 136)를 통과하며, 방사형의 플랜지(154)를 통해서 출력 샤프트(150B)로 전달된다는 것이 주지되어야 한다. 그래서 반력은 출력 샤프트(150B)의 길이를 따라서 스냅 링(236), 볼 베어링 조립체(234)와 스러스트 베어링(232) 및 이곳에서 다시 제 1 원형 부재(210)로 축 방향으로 이동한다. 출력 샤프트(150B) 상의 방사형 플랜지(154)와 스냅 링(236)은 그래서, 디스크 팩 클러치 조립체(120B)의 구성 요소를 한정하며 상기 조립체(120B)의 작동에 의한 반력을 출력 샤프트(150B)를 따라서 출력 샤프트(150B)로 유도하는 고정 정지부의 역할을 한다. 그래서, 디스크 팩 클러치 조립체(120B)의 작동에 의해 발생한 반력은 효과적으로 온전히 출력 샤프트(150B) 내에 수용되며, 외측 하우징(114B), 중앙 하우징(76) 또는 다른 구성 요소를 통해서 전달되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 클러치 작동기의 반력을 상기와 같이 직접 수용하는 것은 하우징(76, 114A, 114B)의 작용력과 휨 현상을 감소시키며, 후측 차동기어 조립체(36)와 이들 구성 요소의 조절 제어 기능과 사용 기간을 향상시킨다.
내부 반력 회로를 갖는 클러치에 대한 위에서 설명된 바람직한 실시예가 전자기 작동기를 이용하지만, 유압 유체 또는 공기와 같은 가압 공기를 이용하는 피스톤과 실린더 구조도 모두 용이하게 클러치 팩을 작동하는데 적용할 수 있으며, 본 발명의 내부 반력 경로 또는 회로의 특징과 이점을 구현한다는 것이 또한 주지되어야 한다. 그래서, 상기와 같이 다양한 클러치 액추에이터 구조도 본 발명의 범주 내에 속한다고 간주된다.
마지막으로, 출력 샤프트(150B)가 반력 수용 부재로 위에서 설명되었지만, 다수의 디스크 팩 클러치 조립체(120B)를 통한 토크의 흐름 방향은 용이하게 반대가 될 수 있으며, 또는 상기 샤프트(150B)가 입력 샤프트가 되도록 클러치 조립체(120B)가 재 구성될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 상기 두 가지 경우에서, 샤프트(150B)는 반력 수용 부재의 기능을 한다.
앞에서 개시된 설명은 발명자에 의해 고안된 본 발명을 실행하는 최상의 모드이다. 하지만, 본 발명으로부터의 변형과 변경을 병합한 장치가 구동 라인 클러치 구성요소 분야의 당업자에게 분명할 것이라는 게 자명하다. 앞에서 개시된 설명이 관련 당업자로 하여금 본 발명을 실행하는 것을 가능하게 하는 한, 개시된 설명에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 앞에서 언급된 자명한 변형과 같은 것을 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 첨부된 청구항의 사상과 범주에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (10)

  1. 자동차의 구동 라인 구성요소에 사용하는 클러치 조립체에 있어서,
    제 1 부재(94),
    플랜지(154)와 상기 플랜지(154)로부터 일정 간격 떨어진 정지부(stop)(238)를 구비하는 제 2 부재(150)로서, 상기 플랜지(154)는 다수의 클러치 디스크를 구속하기에 적합하게 되어있는 표면(156)을 포함하는, 상기 제 2 부재(150),
    상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재 사이에 작동 가능하게 배치된 조절(modulating) 클러치(120)로서, 상기 조절 클러치(120)는 상기 제 1 부재(94)와 함께 회전하도록 배치된 다수의 제 1 클러치 디스크(134)와, 상기 다수의 제 1 클러치 조립체(134)와 다수의 제 2 클러치 디스크(136)에 힘을 가하기 위해서 상기 다수의 제 1 클러치 디스크(134)의 사이에 삽입되고 상기 제 2 부재 및 작동기(184, 192, 200, 210, 216, 218)와 함께 회전하도록 배치된 상기 다수의 제 2 클러치 디스크(136)를 포함하며, 상기 조절 클러치(120)는 상기 플랜지(154)와 상기 정지부(238)의 사이에서 상기 제 2 부재(150) 상에 배치되는, 상기 조절 클러치를 포함하며,
    클러치의 작동 동안에 발생한 반력은 상기 제 2 부재(150) 내에 수용되는, 자동차의 구동 라인 구성요소에 사용하는 클러치 조립체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 부재(94)는 입력부(input)이며, 상기 제 2 부재(150)는 출력부인, 자동차의 구동 라인 구성요소에 사용하는 클러치 조립체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 플랜지(154)는 상기 제 2 부재(150)와 일체형이며, 상기 정지부(238)는 상기 제 2 부재 상의 스냅 링(snap ring)인, 자동차의 구동 라인 구성요소에 사용하는 클러치 조립체.
  4. 제 1항에 있어서, 추가적인 제 2 부재(150), 상기 제 1 부재(94)에 결합된 제 2 조절 클러치 조립체(120), 상기 부재(94, 150)와 상기 클러치(120)를 수용하는 하우징(76, 114)을 더 포함하는, 자동차의 구동 라인 구성요소에 사용하는 클러치 조립체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 작동기는 고정 전자기 코일(200), 상기 전자기 코일을 부분적으로 둘러싸는 로터(192), 상기 로터에 인접하게 배치된 전기자(armature)(182), 및 상보적인 구조의 대향 경사 리세스(ramped recess)(214, 222)와 상기 리세스의 내부에 배치된 구름(rolling) 부재(216)를 포함하는 한 쌍의 대향 원형(circular) 부재(210, 218)를 구비하는 볼 램프 장치(ball ramp device)를 포함하는, 자동차의 구동 라인 구성요소에 사용하는 클러치 조립체.
  6. 제 1항에 있어서, 저 마찰 칼라(212)를 더 포함하며, 상기 원형 부재(210, 218) 중 하나는 상기 로터(192)에 고정되며, 상기 저 마찰 칼라(212)는 상기 원형 부재(210, 218) 중 상기 하나와 상기 제 2 부재(150)의 사이에 배치되는, 자동차의 구동 라인 구성요소에 사용하는 클러치 조립체.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 정지부(238)는 상기 제 2 부재(150) 내의 원주 그루브(groove)에 수용된 하나 이상의 스냅 링을 포함하는, 자동차의 구동 라인 구성요소에 사용하는 클러치 조립체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 플랜지(154)의 상기 표면(156)은 편평하며, 상기 다수의 클러치 디스크(134, 136)와 정렬되는, 자동차의 구동 라인 구성요소에 사용하는 클러치 조립체.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 작동기와 상기 다수의 클러치 디스크(134, 136)의 사이에 작동 가능하게 배치된 어플라이(apply) 플레이트(172)를 더 포함하는, 자동차의 구동 라인 구성요소에 사용하는 클러치 조립체.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 부재(94)와 상기 다수의 제 1 클러치 디스크(134) 사이에 작동 가능하게 배치된 벨 하우징(124)과, 상기 다수의 제 2 클러치 디스크(136)와 상기 제 2 부재(150) 사이에 작동 가능하게 배치된 칼라(142)를 더 포함하는, 자동차의 구동 라인 구성요소에 사용하는 클러치 조립체.
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