KR20050059050A

KR20050059050A - 토크 조절 능력 및 로킹 능력이 있는 동력 전달 장치와이차적인 구동축 사이의 토크 분할 유압 커플링

Info

Publication number: KR20050059050A
Application number: KR1020057001816A
Authority: KR
Inventors: 머시 그라듀
Original assignee: 더 팀켄 컴퍼니
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-06-17
Also published as: CN1671574A; EP1525111A1; US20060166775A1; AU2003249183A1; WO2004011295A1; JP2005534881A; US7422537B2; CN1304215C

Abstract

동력 전달 시스템 커플링(100)은 조정이 필요하지 않을 경우, 토크 전달 능력을 최대로 하기 위한 로킹 장치(134)와 함께 토크 조정을 위한 유성 기어 세트(106)를 포함하는 토크 분할 장치를 이용하여, 응답성의 제어 가능한 클러치를 제공하도록 구성된다.

Description

토크 조절 능력 및 로킹 능력이 있는 동력 전달 장치와 이차적인 구동축 사이의 토크 분할 유압 커플링{TORQUE SPLIT HYDRAULIC COUPLING BETWEEN TRANSMISSION AND SECONDARY DRIVING AXLE WITH TORQUE MODULATION AND LOCKING CAPABILITIES}

관련출원들에 대한 상호 참조(Cross-Reference)

본 발명은 2002. 7. 31일부로 출원된 미국 가출원 번호 60/400,383에 관한 것으로서 그에 기초한 우선권을 주장하며, 또한 2002. 8. 5일부로 출원된 미국 가출원 번호 60/401,111에 관한 것으로서 그에 기초한 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 구동 모터와 한 개 이상의 종동 차륜(driven vehicle wheels) 사이에 연결되는 차량 동력 전달 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 말하자면, 조정이 필요없을 경우 토크 전달 능력을 최대로 하기 위해 로킹 장치와 함께 토크를 조정하기 위한 유성 기어 셋트를 포함하는 토크 분할 장치를 이용하는 응답식의 제어 가능한 클러치를 제공하도록 구성된 동력 전달 장치의 토크 커플링에 관한 것이다.

승용차, 스포츠용 차량, 밴 및 경트럭과 같은 대부분의 경차량은 4개의 바퀴를 갖고 있지만, 일반적인 차량에서 차량을 추진시키는 구동 엔진은 단지 2개의 바퀴와 결합되어 있다. 구형의 차량에 있어서는 일반적으로 후륜이 차량을 구동시키는 반면, 최근의 차량에서는 전륜에 의해 차량이 구동된다. 예를 들면, 미국 군용 지프와 같이, 경트럭 및 오프-로드 차량은 일반적으로 4륜 구동(4WD) 방식을 취하지만, 단지 2개의 바퀴에만 전달되는 동력으로 동작하는 경우도 종종 있다. 만약 더 많은 트랙션(traction)이 필요한 경우, 동력 전달 장치의 출력은 수동으로 조작되는 트랜스퍼 케이스(transfer case)를 통해 다른 2개의 바퀴와 결합된다. 후륜 및 전륜은 기어비가 고정된 상태에서 구동 엔진에 의하여 전달되는 토크를 공유한다.

최근에, 자동차 제조사들은 더욱 정교해진 상시 4륜구동(AWD: All Wheel Drive) 차량을 제조하고 있다. 이러한 종류의 전형적인 차량에서는, 4개의 모든 바퀴가 전륜 및 후륜 사이에서 분할되는 엔진 토크로 차량을 구동시키는 것이 보통이다. 구동 엔진은 동력 전달 장치를 통해 동력을 전달하고, 그 동력 전달 장치는 다시 1차 구동륜으로 지칭되는 2개의 바퀴에 직접 연결된다. 2차 구동륜으로 지칭되는 나머지 2개의 바퀴는 1차 구동륜과 2차 구동륜 사이의 미세한 속도 변화를 수용하는 토크 커플링을 통해 동력 전달 장치에 연결된다.

1차 구동륜과 동력 전달 장치 사이에는 차동 장치가 개재되는 것이 보통이지만, 그러한 연결은 2차 구동륜과 동력 전달 장치 사이에서 슬리피지(slippage)가 일어날 수 없다는 점에서 "직접적"인 것으로 간주된다. 토크 커플링과 2차 구동륜 사이에는 제2 차동 장치가 개재되는 것이 보통이지만, 토크 커플링이 제2 구동륜과 동력 전달 장치 사이에서 슬리피지를 허용함에 따라, 그러한 연결은 "간접적"인 것이다. 토크 커플링이 작동하여 1차 구동륜과 2차 구동륜 사이에서 토크를 분할한다.

토크 커플링은 4륜 구동 또는 상시 4륜 구동 차량에 이용되어, 차축 상의 하나의 바퀴가 트랙션을 완화하는 운전 조건 하에서, 토크를 2차 차축에 전달하거나, 단일 차축 상의 한 쌍의 바뀌 사이에 제한된 슬립 차동 기능을 제공한다. 토크 커플링의 필수적인 특징은, 바퀴의 슬립이 없는 조건(no-wheel-slip condition) 또는 고속 운전 조건에서조차 차량의 핸들링, 안전 및 가속 성능을 향상시키기 위하여, 구동 엔진에 의하여 전달된 토크를 조정할 수 있는 능력이다. 4륜 구동 또는 상시 4륜 구동 차량에서 토크 커플링에 의하여 수행되는 기본적인 2개의 기능이 있다. 첫째는 저속 및 높은 토크 동작 조건에서의 트랙션의 향상이고, 둘째는 고속 및 낮은 토크 운전 조건에서의 차량의 동적 제어이다.

토크 커플링의 한 가지 종류로는 유압 커플링(hydraulic coupling)이 있다. 유압 커플링은 필수적으로 습식 플레이트 클러치(wet-plate clutch) 및 상기 클러치의 동작에 필요한 압력을 제공하는 펌핑 기구로 이루어진다. 일반적으로, "샤퍼(Shaffer) 등"의 명의의 미국 특허 번호 제5,595,214호 및 "룬드스트롬(Lundstrom) 등"의 명의의 미국 특허 번호 제 5,469,950호에 개시된 바와 같이, 펌핑 기구는 게로터(gerotor) 또는 기어식 펌프 타입(geared pump type)이거나, 또는 피스톤/축 캠 타입(PISTON/AXIAL cam type)이고, 차량의 한 쌍의 차축 또는 공통 차축 상의 각 바퀴 사이에서의 슬립으로 인한 차동 속도를 이용하도록 구성되어, 클러치를 작동시키기 위한 압력을 제공한다.

전체적인 커플링의 응답성은 유압을 발생시키는 속도, 상기 압력이 얼마나 빨리 클러치에 제공될 수 있는 지에 따라 좌우된다. 공지된 바와 같이, 상기 펌핑 기구에 의해 얻어지는 유압 유체의 체적 유량 및 정비례하는 유압 유체 압력차는 각각 펌핑 기구의 구성 부품 사이의 상대 속도에 좌우된다.

따라서, 토크 조정을 위해 향상된 응답성을 갖고 있으며, 토크 조정이 필요하지 않을 경우 구동 모터에서 종동 부품까지의 토크 전달을 최대화할 수 있는 유압 커플링과 같은 커플링 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

본 명세서의 일부를 형성하고 있는 첨부 도면에 있어서,

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 토크 커플링이 제공된 전륜 구동 차량의 개략도이고,

도 2는 상기 토크 거플링이 제공된 후륜 구동 차량의 개략도이며,

도 3은 펌핑 기구가 형성된 본 발명의 유압 토크 커플링의 단순화된 단면도이고,

도 4는 기어 펌프가 형성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 토크 커플링의 단순화된 단면도이며,

도 5는 피스톤 펌프가 형성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 토크 커플링의 단순화된 단면도이고,

도 6은 태양 기어와 링 기어 사이에 배치되는 로킹 장치가 형성된 본 발명의 토크 커플링의 단순화된 단면도이며,

도 7은 태양 기어와 링 기어 사이에 배치되는 다른 구성의 로킹 장치를 갖는 도 6과 유사한 토크 커플링의 단순화된 단면도이고,

도 8은 유성 캐리어와 링 기어 사이에 배치되는 로킹 장치가 형성된 본 발명의 토크 커플링의 단순화된 단면도이고,

도 9는 태양 기어와 유성 캐리어 사이에 배치되는 로킹 장치가 형성된 본 발명의 토크 커플링의 단순화된 단면도이며,

도 10은 차량의 다양한 동작 조건 및 구성에 대한 토크와 차량의 속도 간의 관계를 보여주는 도면이다.

간략히 말하자면, 본 발명에 따른 토크 커플링은 그 토크 커플링을 통해 2개의 토크 전달 경로, 즉 기계적 경로 및 클러치 경로가 존재하도록 결합된 클러치와 유성 세트(planetary set)를 포함한다. 상기 클러치 경로에서 응답성이 향상된 제어 가능한 클러치는 토크 커플링에서의 슬리피지를 수용하고, 각 경로에 전달되는 토크의 양을 제어한다. 상기 클러치 경로에서 로킹 장치는 클러치 경로를 통한 토크 조정이 필요하지 않은 경우 토크 커플링의 기계적 경로를 통해 토크 전달 능력을 최대화하도록 구성된다. 상기 클러치 경로를 통해 전달된 토크에 비한, 상기 기계적 경로를 통해 전달된 토크의 비율은 상기 유성 세트 및 관련 유성 기어비의 설계를 통해 결정된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 토크 커플링은 유압 토크 커플링으로서, 펌핑 기구 및 습식 플레이트 클러치로 구성된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 토크 커플링은 유압 토크 커플링으로서, 기어 펌프 및 습식 플레이트 클러치로 구성된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 토크 커플링은 유압 토크 커플링으로서, 피스톤 펌프 및 습식 플레이트 클러치로 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예뿐만 아니라 전술한 것 및 기타의 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참고로 한 이하의 설명을 읽으면 더욱 명확해질 것이다.

첨부 도면 중 일부의 도면 전체에서, 동일한 도면 부호는 동일한 부품을 나타낸다.

본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하의 상세한 설명은 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 단지 예시적으로 설명하는 것이다. 이하의 설명은 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자가 본 발명을 용이하게 실시하고 이용할 수 있게 하며, 현재로서는 본 발명을 실시하는 최적의 모드로 판단되는 것을 비롯하여, 본 발명의 여러 가지 실시예, 개량예, 변형예, 수정예 및 용법을 설명한다.

도 1을 참조하면, 여객용 차량, 스포츠용 차량, 밴 또는 심지어 트럭과 같은 차량이 도면 부호 10으로 표시되고, 전륜인 한 쌍의 1차 구동륜(12) 및 후륜인 한 쌍의 2차 구동륜(14)을 포함한다. 가로 방향 또는 세로 방향으로 장착되는 구동 엔진(16)이 마련되어, 자동식 또는 수동식일 수 있는 동력 전달 장치(18)에 결합된다. 구동 엔진(16) 및 동력 전달 장치(transmission)(18)는 동력 전달 장치(18)의 주 샤프트와 같은 동력 전달 장치 출력 샤프트(output shaft)(20)를 통해 토크를 전달하는 동력 유닛을 구성한다. 동력 전달 장치(18)의 출력 샤프트(20)는 1차 차동 장치(22)를 통해 1차 구동륜(12)에 연결된다. 이러한 연결은 출력 샤프트(20)와 1차 구동륜(12) 사이에서 슬리피지가 일어나지 않는다는 점에서 직접적인 연결이다.

동력 전달 장치(18)의 출력 샤프트(20)는 또한 본 발명의 토크 커플링(100)을 통해 2차 구동륜(14) 및 2차 차동 장치(24)에 연결되지만, 이러한 연결은 토크 커플링(100)이 2차 구동륜(14)과 동력 전달 장치의 샤프트(20) 사이 및 마찬가지로 2차 구동륜(14)과 1차 구동륜(12) 사이에서 어느 정도의 슬리피지를 허용하므로 간접적인 연결이다. 상기 슬리피지는 1차 구동륜(12)과 2차 구동륜(14) 사이에서의 작은 속도 변화, 타이어 크기의 변화 또는 처리 순서에 의하여 야기될 수 있는 변화를 수용한다. 토크 커플링(100)은 1차 차동 장치(22)에, 또는 그것에 인접하게 위치하고, 차량(10)을 통해 종방향으로 연장되는 구동 샤프트(26)를 통해 동력 전달 장치(18)의 출력 샤프트(20)에 연결되는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하면, 구성 요소가 다르게 편성되어 있는 것을 제외하고는 본질적으로 차량(10)과 동일한 구성 요소를 구비하고 있는 다른 차량(30)이 도시되어 있다. 차량(30)에서, 1차 구동륜(12)과 1차 차동 장치(22)는 차량의 후방에 위치하는 반면, 2차 구동륜(14)과 2차 차동 장치(24)는 차량의 전방에 위치한다. 차량(30)의 전방에 있는 구동 엔진(16) 및 동력 전달 장치는 종방향으로 장착되어 있다. 동력 전달 장치(18)의 출력 샤프트(20)와 1차 차동 장치(22)는 1차 구동 샤프트(28)를 통해 연결되어 있다. 토크 커플링(100)은 체인(30)을 통해 동력 전달 장치의 출력 샤프트(20)에 연결되고, 토크 커플링(100)은 이어서 2차 구동 샤프트(32)를 통해 2차 차동 장치(24)에 연결되어 있다.

각 차량(10, 30)은 차량이 동작하는 조건을 반영하는 전기 신호들을 생성하는 다양한 센서들을 포함하고, 상기 신호들은, 그 신호들을 평가하여 토크 커플링(100)을 제어하는 신호를 생성하는 탑재 마이크로프로세서(onboard microprocessor)로 공급된다. 토크 커플링(100)은 상기 신호들에 응답하여, 1차 구동 륜들(12)과 2차 구동 륜들(14) 사이의 동력 전달 장치(18)의 출력 샤프트(20)에 전달된 토크를 분배함으로써, 차량이 상기 센서들에 의해 모니터링되는 구동 조건들에 최적으로 응답할 수 있도록 한다. 모니터링되는 구동 조건 중에, 륜들(12, 14) 각각의 각속도, 종방향 가속, 측방 가속, 동력 전달 장치(18)의 출력 샤프트(20)에서 전달되는 토크, 구동 엔진(16)에 대한 스로틀의 위치 및 스티어링 기어의 위치(스티어링 각)가 있을 수 있다.

토크 커플링(100)은 1차 구동륜들(12)과 2차 구동륜들(14) 사이의 동력 전달 장치(18)에 전달되는 토크를 분해하여, 특정 시점에서 차량이 동작하는 조건을 최적으로 만족시킨다. 도 3에 도시한 바와 같이, 토크 커플링(100)은 동력 전달 장치(18)의 출력 샤프트(20)에 연결되는 입력 부재, 즉 샤프트(102)와 2차 차동 장치(24)에 연결되는 출력 부재, 즉 샤프트(104)를 포함한다. 2개의 샤프트들(102, 104)은 공통 축(axis)(X)에 대하여 회전한다. 토크 커플링(100)은, 하우징(108) 내에 내장되고 축(X)을 중심으로 구성된 유성 기어 세트(106)를 더 포함한다. 임의의 출력 기어(109)가 출력 샤프트(104)와 동축 방향으로 하우징(108)에 직접 결합되어, 토크 컨버터(100)에 2차 출력 경로를 제공한다. 유성 기어 세트(106)는 입력 샤프트 및 출력 샤프트(102, 104) 모두에 연결되어 있다. 마지막으로, 토크 커플링(100)은, 축(X) 주위에 위치하고 유성 기어 세트(106)에서 입력 샤프트(102) 부근에 위치하는 클러치(110)를 포함하고 있어, 토크는 슬리피지가 있는 입력 샤프트(102)와 유성 기어 세트(106) 사이에서 전달된다.

토크 커플링(100)은 입력 샤프트(102)와 출력 샤프트(104) 사이에 2개의 토크 전달 경로를 제공한다. 제1 토크 전달 경로는 입력 샤프트(102)로부터 하우징(108)으로, 그리고 유성 기어 세트(106)를 통해 출력 샤프트(104)로 통과하는 순수하게 기계적 경로이다.

제2 토크 전달 경로는 입력 샤프트(102)로부터 클러치(110) 및 유성 기어 세트(106)를 통해, 출력 샤프트(104)로 통과하는 클러치 경로이다. 전달된 상기 토크의 대부분은 높은 토크 경로로 지칭되는 기계적 경로에 걸쳐 토크 커플링(100)을 통과한다. 상기 클러치 경로는 낮은 토크 경로로서 기능한다.

유성 기어 세트(106)는 태양 기어(11)를 포함하고 있는데, 상기 태양 기어에는 태양 기어로부터 클러치(108)로 연장되는 스터브 샤프트(114)가 마련되어 있다. 상기 유성 기어 세트는 하우징(108)을 통해 입력 샤프트(102)가 결합되는 링 기어(116)도 포함한다. 하우징(108)의 일부는 입력 샤프트(102)에 결합되고, 링 기어(116)와 동작 관계로 배치된다. 또한, 유성 기어 세트(106)는 태양 기어(112)와 링 기어(116) 사이에 위치하여 양자와 맞물리는 유성 기어(118)둘을 구비한다. 마지막으로, 유성 기어 세트(106)는 스핀들(122)이 제공된 캐리어(120)를 구비하는데, 상기 스핀들 상에서 유성 기어(118)들이 회전한다. 캐리어(120)는 출력 샤프트(104)에 직접 연결되어 있다. 캐리어(120)와 함께 기어들(112, 116, 118)은 유성 기어 세트(106)의 구성 요소들을 형성한다.

차량의 동작시, 구동 엔진(16)은, 토크를 변환시키는 능력을 갖고 있는 동력 전달 장치(18)를 통해 전달되는 토크를 발생시켜, 동력 전달 장치(18)의 출력 샤프트(20)로 전달된 토크는 구동 엔진(16)에 의하여 전달된 것과 다를 수 있다. 동력 전달 장치의 출력 샤프트(20)에서 토크의 일부는 1차 구동륜들(12)과 동력 전달 장치의 출력 샤프트(20) 사이에서의 어떠한 슬리피지도 없이 1차 차동 장치를 통해 1차 구동륜(12)으로 전달된다. 나머지 토크는 동력 전달 장치의 출력 샤프트(20)와 2차 륜들(14) 사이에서 약간의 슬리피지가 있으면서 2차 륜들(14)로 전달되는데, 상기 슬리피지는 토크 커플링(100) 내부에서 발생한다. 1차 륜들(12) 및 2차 륜들(14)에서 전달된 토크의 전체 양은 구성 요소들 간의 마찰로 인한 일부의 손실이 있지만 동력 전달 장치(18)의 출력 샤프트(20)에서의 토크와 거의 동일한다.

그러나, 1차 륜들(12)과 2차 륜들(14) 사이에서의 토크의 분배는 동일하지 않을 수 있고, 거의 모든 구동 조건 하에서 동일하지 않다. 1차 륜들(12)과 2차 륜들(14) 사이에서의 토크의 분배는 토크 커플링(100)의 클러치(38)에 의존한다.

토크 커플링(100)의 입력 샤프트(102)에 결합된 동력 전달 장치(18)의 샤프트(20)는 입력 샤프트(102)를 회전시키고, 토크를 입력 샤프트(102)로 전달한다. 토크 커플링(100) 내부에서, 토크는 2개의 경로로 분할되고, 재결합되어, 적어도 클러치(110)에서 최소한의 슬리피지가 발생하는 경우, 토크 커플링(100)의 출력 샤프트(104)에서의 토크는 입력 샤프트(102)에서의 토크와 본질적으로 동일하게 된다. 하나의 경로, 즉 기계적 경로에서, 토크는 입력 샤프트(102)로부터 하우징(108)을 통과하여 유성 기어 세트(106)의 링 기어(116)를 향하여 진행한다. 토크는 링 기어(116)로부터 유성 기어(118)를 통해 유성형 캐리어(120)로 이동하고, 마지막으로 출력 샤프트(104)로 이동한다. 다른 경로, 즉 클러치 경로에서, 토크는 입력 샤프트(102)로부터 클러치(110)를 통과한 다음에, 스터브 샤프트(114)를 통해 유성 기어 세트(106)의 태양 기어(112)로 이동한다. 토크는 태양 기어(112)로부터 유성 기어(118)를 통과하고, 마지막으로, 캐리어(120)를 통해 출력 샤프트(104)를 통과한다. 유성 기어 세트(106)와 클러치(110) 사이의 훅업(hookup)은 상기 기계적 경로가 클러치 경로보다 더 많은 토크를 전달하도록 구성된다.

2개의 경로 사이의 토크의 분할은, 링 기어(116)의 치형부의 갯수와 태양 기어(112)의 치형부의 갯수의 함수인 링 기어(116)와 태양 기어(112) 사이의 기어 비(U)에 의존한다. 기어비(U)가 클수록, 클러치 경로를 통과하여 전달되는 토크의 양은 더 적고, 반대로 기계적 경로를 통해 전달되는 토크의 양은 더 많다. 토크 커플링(100)을 통해 전달되는 토크의 대부분은 기계적 경로를 통과하고, 클러치 경로를 통해서는 상대적으로 적게 통과하여, 클러치(110)를 소형화할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

클러치(110)에 가해지는 힘이 감소하면, 클러치 경로를 통해 전달되는 토크가 감소되고, 이는 다시 출력 샤프트(104)를 통해 2차 구동륜(14)으로 전달되는 전체 토크를 감소시킨다. 출력 샤프트(104)에서의 토크는 일반적으로 입력 샤프트(102)에서의 토크와 동일하므로, 더 적은 양의 토크가 동력 전달 장치(18)의 샤프트(20)로부터 토크 커플링(100)의 입력 샤프트(102)로 전달되어, 1차 구동륜들(12)로 전달되는 토크의 양은 더 많이 남게된다. 반대로, 클러치(110)에 가해지는 힘이 증가하면, 클러치는(10)는 더 많은 토크를 전달하여 클러치 경로에서 더 많은 토크를 전달하고, 출력 샤프트(104) 및 입력 샤프트(102) 모두 비례적으로 더 큰 토크를 전달한다. 입력 샤프트(102)에 의해 더 많은 토크에 대한 요구가 있으면, 제1 구동륜들(12)에 대해서는 더 적은 토크가 요구된다. 따라서, 클러치(110)에 가해지는 힘의 양은, 토크 커플링(100)을 통해 전환되고 2차 구동륜들(14)로 전달되는 토크의 양인 동력 전달 장치의 출력 샤프트(20)에서의 전체 토크의 비율을 결정한다. 동력 전달 장치의 출력 샤프트(20)로부터의 나머지 토크는 1차 륜들(12)로 간다.

간략히 말하자면, 클러치(110)에 가해진 힘은 1차 륜들(12)과 2차 륜들(14) 사이에서의 토크 분할을 제어하고, 상기 힘은 클러치(110)에서 슬리피지의 양 및 온도와 같은 다른 변수들과 함께 클러치(110)를 통해 전달되는 토크의 양을 제어한다. 클러치(110)는 입력 샤프트(102)가 출력 샤프트(104)보다 약간 더 빠르게 회전하는 전형적인 구동 조건 하에서 약간의 슬리피지를 경험하지만, 각속도의 차이는 실질적으로 없고, 단지 약간의 동력 소실만을 야기한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 클러치(110)는 토크 커플링(100)의 하우징(108) 내에 포함된 종래의 펌핑 기구(124)에 의하여 작동되는 습식 플레이트 클러치인 것이 바람직하다. 펌핑 기구(124)는 차량(10, 30)의 두 개의 차축들(axles) 사이 또는 단일 차축의 두 개의 바퀴 사이에서의 슬립 하에서 발생하는 차등 속도를 이용하여, 클러치(110)를 작동시키기 위한 압력을 제공하도록 구성되어 있다. 펌핑 기구(124)에 의하여 얻어지는 유압 유체의 체적 유량 및 정비례하는 압력차는 펌프 부재들 사이의 상대 속도에 좌우된다. 토크 커플링(100)에서, 펌프 부재 사이의 상대 속도는 유성 세트(106)에서 태양 기어(112)와 링 기어(116) 사이의 상대 속도와 동일하다. 이러한 상대 속도는 또한 유성 기어비에 의하여 좌우되고, 입력 샤프트(102)와 출력 샤프트(104) 사이의 상대 속도의 배수이다. 따라서, 유성 기어 세트(106)는 펌프 기구(124)에 의하여 제공되는 체적 유량 및 압력에 유리한 펌프 부재 사이의 상대 속도를 증폭시키는 효과를 제공하며, 이에 의해 클러치 토크의 필요 조건을 감소시킨다.

도 4에 도시된 한 가지 실시예에서, 펌프 기구(124)의 펌핑 부재들은 내치(內齒) 기어(126)와 편심 장착형 외접 기어(eccentrically mounted external gear)(128)로 구성된다. 편심 장착부에서 X-X 축을 중심으로 한 외접 기어(128)의 회전은 클러치(110)의 유압 유체 및 맞물림에 대하여 펌핑력을 제공한다.

도 5에 도시된 제2 실시예에서, 펌프 기구(124)의 펌핑 부재들은 태양 기어(112)에 연결된 축 캠 플레이트 또는 스와시(swash) 플레이트(130) 및 펌프 하우징(134)에 배치되어 토크 커플링 하우징(108)에 연결된 피스톤 펌프(132)로 구성된다. 축 캠 플레이트 또는 스와시 플레이트(130)는 원주 주위에 가변 두께를 갖고 있으며, X-X 축을 중심으로 회전하는 중에 피스톤 펌프(132)의 X-X 축에 평행한 왕복 운동을 제공한다. 피스톤 펌프(132)는 클러치(110)의 유압 유체 및 맞물림에 대하여 펌핑력을 제공한다.

도 6 내지 도 9에서, 토크 커플링 하우징(108) 내부에 배치된 로킹 기구(134)가 도시되어 있다. 로킹 기구(134)는 클러치(110)가 토크 전달 특성을 조정하는데 이용되고 있지 않을 때 토크 커플링(100)의 입력 샤프트(102) 및 출력 샤프트(104) 사이에 전달되는 토크를 최대화 하도록 구성된다.

도 6 및 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 로킹 기구(134)는 토크 조정 클러치(110)와 평행하게 배치될 수 있다. 도 6에서, 로킹 기구는 링 기어(116)가 고정된 토크 커플링 하우징(108)과 태양 기어(112) 사이에 배치되는 롤러(roller), 스프라그(sprag) 또는 스트럿(strut) 제어 양방향 클러치(136)로 구성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 양방향 클러치(136)는 X-X 축으로부터 반경 방향으로 동작하도록 배치될 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이, 양방향 클러치(136)는 X-X 축과 동축 방향으로 동작하도록 배치될 수도 있다. 로킹 기구(134)가 태양 기어(112)와 링 기어(116) 사이에 배치되면, 로킹 기구(134)는 토크 조정 클러치(110)에서의 토크 및 속도 상태와 유사한 토크 및 속도 상태를 경험한다. 따라서, 로킹 기구(134)에 대한 토크 용량 조건은 토크 조정 클러치(110)에 대한 것과 동일한 이유로 크게 감소된다. 저속 및 높은 토크에서, 토크 조정 클러치(110)는 맞물림이 해제되고, 로킹 기구(134)는 상기 기계적 경로를 통해 토크를 최대로 전달하도록 맞물린다. 고속 및 낮은 토크에서, 상기 로킹 장치는 맞물림이 해제되고, 토크 전달은 오로지 토크 조정 클러치(110)의 조정을 통해 제어된다.

다른 실시예에서, 로킹 기구(134)는 유성 기어 세트(106)의 다른 부재들 사이에 배치된다. 예를 들면 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 로킹 기구는 링 기어(116)가 배치된 토크 커플링 하우징(108)과 유성 기어 세트(106)의 유성 캐리어(120) 사이에 배치된다. 이러한 구성은 로킹 기구(134)가 맞물릴 때 입력 샤프트(102)를 출력 샤프트(104)와 고정시키는 것과 대등한 효과를 제공한다. 도 9에 도시한 다른 제2 실시예에서, 로킹 기구(134)는 태양 기어(112)와 유성 기어 세트(106)의 유성 캐리어(120) 사이에 배치된다.

전체적으로, 토크 커플링(100)의 토크 전달 용량은 구동 엔진(16) 또는 동력 전달 장치(18)의 최대 토크 출력과 동일할 필요는 없다. 오히려 도 10에 도시한 바와 같이, 토크 커플링(100)의 토크 용량은 구동 엔진(16) 또는 동력 전달 장치(18)의 최대 토크 출력보다 현저히 더 작을 수 있어, 보다 가볍고 저가의 구성이 얻어진다. 상이한 도로 조건들은 바퀴의 슬리피지가 발생하기 전에 차량의 종동륜에 전달될 수 있는 최대 토크를 제한하는 역할을 한다. 건조한 포장 도로 조건에서, 최대 토크는 비교적 크다. 논리적으로 기대할 수 있는 것과 같이, 슬리피지 전에 종동륜에 제공될 수 있는 토크의 최대량은 포장 도로가 젖거나 눈으로 덮힘에 따라 감소한다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 토크 커플링(100)은 젖은 포장 도로 조건에서 기대되는 최대 토크의 양보다 약간 작은 수준의 토크가 차량(10)의 2차 구동륜(14)으로 전달될 수 있도록 구성될 수 있어, 2차 구동륜(14)이 1차 구동륜(12)과 동시에 슬립되는 것을 방지하고, 차량의 트랙션 및 동적 제어를 향상시킨다.

다른 변형예가 가능하고, 이러한 변형예는 동일한 유성 기어 세트(106), 펌핑 기구(124) 및 다른 훅업 또는 심지어 다른 유성형 세트를 갖는 로킹 기구(134)를 채용할 수도 있다. 훅업 또는 유성 기어 세트에 상관없이, 상기 구조는 토크를 대부분의 토크가 통과하는 기계적 경로와 클러치 경로 내로 분할하고, 클러치 경로에서 토크 조정이 필요하지 않은 경우 기계적 경로를 통한 토크 전달을 최대화하기 위하여 로킹 기구(134)를 제공해야 한다. 동일한 상태에서, 토크가 출력 샤프트(104)에 가해지고 입력 샤프트(102)로부터 전달되도록, 입력 샤프트(102) 및 출력 샤프트(104)는 역으로 할 수도 있다. 더욱이, 유성 기어 세트(106)는 기어 장치에 의존할 필요없이 마찰 표면에 의존하여, 트랙션 장치 또는 드라이브가 된다.

또한, 토크 커플링(100)은 차량의 2차 륜(14)으로 토크를 전달하는 것으로 한정될 필요가 없고, 차량 외의 기계 장치에 적용될 수 있고, 상이한 위치에서 사용될 수도 있는 차량에서도 이용될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 몇 가지 목적은 달성되고 다른 유리힌 결과도 얻어진다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 전술한 구성에 대해 여러 가지 변형이 이루어질 수 있으므로, 전술한 내용 또는 첨부 도면에 도시한 모든 사항은 단지 설명을 위한 것으로 이해되어야 하고 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.

Claims

다중 경로 토크 커플링으로서,

토크 발생원에 연결되도록 되어 있는 입력 샤프트;

상기 입력 샤프트와 공통의 회전축을 갖는 출력 샤프트로서, 토크를 전달하는 것인, 상기 출력 샤프트;

상이한 각속도들로 회전할 수 있는 제1 및 제2 클러치 부재들을 구비하며, 상기 제1 및 제2 클러치 부재들이 상이한 각속도들로 회전하는 경우 상기 제1 및 제2 클러치 부재들 사이로 토크를 전달하도록 구성되는 습식 플레이트 클러치(wet-plate clutch)로서, 상기 제1 클러치 부재는 상기 입력 샤프트에 연결되는 것인, 상기 습식 플레이트 클러치;

상기 제1 및 제2 클러치 부재들이 상이한 각속도들로 회전하는 경우 상기 습식 플레이트 클러치의 상기 제1 및 제2 클러치 부재들과 맞물리도록 구성되는 펌핑 기구; 및

상기 공통의 회전축 주위에 편성된 제1 , 제2 , 제3 및 제4 요소들을 포함하는 유성 세트(planetary set)로서, 상기 제1 요소는 상기 제1 클러치 부재 및 상기 입력 샤프트에 연결되고, 상기 제2 요소는 상기 제2 클러치 부재에 연결되며, 상기 제3 요소는 상기 출력 샤프트에 연결되고, 그리고 상기 제4 요소는 상기 제1 요소와 제2 요소의 사이 및 상기 제2 요소와 상기 제3 요소의 사이에 연결되는 것인, 상기 유성 세트; 를 포함하고,

상기 입력 샤프트, 상기 습식 플레이트 클러치, 상기 제2 요소, 상기 제3 요소, 상기 제4 요소 및 상기 출력 샤프트는 상기 다중 경로 토크 커플링을 통과하는 제1 토크 경로를 형성하고, 상기 입력 샤프트, 상기 제1 요소, 상기 제3 요소, 상기 제4 요소 및 상기 출력 샤프트는 상기 다중 경로 토크 커플링을 통과하는 제2 토크 경로를 형성하는 다중 경로 토크 커플링.
제1항에 있어서, 상기 펌핑 기구는 기어 펌프이고, 상기 펌핑 기구는 상기 제2 클러치 부재에 결합된 외접 기어(external gear) 및 상기 입력 샤프트에 결합된 내치 기어(internal gear)를 포함하는 조합체(combination).
제1항에 있어서, 상기 펌핑 기구는 피스톤 펌프이고, 상기 펌핑 기구는 상기 제2 클러치 부재에 결합된 축 캠 플레이트 및 펌프 하우징 내에 배치되는 피스톤 펌프를 포함하고, 상기 피스톤 펌프는 상기 축 캠 플레이트와 동작 관계에 있는 조합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 요소는 상기 공통축 주위에 위치되는 링 요소이고, 상기 제2 요소는 상기 공통축 주위를 회전하는 태양 요소이고, 상기 제3 요소는 상기 공통축 주위를 회전하는 캐리어 요소이며, 그리고 상기 제4 요소는 상기 태양 요소와 링 요소들 사이에 위치되어 그 태양 요소 및 링 요소들과 맞물리는 유성 요소이고, 상기 유성 요소들은 상기 캐리어 요소 상에 배치되는 조합체.
제1항에 있어서, 상기 입력 샤프트와 상기 출력 샤프트 사이에서 토크 전달을 최대화하도록 구성되는 로킹 기구를 더 포함하는 조합체.
제5항에 있어서, 상기 로킹 기구는 롤러 제어식 양방향 클러치(roller controlled bi-directional clutch)로 구성되는 조합체.
제5항에 있어서, 상기 로킹 기구는 스프라그 제어식 양방향 클러치(sprag controlled bi-directional clutch)로 구성되는 조합체.
제5항에 있어서, 상기 로킹 기구는 스트럿 제어식 양방향 클러치(strut controlled bi-directional clutch)로 구성되는 조합체.
제5항에 있어서, 상기 로킹 기구는 상기 유성 세트의 상기 제1 및 제2 요소들 사이에서 상기 습식 플레이트 클러치에 평행하게 동작 가능하게(operatively) 배치되는 조합체.
제5항에 있어서, 상기 로킹 기구는 상기 유성 세트의 상기 제1 및 제3 요소들 사이에 동작 가능하게 배치되는 조합체.
제5항에 있어서, 상기 로킹 기구는 상기 유성 세트의 상기 제2 및 제3 요소들 사이에 동작 가능하게 배치되는 조합체.
토크 커플링에 있어서,

토크 발생원에 연결되도록 되어 있는 입력 샤프트;

토크를 전달하는 출력 샤프트;

상이한 각속도들로 회전할 수 있는 제1 및 제2 클러치 부재들을 구비하며, 상기 제1 및 제2 클러치 부재들이 상이한 각속도들로 회전할 경우 상기 제1 및 제2 클러치 부재들 사이로 토크를 전달하도록 구성되는 클러치로서, 상기 제1 클러치 부재는 상기 입력 샤프트에 연결되는 것인, 상기 클러치;

상기 입력 샤프트와 상기 출력 샤프트 사이의 토크 전달을 최대화하도록 구성된 로킹 기구; 및

공통의 회전축을 주위에 편성된 제1 , 제2 , 제3 및 제4 요소들을 포함하는 유성 세트로서, 상기 제1 요소는 상기 제1 클러치 부재 및 상기 입력 샤프트에 연결되고, 상기 제2 요소는 상기 제2 클러치 부재에 연결되고, 상기 제3 요소는 상기 출력 샤프트에 연결되고, 상기 제4 요소는 상기 제1 요소와 제2 요소의 사이 및 상기 제2 요소와 상기 제3 요소의 사이에 연결되는 것인, 상기 유성 세트; 를 포함하는 토크 커플링.
제12항에 있어서, 상기 로킹 기구는 또한 상기 제1 요소와 상기 제2 요소를 상기 공통의 회전축 주위에 고정시키도록 구성되는 토크 커플링.
제12항에 있어서, 상기 로킹 기구는 또한 상기 제1 요소와 제3 요소를 상기 공통의 회전축 주위에 고정시키도록 구성되는 토크 커플링.
제12항에 있어서, 상기 로킹 기구는 또한 상기 제2 요소와 제3 요소를 상기 공통의 회전축 주위에 고정시키도록 구성되는 토크 커플링.
1차 및 2차 륜들(wheels), 상기 1차 륜들에 직접 연결되는 동력 유닛, 및 상기 상기 동력 유닛과 상기 2차 륜들 사이에 연결되어 상기 1차 및 2차 륜들 사이에 토크를 분배하는 토크 커플링을 구비하는 자동 차량(automotive vehicle)에 있어서,

상기 토크 커플링은 로킹 기계적 경로와 클러치 경로가 존재하도록 연결되는 유성 세트, 로킹 기구, 및 클러치를 포함하며, 상기 경로를 통해 토크가 상기 동력 유닛과 상기 2차 륜들 사이로 전달되고, 상기 로킹 기계적 경로를 통해 전달되는 양에 대한 상기 클러치 경로를 통해 전달되는 토크의 양은 상기 클러치에 의해 변화될 수 있어, 상기 1차 및 2차 륜들 사이에서의 토크 분배는 상기 클러치 및 로킹 기구에 의해 제어되는 자동 차량.