KR20040083362A - 전자기 클러치와 차동기어장치를 갖춘 뒷 축 - Google Patents

전자기 클러치와 차동기어장치를 갖춘 뒷 축 Download PDF

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KR20040083362A
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윌리엄알.주니어. 켈리
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보그워너 인코포레이티드
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Abstract

주 전륜 구동 차량용 뒷 축 조립체는 두개의 전자기 클러치와 차동 기어장치를 포함한다. 제 1 전자기 클러치는 차동 기어장치에 토크를 제공하고, 교대로, 차동기어장치는 두 축에 구동 토크를 제공한다. 차동 기어장치는 차동장치 케이지(cage)와 출력 축사이에 운전 가능하게 놓인 제 2 전자기 클러치를 포함한다. 제 1 전자기 클러치의 작동은 뒷 축 차동장치에 토크의 제어된[발전된] 적용을 제공하고 제 2 전자기 클러치의 작동은 점진적으로 차동기어장치의 속력차를 방지한다.

Description

전자기 클러치와 차동기어장치를 갖춘 뒷 축{REAR AXLE HAVING ELECTROMAGNETIC CLUTCHES AND GEARED DIFFERENTIAL}
본 발명은 일반적으로는 전륜 구동 운송수단을 위한 뒷 축 조립체에 관한 것으로 더 상세하게는 두 개의 전자기 클러치와 베벨 기어 차동장치를 구비한 뒷 축 조립체에 관한 것이다.
견인 제어(traction control) 및 운송수단 안정 시스템은 중요한 현대 엔지니어링 연구 및 개발의 주제이다. 많은 운송수단은 차량 핸들링, 제동 및 총체적인 제어를 개선하기 위하여 제동 및 다양한 토크 전달 적용을 제공하는 트랜스퍼 케이스 클러치를 제어하기 위한 예를 들어, 4개의 독립된 바퀴 속력 센서로부터 데이터를 받는 복잡한 소프트 웨어를 사용한다.
기계적인 구동 라인 구성 부품과 전기 제어 시스템은 선행기술에 잘 나타나 있다. 예를 들어, 미국 특허 번호 제 5,407,024호에는 앞 바퀴와 뒷 바퀴사이에서가변 임계치를 초과하는 속력이 검출될 때 토크가 운송수단의 뒷 바퀴에 항상 제공하고 트랜스퍼 케이스내의 모듈레이팅 클러치(modulating clutch)가 토크를 자동으로 점진적으로 앞 바퀴에 제공하는 적응 구동 시스템이 개시되어 있다. 전륜 구동 운송수단은 또한 독특한 적응성 있는 토크 전달 및 안정성 제어 시스템과 결합되어 있다. 하나의 전륜구동 시스템에서, 한 쌍의 클러치를 갖는 뒷 축이 왼 쪽과 오른쪽 뒷 바퀴에 토크를 제공하도록 독립적으로 맞물릴 수 있다. 이 시스템은 미국 특허 번호 제 6,327,935호에 개시되어 있다.
4륜 적응성 구동 시스템을 위한 제어 방법이 결합된 추가적이고 다양한 기계 구동 라인 구성부품 및 소프트 웨어가 둘 다 가능하고 바람직하다는 것이 명백하다.
주 전륜 구동 차량용 뒷 축 조립체는 두개의 전자기 클러치와 차동 기어장치를 포함한다. 제 1 전자기 클러치는 차동 기어장치에 토크를 제공하고, 다시, 차동기어장치는 두 축에 구동 토크를 제공한다. 차동 기어장치는 차동장치 케이지(cage)와 출력 축사이에 운전 가능하게 놓인 제 2 전자기 클러치를 포함한다. 제 1 전자기 클러치의 작동은 뒷 축 차동장치에 토크의 제어된[점진적인] 적용을 제공하고 제 2 전자기 클러치의 작동은 점진적으로 차동기어장치의 속력차를 방지한다. 전자기 클러치는 독립적으로 혹은 함께 세가지의 뚜렷한 운전 모드를 제공하도록 작동될 수 있다. (1) 단지 제 1 클러치만이 작동 - 개방 뒷 차동장치를 갖춘 4륜 구동 운송수단으로 하여 운전, (2) 단지 제 2 클러치만이 물림 - 뒷축은 구동되지 않고 뒷축사이의 속력차이 없음, (3) 클러치 둘다 작동 - 뒷 축 속력차 없이 4륜 구동 운송수단으로 운전. 상술된 설명은 묘사와 설명을 위한 목적으로 오직 에너지가 완전히 가해진 혹은 작동된 상태의 클러치에 대한 것임을 이해할 것이다. 클러치가 모듈레이팅 클러치이므로, 클러치의 비례 혹은 부분 물림이 가능하여 제 1클러치를 통하여 토크 전달의 선택된, 모듈레이팅된 레벨 및 제 2 클러치에 의한 속력차의 부분적인 방지를 달성하게 된다.
그러므로 본 발명의 목적은 두 전자기 클러치를 갖는 뒷 축 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 두 개의 전자기 클러치 및 차동기어장치를 갖춘 뒷 축 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 제 1 전자기 클러치를 갖춘 전륜 구동 차량용 뒷 축 조립체를 제공하는 것으로 차동장치의 속력차를 제어 가능하게 방지하는 제 2 전자기 클러치를 갖춘 차동기어장치에 토크를 제어될 수 있게 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적과 장점은 바람직한 실시예의 후술하는 상세한 설명과 유사한 참조번호로 동일한 구성, 요소 혹은 특징을 참조하는 첨부된 도면을 참조하면 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 차동 장치와 두 개의 전자기 클러치를 포함하는 뒷 축 조립체를 갖는 4륜 구동 차량 구동 동력열의 개요도.
도 2는 본 발명에 따른 뒷 축 조립체의 전단면도.
도 3은 본 발명에 따른 뒷 축 조립체의 제 1 부분의 확대된 부품 전단면도.
도 4는 본 발명에 따른 뒷 축 조립체의 제 2 부분의 부품 확대 전단면도.
도 5는 본 발명에 따른 뒷 축 조립체의 차동장치 구성부품의 도 4의 선 5-5를 따라 취해진 확대된 부품 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 전자기 클러치 조립체의 볼 램프 조작기의 도 4의 선 6-6를 따라 취해진 확대된 부품 단면도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
36 : 뒷 혹은 2차 축 조립체 38 : 라이브 뒷 축
70 : 제 1 전자기 클러치 조립체 72 : 원통형 벨 형상의 하우징
82 : 입력 부재 92 : 출력 허브
130 : 주 혹은 파일럿 마찰 클러치 조립체
142 : 홈 144: 하중 전달 볼
148 : 홈
170 : 2차 혹은 주 마찰 클러치 조립체
190 : 제 2 전자기 클러치 조립체 192 : 측방 베벨 기어
196 : 회전 될 수 있는 하우징
200 : 베벨 기어 차동장치 조립체 210A, 210B : 측방 베벨 기어
226A, 226B : 2차 혹은 주 마찰 클러치 조립체
240 : 전자기 조작기 조립체
이제 도 1을 참조하면, 본 발명을 결합하고 주로 전륜 구동을 하는 4륜 구동 운송수단 구동 열을 개략적으로 도시하고 참조번호(10)에 의하여 지칭한다. 차량 구동 열(10)은 변속기(14)에 연결되어 직접 구동하는 원동기(12)를 포함한다. 변속기(14)는 수동이거나 자동 변속기일 수 있으며 앞 혹은 주 추진 축(22), 앞 혹은 주 차동장치(24), 한 쌍의 라이브 앞 축(26)과 각각 한 쌍의 앞 혹은 주 타이어 및 바퀴 조립체(28)를 포함하는 주 혹은 전륜 구동 라인(20)에 원동력을 제공하는 베벨 혹은 스파이럴 베벨 기어 세트(16)를 구동한다. 앞 혹은 주 차동장치(24)는 종래기술임을 이해하여야 한다.
베벨 혹은 스파이럴 베벨 기어 세트(16)는 또한 적절한 유니버셜 조인트(34), 뒤 혹은 2차 축 조립체(36), 한 쌍의 라이브 2차 혹은 뒷 축(38)과 각각 한 쌍의 2차 혹은 뒷 타이어 바퀴 및 조립체(42)를 포함하는 2차 혹은 후륜 구동 라인(30)에 원동력을 제공한다.
복수의 바퀴 속력 센서(52)의 신호를 수신하는 마이크로프로세서 혹은 컨트롤러(50)는 차량 구동 열(10)에 연계되어 있다. 바퀴 속력 센서(52)는 또한 운송수단의 안티 로크 브레이크 시스템(ABS), 견인 제어 시스템 또는 안정성 제어 시스템에 신호를 제공하는 데에 사용하는 바퀴 속력 센서인 것이 바람직하다. 다르게는, 바퀴 속력 센서들은 마이크로프로세서(50)에 의하여 전적으로 이용되는 전용 센서일 수 있다. 이러한 센서(52)는 바퀴 속력 센서들이 다양한 릴럭턴스 센서(reluctance sensor), 광학 센서 혹은 아나로그 장치일 수 있다고 할지라도 홀 효과 센서인 것이 바람직하다.
마이크로프로세서 혹은 컨트롤러(50)는 또한 주 혹은 앞 추진 축(22)과 연계된 센서(54), 뒤 혹은 2차 추진 축(32)과 연계된 센서(미도시됨)로부터의 정보를 받고 예를 들어 운송수단 운전자의 명령에 따른 앞 타이어 및 바퀴 조립체(28)의현재의 각 위치(angular position)와 같은 그 외 운송수단 운전 조건을 받을 수 있다. 마이크로프로세서 혹은 컨트롤러(50)는 소프트 웨어를 포함하는데, 그 소프트 웨어에 의하여 센서(52 및 54)와 그 외 운송수단 센서들로부터 신호를 받아 처리하고, 운송수단의 안정성을 개선시키고 운송수단의 제어를 유지하며 및/또는 스키드(skid) 혹은 다른 이상 운전 조건을 수정하고 보상하기 위하여 수정된 작동(corrective action)을 결정하고, 구동 토크를 베벨 기어 차동장치 및 제 2 전자기 클러치 조립체(190)에 선택적으로 제공하는 제 1 전자기 클러치 조립체(70)에 제 1 출력 신호를 공급한다.
이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 전자기 클러치 조립체(70)는 복수의 관통 구멍(76)이 형성된 연속 플랜지 혹은 복수의 귀(ear) 또는 돌기부(lug)(74)를 구비한 원통형, 벨 형상의 하우징(72)을 포함하는데, 상기 구멍(76)은 도 1에 도시된 차동장치 조립체(36)의 하우징으로부터 설치와 해체를 용이하게 하는 예컨대, 나사산 있는 파스너(78)를 수용하도록 만들어져 있다. 원통형 하우징(72)은 벨 형상의 입력 부재(82)를 자유롭게 회전될 수 있도록 지지하고 있는 볼 베어링 조립체(80)와 같은 윤활 조립체(anti-friction assembly)를 수용하고 지지한다. 이 입력 부재(82)는 수 스플라인(male spline)(86)이 있는 스터브 축(84)을 포함할 수 있다. 키 홈, 육각면 및 이와 유사한 것과 같은 다른 확동수단(positive drive means)이 또한 이 입력 스터브 축(84)에 만들어 질 수 있다. 볼 베어링 조립체(88)와 같은 제 2 윤활 조립체는 원통형 출력 허브(92)를 자유롭게 회전될 수 있게 지지하고 있다. 입력 부재(82)의 원통 내벽에는 복수의 암 스플라인 혹은 기어이(94)가 형성되어 있다.
입력 부재(82)의 내면상의 암 나사(102)와 상보적으로 맞물리는 원주에 주위의 수 나사(98)를 구비한 클러치 환대(annulus) 혹은 칼라(98)는 상기 원통형 입력 부재(82)와 상기 원통형 출력 부재(92)사이에 방사향으로 배치된다. 그러므로, 클러치 환대 혹은 칼라(96)가 쉽게 이해될 수 있듯이 입력 부재(82)에 이들 사이의 적절한 상대 회전에 의하여 나사 조이고 입력 부재(82)로부터 풀려 질 수 있다. 클러치 환대 혹은 칼라(96) 및 출력 허브(92)사이에 롤러 베어링 조립체(104)가 있다. 유체 밀봉 고무 실(fluid tight elastomeric seal)(106)은 롤러 베어링 조립체(104)에 인접한 클러치 환대 혹은 칼라(96)의 내면에 원주 그루브(108)안에 수용되어 출력 축(92)과 클러치 칼라(96)사이에 유체 밀봉 실을 제공한다. 유체 밀봉 실은 또한 클러치 환대 혹은 칼라(96)의 원주 그루브(114)안에 수용되는 O-링(112)에 의하여 크러치 허브 혹은 칼라(96)의 외부 표면과 입력 부재(82)사이에 제공된다. 출력 축(120)은 원통형 출력 허브(92)상의 암 스플라인(124)과 짝을 이루어 회전 가능하게 맞물리는 수 스플라인(122)을 포함하는 것이 바람직하다. 적정한 오일 실(126)이 출력 허브(92)안에 배치되어 원통형 입력 부재(82)안에 일반적으로 유체 밀봉 내부 영역을 유지시킨다. 출력 축(120)은 일체로 형성되거나 직접 연결 혹은 고정된 출력 베벨 기어(128)를 포함한다.
이제 마찰 클러치 요소 그 자체로 돌아오면, 제 1 전자기 클러치 조립체(70)는 주 혹은 파일럿 마찰 클러치 조립체(130)를 포함하는데, 주 혹은 파일럿 마찰 클러치 조립체(130)는 입력 부재(82)안에서 암 스플라인(94)과 맞물리는 수 혹은외측 스플라인이 있는 제 1 복수의 큰 직경 클러치 판 혹은 디스크(132)를 갖추고 있다. 따라서, 큰 직경 마찰 클러치 판 혹은 디스크(132)는 입력 부재(82)와 함께 회전한다. 제 2 복수의 작은 직경 클러치 판(134)은 제 1 복수의 큰 직경 클러치 판 혹은 디스크(132)와 사이에 끼워지며, 제 2 복수의 작은 직경 클러치 판(134)은 원통형 출력 허브(92)위에 자유롭게 회전될 수 있게 수용된 제 1 원형 부재 혹은 판(140) 위의 서로 상보적으로 형성된 수 스플라인(138)과 맞물리는 내측 혹은 암 스플라인(136)을 구비하고 있다. 제 1 및 제 2 복수의 클러치 판(132 및 134)은 각각의 판 중 적어도 한 표면 위에 배치된 적절한 마찰 물질을 포함한다. 제 1 원형 판(140)은 출력 허브(92)의 축 주위에 원형 패턴으로 배치된 복수의 램프 같은 홈(142)을 포함한다. 홈(142)에는 헬리컬 원환체(helical torus)의 경사진 면이 형성된다.
홈(142)의 경사진 면에 의해 정의된 램프를 따라 구르는 하중 전달 볼(144) 또는 유사한 하중 전달 부재는 각각의 홈(142) 안에 배치된다. 큰 직경의 제 2 원형 부재 혹은 판(146)은 제 1 원형 판(140)과 대향되는 관계에 놓이며 유사한 복수의 상보적인 크기로 배치된 홈(148)을 포함한다. 그러므로 하중 전달 볼(144)은 짝을 이루는 대향하는 홈(142 및 148)들 안에 수용되고 구속되어 있으며, 이 홈(142 및 148)의 끝은 굽어지고 홈(142 및 148)의 내부 영역보다 훨씬 더 경사가 심하여 이에 의하여 정의된 영역에서 하중 전달 볼(144)이 효과적으로 구속되도록 한다.
홈(142 및 148) 및 하중 전달 볼(144)은 원형 판(140 및 146)사이의 상대적인 회전에 응답하여 원형 판(140 및 146)의 축 이동을 발생케 하는 다른 유사 기계 요소로 대체될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 상보적으로 형성된 원뿔형 나선 안에 배치된 테이퍼진 롤러가 사용될 수 있다.
홈(142 및 148) 및 하중 전달 볼(144)의 중요한 설계 고려사항은 그들의 기하학적 형상과 제 1 전자기 클러치 조립체(70)의 총체적인 설계 및 공차가 클러치 조립체(70)가 스스로 물리지 않도록 보장하는 것이다. 제 1 전자기 클러치 조립체(70)는 스스로 물려서는 않되고 오히려 마이크로프로세서 혹은 컨트롤러(50)에 의하여 제공되는 입력 신호에 직접, 비례적으로 응답하여 마찰 클러치 조립체를 모듈레이팅 클램핑(modulating clamping)할 수 있어야 한다.
제 2 원형 판(146)은 출력 허브(92)상의 수 스플라인 혹은 기어 이(154)와 상보적으로 맞물리는 복수의 암 스플라인 혹은 기어 이(152)를 포함한다. 입력 부재(82)상에서 암 스플라인(94)과 맞물리는 스플라인(158)이 있는 원형 판(156)은 제 1 또는 파일럿 마찰 클러치 조립체(130)와 제 2 원형 부재(146)사이에 배치된다.
제 2 원형 판(146)에 대향하는 제 1 원형 판(140)의 측 혹은 면에 환상 평 와셔(160)가 있다. 제 1 원형 판(140)에 대향하는 평 와셔(160)의 면에는 클러치 칼라(96)의 주변에 걸친 삼각 그루브(164)안에 자리잡은 백업 혹은 지지 환상 부재(162)가 있다.
평 와셔(160)는 바람직하게는 열가소성 폴리이미드 혹은 유사할 물질과 같은 플라스틱으로 만들어진다. 예를 들어, 미츠이 화학(Mitsui Chemicals)에서 만든 아럼(Aurum) JQC3025를 지칭하는 플라스틱이 적정하고, 이것은 등록상표 듀퐁 베스펠(DuPont Vespel®)로, 가공된 낮은 뮤 폴리이미드 플라스틱(low mu polyimide plastic)이다. 둘 다 좋은 성능을 제공하는 것으로 알려져 있다. 이 플라스틱 물질은 특정 응용분야에서의 하중 및 속력 조건 하에서 스스로를 희생시키지 않기에 충분한 높은 PV 값을 갖아야 한다.
2차 혹은 주 마찰 클러치 조립체(170)는 제 2 원형 부재(146)와 입력 부재(82)의 방사향으로 원주를 따라 뻗어있는 면 사이에 놓인다. 주 마찰 클러치 조립체(170)는 입력 부재(82)위의 스플라인(94)과 구동되게 맞물리는 수 스플라인(174)을 갖는 복수의 큰 직경의 클러치 판 혹은 디스크(172)를 포함한다. 원통형 출력 허브(92) 상의 서로 상보적으로 형성된 수 스플라인(154)과 맞물리는 암 스플라인(178)을 구비한 제 2 복수의 작은 직경 판 혹은 디스크(176)는 제 1 복수의 큰 직경 마찰 판 혹은 디스크(172)사이에 끼워진다. 자주, 제 1 및 제 2 복수의 클러치 판 혹은 디스크(172 및 174)는 각 판의 적어도 일면 위에 배치된 적절한 마찰 물질을 포함한다.
전자기 코일(184)은 클러치 칼라(96)의 적절한 홈(182)에 배치된다. 전자기 코일(184)은 단일 혹은 다수의 전도성 케이블(186)에 의하여 전력을 공급하는 마이크로프로세서 혹은 컨트롤러(50)에 연결된다.
동작 중에, 전자기 코일(184)에 전기 에너지를 인가하면 판(156)을 클러치 칼라(96)쪽으로 당겨서 제 2 원형 판 혹은 부재(146)에 대하여 상대적으로 제 1 원형 판 혹은 부재(140)를 회전시키려는 인력을 발생시켜, 하중 전달 볼(144)이홈(142와 148)을 타도록 하여 판 혹은 부재(140 및 146)를 별개로 구동하게 한다. 제 2 부재(146)는 작용판(apply plate)으로 작용하고 이 축방향 운동으로 주 혹은 2 차 마찰 클러치 팩(170)이 눌려 입력 부재(82) 및 출력 축(120)사이에서 토크가 전달된다. 평 와셔(160)는 주 혹은 파일럿 마찰 클러치 조립체(130)에 의하여 발생된 토크를 증폭시키거나 증대시킨다.
이제 도 2와 도 4를 참조하면, 뒷 축 조립체(36)는 또한 베벨 기어 차동장치와 제 2 전자기 클러치 조립체(190)를 포함한다. 베벨 기어 차동장치 및 제 2 전자기 클러치 조립체(190)는 제 1 전자기 클러치 조립체(70)의 출력부로 기능하는 출력 베벨 기어(128)에 의하여 측방 베벨 기어(192)를 통해 구동된다. 측방 베벨 기어(192)는 베벨 기어 이(194)를 포함한다. 측방 베벨 기어(192)는 도 4에 도시된 파스너 중 하나인 (198)과 같은 복수의 나사 가공된 파스너에 의하여 회전될 수 있는 차동장치 하우징(196)에 고정된다.
베벨 기어 차동장치 조립체(200)는 회전될 수 있는 하우징(196)안에 배치된다. 베벨 기어 차동장치 조립체(200)는 하우징(196)의 회전축 반경방향으로 향하고 (미도시된)구동 핀 혹은 다른 확동 리테이닝 수단에 의하여 하우징에 고정되는 스터브 축(202)을 포함한다. 한 쌍의 아이들러 베벨 기어(204)는 스터브 축(202) 주위를 회전하도록 배치된다. 아이들러 베벨 기어(204)는 각각 베벨 기어 이(206)를 포함하고 바람직하게는 차동장치 조립체(200)의 다른 구성부품을 위한 간극을 제공하는 원형 잘려진 홈 혹은 오목한 부분(208)을 포함하는 것이 바람직하다. 한 쌍의 측방 베벨 기어(210A 및 210B)는 두 아이들러 베벨 기어(204)와 상시 기어 물린다.측방 베벨 기어(210A 및 210B) 둘 다는 각각 내부 암 스플라인 혹은 기어 이(212A 및 212B)를 포함하고, 상기 내부 암 스플라인 혹은 기어 이는 한 쌍의 대칭적으로 배치된 출력 축(216A 및 216b) 위에 서로 상보적인 형상의 스플라인(214A 및 214B)과 각각 맞물리며 상기 출력 축은 왼쪽 및 오른쪽 축(38)을 각각 구동한다. 한 쌍의 오일 실(218A 및 218B)은 개별적인 축(218A 및 218B)과 외측 하우징(220)사이에 유체 밀봉 실을 제공한다. 회전될 수 있는 하우징(196)은 외측 하우징(220)안에 테이퍼 진 롤러 베어링 조립체(222A 및 222B)와 같은 한 쌍의 윤활 베어링에 의하여 지지된다. 회전될 수 있는 하우징(196)에 서로 맞물리는 스플라인에 의하여 연결된 제 1 복수의 큰 클러치 판 혹은 디스크(228A)를 갖춘 왼쪽 제 2 혹은 주 마찰 클러치 팩 혹은 조립체(226A)는 왼쪽 측방 베벨 기어(210A)와 회전 될 수 있는 하우징(196)사이에 작동 가능하게 배치된다.
왼쪽 측방 베벨 기어(210A)에 서로 맞물리는 스플라인에 의하여 연결된 제 2 복수의 작은 마찰 클러치 판 혹은 디스크(232A)는 제 1 복수의 큰 마찰 클러치 판 혹은 디스크(228A) 사이에 끼워진다. 회전될 수 있는 하우징(196)에 서로 맞물리는 스플라인에 의하여 연결된 제 1 복수의 큰 마찰 클러치 판 혹은 디스크(228B)를 갖는 오른쪽 제 2 혹은 주 마찰 클러치 팩 혹은 조립체(226B)는 왼쪽 제 2 혹은 주 마찰 클러치 조립체(226A)와 실질적으로 대칭되는 배열관계로 배치된다. 제 1 복수의 큰 마찰 클러치 판 혹은 디스크(228A)는 서로 맞물리는 스플라인에 의하여 오른쪽 측방 베벨 기어(210B)에 연결되는 제 2 복수의 작은 마찰 클러치 판 혹은 디스크(232B)와 사이에 포개진다. 측방 베벨 기어(210A 및 210B) 각각과 회전될 수 있는 하우징(196)사이에 배치된 제 2 혹은 주 마찰 클러치 조립체(226A 및 226B)의 점진적인 압축이 차동장치 및 제 2 클러치 조립체(190)에 의하여 점차 속력차를 막는다.
이제 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하면, 주 마찰 클러치 조립체(226A 및 226B)의 압축은 전자기 조작기 조립체(240)에 의하여 달성된다. 전자기 조작기 조립체(240)는 정지해 있으며 단일 혹은 다수의 전도성 케이블(244)을 통하여 전기 에너지가 공급되는 전자기 코일(242)을 포함한다. 전자기 조작기 조립체(240)는 자유롭게 회전될 수 있는 환상 칼라(252)에 맞물리는 제 1 복수의 큰 클러치 판 혹은 디스크(248)를 구비한 주 혹은 파이럿 마찰 클러치 조립체(246)를 포함한다. 제 2, 사이에 포개진 복수의 더 작은 클러치 판 혹은 디스크(254)는 제 1 자기력 작용 칼라(256)에 맞물린다. 자기력 작용 칼라(256)는 또한 서로 맞물리는 스플라인에 의하여 오른쪽 측방 베벨 기어(210B)에 연결되고 오른쪽 측방 베벨 기어와 함께 회전한다. 평 원형 자기 와셔(258)는 전자기 코일(242)에 대향하는 주 혹은 파일럿 마찰 클러치 조립체(246)의 측면에 위치하고 자기력 작용 칼라(256)에 맞물린다.
전자기 조작기 조립체(240)는 환상 칼라(252)에 맞물려 함께 회전하는 제 1 원형 액추에이터 부재(262)를 갖춘 볼 램프 조작기 조립체(260)를 또한 포함한다. 제 1 원형 액추에이터 부재(262)는 또한 작동하여 자기력 작용 칼라(256)를 오른쪽 2차 혹은 주 마찰 클러치 조립체(226B)쪽으로 이동시키기 위하여 압력을 가한다. 제 1 원형 부재(262)는 헬리컬 원환체의 경사진 부분을 각각 나타내는 복수의 홈(264)을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 원형 부재(262)는 세 개의 이러한홈(264)을 나타낸다. 이 홈(264)의 각각은 하중 전달 볼(266)을 수용한다. 제 2 원형 액추에이터 부재(268)는 유사한 복수의 대칭 홈(272)을 나타낸다. 제 2 원형 액추에이터 부재(268)는 축(202)을 너머 왼쪽으로 확장되고 L 자 형태의 원형 작용 판(276)과 맞물리는 환대(274)의 반경방향으로 확대된 부분이다. 환대(274)와 원형 작용 판(276)사이의 회전은 환대(274)와 작용 판(276)의 인접 면 위에 상보적으로 배치된 러그 및 홈과 같은 정면 스플라인(278) 혹은 유사한 구조의 서로 맞물리는 세트에 의하여 방지된다. 작용 판(276)은 하우징(196)에 맞물려서 함께 회전한다.
홈(264 및 272)과 하중 전달 볼(266)의 중요한 설계 고려사항은 그들의 기하학적 형상과 제 2 전자기 클러치 조립체(190)의 총체적인 설계 및 공차가 클러치 조립체(190)가 스스로 물리지 않도록 보장하는 것이다. 제 2 전자기 클러치 조립체(190)는 스스로 물려서는 않되고 오히려 마이크로프로세서 혹은 컨트롤러(50)에 의하여 제공되는 입력 신호에 직접, 비례적으로 응답하여 마찰 클러치 조립체를 모듈레이팅 클램핑(modulating clamping)할 수 있어야 한다.
마지막으로, 전자기 조작기 조립체(240)는 제 1 원형 조작기 부재(262)와 자기력 작용 부재(256)사이에 배치된 평 와셔(282)를 포함한다. 평 와셔(282)는 바람직하게는 열가소성 폴리이미드 혹은 유사한 물질과 같은 플라스틱으로 만들어진다. 예를 들어, 미츠이 화학에서 만든 아럼(Aurum) JQC3025를 지칭하는 플라스틱이 적정하고, 이것은 등록상표 듀퐁 베스펠(DuPont Vespel®)로, 가공된 낮은 뮤 폴리이미드 플라스틱(low mu polyimide plastic)이다. 둘 다 좋은 성능을 제공하는 것으로 알려져 있다. 이 플라스틱 물질은 특정 응용분야에서의 하중 및 속력 조건 하에서 스스로를 희생시키지 않기에 충분한 높은 PV 값을 갖아야 한다.
동작 중에, 베벨 기어 차동장치와 제 2 전자기 클러치 조립체(190)는 두 개의 출력 축(216A와 216B)사이의 속력차{베벨 기어(192)에 토크가 가해진다면 토크의 전달}를 제공하는 개방 차동장치(open differential)의 제 1 운전 모드 혹은 조건과 속력차를 막고 축(216A 및 216B)이 효과적으로 잠겨 함께 회전하는 제 2 운전 모드 혹은 조건사이에서 모듈레이팅 혹은 비례 제어를 제공한다. 이 두 한계 조건뿐 아니라 부분 속력차의 임의의 선택 레벨은 전자기 코일(242)에 전기 에너지를 공급하는 것을 모듈레이팅하여 제 2 전자기 클러치의 비례적인 혹은 모듈레이팅 작동으로 달성된다. 전기 에너지가 전자기 코일(242)로 증가됨에 따라, 증가된 전자기 플럭스는 발생되고 인력이 주 혹은 파일럿 마찰 클러치 조립체(246)를 거쳐 발생된다. 발생된 인력은 제 1 원형 액추에이터 부재(262)와 제 2 원형 액추에이터 부재(268)사이의 상대 회전운동을 야기하고, 하중 전달 볼(266)로 하여금 원형 액추에이터 부재(262 및 268)를 분리시켜 2차 혹은 주 마찰 클러치 조립체(226A 및 226B)를 압축한다. 이 마찰 클러치 팩이 측방 베벨 기어(210A 및 210B)와 회전될 수 있는 하우징(196)사이에 기계적으로 작동 가능하게 배치되어, 이 마찰 클러치 팩(226A 와 226B)의 압축은 베벨기어 차동장치 조립체(200)에 의한 속력차를 점진적으로 그리고 제어 가능하게 막는다. 전자기 코일(242)이 완전히 가동되면, 이에 의해 차동장치 조립체(200)에 의한 속력차를 막는다.
세 개의 뚜렷한 운전 모드 혹은 조건은 본 발명에 따른 뒷 혹은 2차 축 조립체(36)로 가능하다. 단순화를 위하여, 이 세 운전 모드는 동작의 구분되는 온-오프모드로 설명될 것이나, 상술된 이들 모드의 모듈레이팅 혹은 비례 제어는 완전 오프(off) 및 완전 온(on)사이의 작동의 선택된 레벨을 항상 달성할 수 있는 것으로 이해된다. 제 1 운전 모드는 제 1 전자기 클러치 조립체(70)에 단지 에너지를 가하거나 작동시키는 단계만을 수반한다. 이 운전 모드에서는, 토크가 베벨 기어 차동장치 조립체(200) 및 제 2 전자기 클러치 조립체(190)에 전달된다. 제 2 전자기 클러치 조립체에는 에너지가 공급되지 않으므로, 베벨 기어 차동장치 조립체(200)는 오픈 차동장치로 동작되어, 두 축(216A 및 216B) 사이의 속도 차이를 허용하고 종래의 차동기어 동작을 제공한다.
제 2 운전 모드 혹은 조건은 베벨 기어 차동장치 조립체(200)에 의한 속력차를 방지하는 제 2 전자기 클러치 조립체(190)의 작동 및 물림만을 포함한다. 이 모드에서는, 토크가 뒷 축(216A 및 216B)에 전달되지 못하고 운전이 단체 뒷 축(solid rear axle)을 가진 차량의 운전과 같이 되도록 주 혹은 2차 마찰 클러치 조립체(226A 및 226B)를 통하여 함께 연결된다.
제 3 운전 모드 혹은 조건에서는, 제 1 전자기 클러치 조립체(70)와 베벨 기어 차동장치 및 제 2 전자기 클러치 조립체(190)의 전자기 클러치 둘 다 맞물린다. 이 상황에서는, 토크가 뒷 축(216A 및 216B)에 제공되나 기어 물린 차동장치 조립체(200)의 속도차가 방지된다. 이러한 상황에서, 토크는 동일한 속력으로 회전하는 뒷 축(216A 및 216B)에 전달된다. 앞에서 언급하였듯이, 모듈레이팅 클러치인, 전자기 클러치 조립체는 전술한 운전 모드 또는 조건 모두에서 부분적으로 맞물린 운전을 할 수 있다.
전술한 개시사항은 본 발명을 실행하기 위하여 발명자가 제안한 제일 좋은 태양이다. 그러나 수정이나 변경이 가해진 장치는 전자기 클러치와 차동 기어장치를 갖는 뒷 축 조립체 분야의 당업자에게 자명한 것임이 분명하다. 전술된 개시사항이 당업자로 하여금 즉시 본 발명을 실행하게 하려하는 한, 이에 의하여 제한되게 해석되어서는 안되고 이러한 전술된 자명한 변경사항을 포함하는 것으로 해석되어야 하고 오직 후술하는 청구범위의 정신과 범위에 한정되는 것으로 해석되어야 한다.
앞에서 본 바와 같이 본 발명에 의할 때, 주 전륜 구동 차량용 뒷 축 조립체는 두개의 전자기 클러치와 차동 기어장치를 포함하고, 제 1 전자기 클러치는 차동 기어장치에 토크를 제공하며, 교대로, 차동기어장치는 두 축에 구동 토크를 제공한다. 차동 기어장치는 차동장치 케이지(cage)와 출력 축사이에 운전 가능하게 놓인 제 2 전자기 클러치를 포함하여, 제 1 전자기 클러치의 작동은 뒷 축 차동장치에 토크의 제어된[점진적인] 적용을 제공하고 제 2 전자기 클러치의 작동은 점진적으로 차동기어장치의 속력차를 방지한다. 전자기 클러치는 독립적으로 혹은 함께 세 가지의 뚜렷한 운전 모드를 제공하도록 작동될 수 있다. 상술된 설명은 묘사와 설명을 위한 목적으로 오직 에너지가 완전히 가해진 혹은 작동된 상태의 클러치에 대한 것임을 이해할 것이다. 클러치가 모듈레이팅 클러치이므로, 클러치의 비례 혹은 부분 물림이 가능하여 제 1클러치를 통하여 토크 전달의 선택된, 모듈레이팅된 레벨 및 제 2 클러치에 의한 속력차의 부분적인 방지를 달성하게 된다.

Claims (7)

  1. 차량 구동 라인용 뒷 축에 있어서,
    입력부와, 출력부와, 상기 입력부 및 상기 출력부사이에 작동 가능하게 배치되는 제 1 마찰 클러치 팩과, 상기 제 1 마찰 클러치 팩과 연계된 제 1 전자기 조작기를 갖춘 제 1 전자기 클러치와;
    상기 제 1 전자기 클러치의 상기 출력부에 의하여 구동되는 회전 가능한 하우징과, 개개의 한 쌍의 출력 축을 구동하도록 맞추어지고 상기 하우징에 배치된 한 쌍의 측방 베벨 기어와, 상기 측방 베벨 기어와 맞물리고 상기 하우징에 배치된 한 쌍의 아이들러 베벨 기어를 갖춘 베벨 기어 차동장치 조립체와;
    상기 회전 가능한 하우징과 상기 쌍을 이루는 측방 베벨 기어 중 하나사이에 작동 가능하게 배치되는 적어도 하나의 제 2 마찰 클러치 팩과, 상기 제 2 마찰 클러치 팩과 연계된 제 2 전자기 조작기를 갖춘 제 2 전자기 클러치를;
    조합하여 포함하는 차량 구동 라인용 뒷 축.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 전자기 클러치는 2개의 상기 제 2 마찰 클러치를 포함하는, 차량 구동 라인용 뒷 축.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 마찰 클러치 팩은 각각의 상기 측방 베벨 기어의 쌍과 상기 회전 가능한 하우징사이에 작동 가능하게 배치된, 차량 구동 라인용뒷 축.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전자기 조작기는 홈과 상기 홈에 배치된 하중 전달 부재를 한정하는 대향되고 상대적으로 회전 가능한 부재를 갖춘 볼 램프 액추에이터를 포함하는, 차량 구동 라인용 뒷 축.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 클러치에 독립적으로 에너지가 가해질 수 있는, 차량 구동 라인용 뒷 축.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 측방 베벨 기어의 쌍 중 각각의 하나에 의하여 작동될 수 있게 구동되는 한 쌍의 출력 축을 더 포함하는, 차량 구동 라인용 뒷 축.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전자기 클러치는 각각 주 클러치 팩과 2차 클러치 팩을 포함하는, 차량 구동 라인용 뒷 축.
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