KR20040035258A - limited slip differential - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A differential limiting device is provided to simplify the structure and achieve differential limiting performance of a uniform level regardless of the passage of the using time of a vehicle. CONSTITUTION: A differential limiting device comprises a magnet(3) connecting with a side gear(1) and rotating; a stator(5) generating an induction current by the rotation of the magnet; an electromagnet(9) receiving the current of the stator and forming a magnetic field in a space between a differential case(7) and the side gear; an MR(Magneto-Rheological) fluid(11) filled between the differential case and the side gear; and plural disks(13) connecting with the side gear and rotating, in the space between the differential case and the side gear.

Description

차동제한장치{limited slip differential}Limited slip differential

본 발명은 차량의 차동제한장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MR유체를 이용하여 차동제한 기능을 발휘하도록 하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a differential limiting apparatus for a vehicle, and more particularly, to a technique for exerting a differential limiting function using an MR fluid.

도 1에는 종래의 일반적인 차동제한장치가 도시되어 있다. 디퍼렌셜케이스(102)의 내부에는 일반적인 차동장치와 마찬가지로 양쪽의 드라이브샤프트와 연결되는 사이드기어(104)와, 이들 사이에 치합되는 피니언기어(106) 및 상기 피니언기어(106)를 상기 디퍼렌셜케이스(102)에 지지하는 피니언샤프트(108) 등이 구비되어 있으며, 이와 함께 사이드기어(104)와 디퍼렌셜케이스(102)에 각각 연결된 다수의 카본 플레이트가 서로 교번하여 형성된 다판클러치(100)가 구비되어 있으며, 상기 다판클러치(100)는 상기 두 사이드기어(104)의 사이에 설치된 프리로드스프링(110)에 의해 카본 플레이트들이 마찰력을 발생할 수 있는 상태로 가압되고 있는 상태이다.1 illustrates a conventional general differential limiter. In the differential case 102, the differential case 102 includes side gears 104 connected to both drive shafts, pinion gears 106 and pinion gears 106 engaged therebetween, as in a general differential device. And a pinion shaft 108 for supporting each other, and a multi-plate clutch 100 having a plurality of carbon plates connected to the side gear 104 and the differential case 102 alternately with each other is provided. The multi-plate clutch 100 is in a state where the carbon plates are pressed in a state in which the friction force can be generated by the preload springs 110 installed between the two side gears 104.

따라서, 험로주행 등과 같은 경우에 사이드기어(104)와 디퍼렌셜케이스(102)의 사이에 속도차이가 발생되면 상기 다판클러치(100)를 통해 다른 쪽으로 토크가 전달되는바, 토크는 고속으로 회전하는 사이드기어측에서 디퍼렌셜케이스를 통하여 저속으로 회전하는 사이드기어측으로 공급되어 험로에서 항상 양쪽의 모든 구동륜에 구동력을 제공할 수 있도록 한다.Therefore, when a speed difference is generated between the side gear 104 and the differential case 102 in the case of rough road driving, the torque is transferred to the other side through the multi-plate clutch 100, and the torque rotates at high speed. It is supplied from the gear side to the side gear that rotates at low speed through the differential case, so that the driving force is always provided to both drive wheels on the rough road.

그런데, 상기한 바와 같은 구성으로 작동되는 차동제한장치는 상기한 바와 같은 다판클러치(100)를 구성하기 위한 다수의 카본 플레이트가 복잡하게 결합되어 있어서 그 구조가 복잡하고, 상기 프리로드스프링(110)의 탄성력은 차량의 사용기간이 경과함에 따라 점차 약해져서, 상기 다판클러치(100)에서 충분한 마찰력을 발휘하지 못함에 의해 적절한 차동제한작용이 수행되지 못하게 되는 문제점이 있다.By the way, the differential limiting device operated in the configuration as described above is a complex structure of a plurality of carbon plates for constituting the multi-plate clutch 100 as described above is complicated, the preload spring 110 Since the elastic force of the vehicle is gradually weakened as the service life of the vehicle elapses, there is a problem that an appropriate differential limiting action cannot be performed by not exhibiting sufficient friction force in the multi-plate clutch 100.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 비교적 구조가 간단하고, 차량의 사용기간의 경과 여부에 관계없이 항상 일정한 수준의 차동제한 성능을 발휘할 수 있도록 하는 차동제한장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and provides a differential limiting device that is relatively simple in structure and can always exhibit a constant level of differential limiting performance regardless of whether the vehicle has been in use. Has its purpose.

도 1은 종래 기술에 의한 다판클러치 타입 차동제한장치의 구성을 도시한 도면,1 is a view showing the configuration of a multi-plate clutch type differential limiting device according to the prior art

도 2는 본 발명에 따른 차동제한장치의 구성을 도시한 도면,2 is a view showing the configuration of a differential limiting device according to the present invention;

도 3은 도 2의 요부를 확대하여 도시한 상세도이다.3 is an enlarged detailed view of the main portion of FIG. 2.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

1; 사이드기어3; 자석One; Side gear 3; magnet

5; 스테이터7; 디퍼렌셜케이스5; Stator 7; Differential Case

9; 전자석11; MR유체9; Electromagnet 11; MR fluid

13; 디스크15; 자석실링벽13; Disk 15; Magnetic sealing wall

17; 클러치하우징19; 피니언기어17; Clutch housing 19; Pinion Gear

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차동제한장치는 사이드기어에 연결되어 회동되는 자석과;A differential limiting device of the present invention for achieving the above object is a magnet connected to the side gear is rotated;

상기 자석의 회전운동에 의해 유도전류를 발생시키는 스테이터와;A stator for generating an induced current by the rotational movement of the magnet;

상기 스테이터의 전류를 받아 디퍼렌셜케이스와 사이드기어 사이의 공간에 자기장을 형성하는 전자석과;An electromagnet configured to receive a current from the stator and form a magnetic field in a space between the differential case and the side gear;

상기 디퍼렌셜케이스와 사이드기어 사이에 충전된 MR유체와;MR fluid filled between the differential case and the side gear;

상기 디퍼렌셜케이스와 사이드기어 사이의 공간에서 상기 사이드기어와 함께 연결되어 회전되도록 설치된 다수의 디스크로 구성된 것을 특징으로 한다.And a plurality of disks installed so as to be connected and rotated together with the side gears in the space between the differential case and the side gears.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2와 도 3은 본 발명에 따른 차동제한장치를 도시한 것으로서, 사이드기어(1)에 연결되어 회동되는 자석(3)과, 상기 자석(3)의 회전운동에 의해 유도전류를 발생시키는 스테이터(5)와, 상기 스테이터(5)의 전류를 받아 디퍼렌셜케이스(7)와 사이드기어(1) 사이의 공간에 자기장을 형성하는 전자석(9)과, 상기 디퍼렌셜케이스(7)와 사이드기어(1) 사이에 충전된 MR유체(11)와, 상기 디퍼렌셜케이스(9)와 사이드기어(1) 사이의 공간에서 상기 사이드기어(1)와 함께 연결되어 회전되도록 설치된 다수의 디스크(13)로 구성되어 있다.2 and 3 show a differential limiting device according to the present invention, a magnet 3 connected to a side gear 1 and rotated, and a stator for generating an induced current by a rotational movement of the magnet 3. (5), an electromagnet 9 for receiving a current from the stator 5 to form a magnetic field in the space between the differential case 7 and the side gear 1, and the differential case 7 and the side gear 1 And a plurality of disks 13 installed so as to be connected and rotated together with the side gears 1 in the space between the differential case 9 and the side gears 1 and the MR fluid 11 filled between them. have.

여기서, 상기 자석(3)은 상기 사이드기어(1)의 외주에 고정된 디스크형상으로 형성되어 있으며, 상기 스테이터(5)는 상기 자석(3)이 회동할 때 유도전류를 원활히 발생시킬 수 있도록 상기 자석(3)의 외측에서 약간만 떨어지도록 하여 도시된 바와 같이 자석실링벽(15)에 지지하여 설치하였다.Here, the magnet 3 is formed in the shape of a disk fixed to the outer periphery of the side gear (1), the stator (5) to smoothly generate an induced current when the magnet (3) is rotated Only a slight distance from the outside of the magnet (3) was installed to support the magnet sealing wall (15) as shown.

상기 자석실링벽(15)은 상기 자석(3) 주위에 상기 MR유체(11)가 차단되도록 자석(3)을 외측에서 감싸며, 상기 디퍼렌셜케이스(7)측에 설치된 클러치하우징(17)에 연결되어 있어서 상기 자석(3)과 스테이터(5)의 상대운동이 가능하도록 되어 있다.The magnet sealing wall 15 surrounds the magnet 3 from the outside so that the MR fluid 11 is blocked around the magnet 3, and is connected to the clutch housing 17 installed on the differential case 7 side. Therefore, the relative movement of the magnet 3 and the stator 5 is possible.

여기서, 상기 클러치하우징(17)은 상기 자석실링벽(15)의 외측을 감싸며 상기 MR유체(11)를 수용할 공간을 형성하며, 그 내측에 상기 전자석(9)이 설치되어 있다.Here, the clutch housing 17 surrounds the outer side of the magnet sealing wall 15 to form a space for accommodating the MR fluid 11, and the electromagnet 9 is installed inside the clutch housing 17.

한편, 상기 MR유체(Magneto-rheological Fluid: 자기유변유체;11)는 실리콘 오일 또는 미네랄 오일 등의 비전도성 용매 속에 미크론 크기의 자성을 가지는 입자들을 분산시킨 비콜로이드 용액이면서 자기장 부하에 의해서 역학적인 특성이 변화되는 유체로서 기본적으로 낮은 투자율의 용매에 상자성(paramagnetic)입자를 분산시킨 용액이다.Meanwhile, the MR fluid (Magneto-rheological Fluid; 11) is a non-colloidal solution in which particles having a micron size magnetism are dispersed in a non-conductive solvent such as silicone oil or mineral oil and have dynamic characteristics due to magnetic field load. As this fluid to be changed, it is basically a solution in which paramagnetic particles are dispersed in a solvent having a low permeability.

이러한 MR유체(11)는 자기장이 부하되지 않은 무부하시에는 램덤 구조를 갖는 뉴토니언 유체(Newtonian fluid)의 성질을 띠지만, 일단 자기장이 부하되면 자성을 가지는 분산 입자들이 분극화를 일으키면서 부하된 자기장과 평행한 방향으로 체인과 같은 형태의 섬유질의 조직을 형성시켜 전단력이나 유동에 대한 저항력, 즉 전단변형률이 없이도 일정한 항복전단응력을 갖는 빙햄유체(Bingham fluid)로 변화되는 유체이다.The MR fluid 11 has a characteristic of a Newtonian fluid having a random structure when no magnetic field is loaded, but once the magnetic field is loaded, the magnetic dispersed particles are loaded while causing polarization. It is a fluid that transforms into a Bingham fluid having a constant yield shear stress without the shear force or flow resistance, that is, the shear strain by forming a chain-like fibrous structure in a direction parallel to the magnetic field.

또한, 상기 MR유체(11)는 전기장 무부하시에는 유체중 분산된 입자가 자유 운동을 하여 등방향성(isotropic)의 특성을 보이지만, 전기장을 전기감응형 유체에 가하면 유체중에 분산된 입자가 유도분극을 일으켜 전극을 향하는 다수의 섬유상의 조직을 형성함으로써 이방향성(anisotropic)의 거동을 갖게 되어 유체의 유동이나 외부에서 가해지는 하중의 의한 힘에 대하여 저항을 나타내게 되는 특성을 지닌 가제어성 유체의 일종인 전기유변유체(Electro-rheological Fluid)의 빠른 응답 속도의 장점은 그대로 가지고 있으면서 낮은 항복 응력과, 좁은 사용 온도 범위 및, 특히 불순물에 대한 민감성 등의 단점을 극복한 유체이다.In addition, the MR fluid 11 exhibits isotropic properties by free movement of the particles dispersed in the fluid under no electric field, but when the electric field is applied to the electrosensitive fluid, the particles dispersed in the fluid generate inductive polarization. Electricity is a kind of controllable fluid with the characteristic of forming a large number of fibrous tissues toward the electrode, which has anisotropic behavior and shows resistance to the flow of the fluid or the force applied from the external load. The advantage of the fast response speed of electro-rheological fluids is that they retain the disadvantages of low yield stress, narrow operating temperature range, and especially susceptibility to impurities.

본 발명은 이러한 MR유체(11)의 특성을 활용한 것으로서, 상기한 바와 같은 본 발명 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.The present invention utilizes the characteristics of the MR fluid 11, and describes the operation of the embodiment of the present invention as described above.

일반적인 차동장치와 마찬가지로 차량이 보통의 도로를 직진 주행하는 동안에는 피니언기어(19)가 자전하지 않고 좌우측의 사이드기어(1)와 함께 일체로 회전하여 좌우 차륜에는 동일한 회전력이 전달되는 상태를 유지한다.As with the general differential, the pinion gear 19 is rotated integrally with the left and right side gears 1 without being rotated while the vehicle is traveling straight along a normal road, so that the same rotational force is transmitted to the left and right wheels.

한편, 차량이 선회하는 경우에는 선회내륜과 선회외륜의 회전수 차이만큼 상기 좌우 사이드기어의 회전속도가 차이가 발생되고 이와 같은 회전속도차는 상기 피니언기어(19)가 자전함으로써 흡수하여 원활한 선회주행이 가능하도록 한다.On the other hand, when the vehicle is turning, a difference in the rotational speed of the left and right side gears is generated by the difference in the rotational speed of the turning inner ring and the turning outer ring, and this rotational speed difference is absorbed by the pinion gear 19 rotating, so that the smooth turning operation is achieved. Make it possible.

다음, 차량의 한쪽 구동륜이 얼음판 위에 놓이거나 진창 등에 빠진 경우에는 상기 진창 등에 빠진 차륜(이하 “제1차륜”)의 회전속도가 빠지지 않은 쪽 차륜(이하 “제2차륜”)의 회전속도보다 현저히 크게 되는데, 이때 상기 제1차륜쪽의 사이드기어(1)와 디퍼렌셜케이스(7)와의 사이에 발생하는 속도차는 상기 자석(3)과 스테이터(5)의 속도차로서 상기 스테이터(5)에 전류를 발생시켜 상기 전자석(9)이 자기장을 형성하도록 한다.Next, when one driving wheel of the vehicle is placed on an ice sheet or falls into a sludge, the rotation speed of the wheel falling into the sludge (hereinafter referred to as "first wheel") is significantly greater than the rotation speed of the side wheel (hereinafter referred to as "second wheel"). In this case, the speed difference generated between the side gear 1 and the differential case 7 on the side of the first wheel is a speed difference between the magnet 3 and the stator 5 to supply current to the stator 5. Generated so that the electromagnet 9 forms a magnetic field.

따라서, 상기 자기장이 형성된 쪽의 MR유체(11)는 전단력을 갖게 되어 상기 디스크(13)의 회전을 방해하는 힘을 발생시키는 바, 이 때에 발생되는 마찰력은 상기 디퍼렌셜케이스(7)를 통해 반대편의 사이드기어로 제공되어 제2차륜에 구동력으로 전달되어 차동제한 기능이 수행되도록 하는 것이다.Therefore, the MR fluid 11 on the side of the magnetic field is provided with a shear force to generate a force that hinders the rotation of the disk 13, the friction force generated at this time through the differential case (7) It is provided as a side gear to be transmitted to the second wheel as a driving force to perform a differential limiting function.

물론, 상기 선회주행시에도 상기 자석(3)과 스테이터(5)의 사이에는 회전속도차가 발생하지만 그 속도차가 크지 않아 자기장의 세기도 약하여 상기 MR유체(11)의 전단력은 크지 못하므로 원활한 차동작용에 영향을 주지 않으며, 나아가 상기 자석실링벽(15)에 의해 상기 자석(3)의 자기장 영역 주변에는 상기 MR유체(11)가 유입되지 않아 상기 자석(3)에 의해 MR유체(11)의 전단력이 형성되는 정도는 무시할 정도의 수준이 된다.Of course, the rotation speed difference occurs between the magnet (3) and the stator (5) at the time of turning, but the speed difference is not so large that the strength of the magnetic field is weak, so the shear force of the MR fluid (11) is not large, so that the smooth differential action In addition, the MR fluid 11 does not flow around the magnetic field region of the magnet 3 by the magnet sealing wall 15, so that the shear force of the MR fluid 11 is increased by the magnet 3. The degree of formation is negligible.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 사이드기어와 디퍼렌셜케이스 사이에 발생하는 속도차에 의해 전력 및 자기장을 발생시켜 사이드기어와 디퍼렌셜케이스 사이에 충전된 MR유체의 전단력 변화에 의해 차동제한 기능을 수행하도록 함으로써, 비교적 구조가 간단하고, 차량의 사용기간의 경과 여부에 관계없이 항상 일정한 수준의 차동제한 성능을 발휘할 수 있도록 한다.As described above, according to the present invention, by generating a power and a magnetic field by the speed difference generated between the side gear and the differential case to perform a differential limiting function by changing the shear force of the MR fluid charged between the side gear and the differential case. In addition, it is relatively simple in structure and always provides a certain level of differential limiting performance regardless of whether the vehicle has been in service.

Claims (3)

사이드기어에 연결되어 회동되는 자석과;A magnet which is connected to the side gear and rotated; 상기 자석의 회전운동에 의해 유도전류를 발생시키는 스테이터와;A stator for generating an induced current by the rotational movement of the magnet; 상기 스테이터의 전류를 받아 디퍼렌셜케이스와 사이드기어 사이의 공간에 자기장을 형성하는 전자석과;An electromagnet configured to receive a current from the stator and form a magnetic field in a space between the differential case and the side gear; 상기 디퍼렌셜케이스와 사이드기어 사이에 충전된 MR유체와;MR fluid filled between the differential case and the side gear; 상기 디퍼렌셜케이스와 사이드기어 사이의 공간에서 상기 사이드기어와 함께 연결되어 회전되도록 설치된 다수의 디스크;A plurality of disks installed to be rotated in connection with the side gear in a space between the differential case and the side gear; 로 구성된 것을 특징으로 하는 차동제한장치.Differential limiting device characterized in that consisting of. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자석의 주위에는 상기 MR유체가 차단되도록 자석실링벽이 구비되고,A magnet sealing wall is provided around the magnet to block the MR fluid. 상기 자석실링벽의 내부에 상기 스테이터가 설치된 것을 특징으로 하는 차동제한장치.And the stator is provided inside the magnet sealing wall. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 디퍼렌셜케이스에는 상기 자석실링벽의 외측을 감싸며 상기 MR유체를 수용할 클러치하우징이 설치되고,The differential case is provided with a clutch housing surrounding the outer side of the magnet sealing wall and accommodating the MR fluid. 상기 클러치하우징의 내측에 상기 전자석이 설치된 것을 특징으로 하는 차동제한장치.Differential limiting device, characterized in that the electromagnet is installed inside the clutch housing.
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