KR20060053835A - 차동 구동 작동체 - Google Patents

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KR20060053835A
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단 제이. 쇼왈터
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보그워너 인코포레이티드
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Abstract

차동 구동 작동체는 제 1 복수의 치형부를 갖는 제 1 기어 또는 원형 부재와 상기 제 1 복수의 치형부와는 다른 개수의 제 2 복수의 치형부를 가지며 상기 제 1 원형 부재에 인접하게 배치된 제 2 기어 또는 원형 부재를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 원형 부재는 기어 또는 피니언에 의해 공통적으로 구동된다. 2개의 원형 부재 상에 있는 치형부의 수가 서로 다르기 때문에, 이들 원형 부재는 약간 다른 속도로 회전한다. 이들 원형 부재는, 또한 상보적인 캠 면과, 캠 리세스 및 볼과, 캠 및 캠 종동부 또는 나사선 형성된 부재를 포함하여, 이들 부재가 다른 회전 속도로 회전할 때, 제 1 및 제 2 원형 부재가 축방향으로 이동하거나 분리될 수 있게 한다. 이러한 축방향 이동은 밸브, 댐퍼, 판, 클러치, 스티어링 메커니즘, 셔터, 선형 운동에 의해 제어되거나 조정되는 여러 가지 다양한 디바이스를 작동시키거나 이동시키는데 사용될 수 있다.

Description

차동 구동 작동체{DIFFERENTIAL DRIVE ACTUATOR}
도 1은 본 발명을 병합하는 트랜스퍼 케이스 조립체를 구비하는 적응형 4륜 구동 모터 차량의 구동 트레인(drive train)을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 볼 경사 작동체 및 마찰 클러치 조립체를 구비하는 트랜스퍼 케이스 조립체의 부분 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 볼 경사 작동체의 볼 경사 부재의 부분 종단면도.
도 4는 본 발명에 따른 볼 경사 작동체의 다른 실시예의 캠 오퍼레이터를 도시하는 도면.
도 5는 구동 트레인의 후방 차동장치에 배치된 트랜스액슬과 볼 경사 작동체 및 마찰 클러치 조립체를 포함하는 모터 차량 구동 트레인의 개략도.
도 6은 후방 차동장치에 배치된 본 발명에 따른 볼 경사 작동체 및 마찰 클러치 조립체의 확대 전단면도.
도 7은 본 발명을 병합하는 트윈 클러치 후방 차동장치의 전단면도.
도 8은 마찰 클러치 조립체를 위한 볼 경사 작동체의 제 1 대안적인 실시예의 부분 전단면도.
도 9는 마찰 클러치 조립체를 위한 볼 경사 작동체의 제 2 대안적인 실시예의 부분 전단면도.
도 10은 본 발명에 따른 차동 구동 작동체의 제 1 추가 실시예의 전단면도.
도 11은 도 10의 라인 11-11을 따라 절단한 본 발명에 따른 차동 구동 작동체의 제 1 추가 실시예의 전단면도.
도 12는 캠과 종동부를 사용하는 본 발명에 따른 차동 구동 작동체의 제 2 추가 실시예의 전단면도.
도 13은 리드스크류와 너트를 사용하는 본 발명에 따른 차동 구동 작동체의 제 3 추가 실시예의 전단면도.
도 14는 도 13의 라인 14-14를 따라 절단한 본 발명에 따른 차동 구동 작동체의 추가 실시예의 부분 단면도.
도 15는 도 14의 라인 15-15를 따라 절단한 차동 구동 작동체의 제 3 추가 실시예의 부분 단면도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
90 : 변조 클러치 조립체 122 : 전기 모터
124 : 피니언 기어 132 : 제 1 원형 캠 부재
134 : 제 2 원형 캠 부재 142 : 경사진 리세스
146 : 볼 베어링(부하 전달 부재) 280 : 마찰 클러치 팩 조립체
330 : 차동 캠 작동체 조립체 420A, 420B : 변조 클러치 조립체
470A, 470B : 볼 경사 작동체 조립체 472, 482 : 캠 구동 부재
718 : 아이들러 기어 938 : 키
본 특허 출원은 "Ball Ramp Actuator Having Differential Drive"라는 명칭의 2004년 7월 16일 출원된 U.S. 일련 번호 10/892,706의 부분 계속 출원이다.
본 발명은 일반적으로 차동 구동 작동체에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 볼 경사로(ball ramp), 캠, 또는 나사선 형성된(threaded) 부재와 연동하여 출력부를 축방향으로 병진시키는 차동적으로 구동되는 회전 부재를 구비하는 선형 작동체에 관한 것이다.
많은 타입의 제어 디바이스는 변조되거나 또는 비례하는 중간 위치 뿐만 아니라 온 또는 오프, 개방 또는 닫힘, 또는 맞물림된 및 맞물림 해제된 위치 사이에 제어 디바이스를 조정하도록 선형 운동을 사용한다. 차량 클러치, 공기 댐퍼, 및 모든 방식의 밸브는 작동체의 선형 출력 운동에 의해 용이하게 조정되거나 제어된다.
놀랄 것 없이, 선형의 양방향 출력을 제공하는 디바이스가 광범위하게 개발되어왔다. 아마, 전자기 솔레노이드(solenoid)가 가장 간단한 선형 작동체이지만, 물론 단지 2개의 위치만, 즉 제한된 거리에 걸쳐 온/오프 동작만을 제공한다. 다른 공통 양방향 구동 메커니즘은, 양방향 병진운동 기어 랙(gear rack)이 양방향으로 회전하는 피니언에 의해 구동되는 랙 및 피니언 조립체(rack and pinion assembly)를 포함한다. 캠과 캠 종동부(cam follower)는 선형 운동 생성 디바이스의 다른 그룹을 포함하며, 제 3 그룹은 너트와 같은 상보적으로 나사선 형성된 부재에 상대적 으로 회전하며, 자체적으로 병진이동하거나 또는 축방향으로 제한되어 있긴 하지만 너트를 병진이동시킬 수 있는 리드스크류(leadscrew)와 같은 나사선 형성된 디바이스를 포함한다.
종종, 선형 운동 생성 디바이스는 제어 디바이스 내에 통합되어 있다. 하나의 그러한 타입의 디바이스는 볼 경사 클러치(ball ramp clutch)라고 불리운다. 복수의 판의 마찰 클러치 팩(pack)을 포함하는 이들 디바이스는, 또한 볼 베어링을 수용하는 복수의 대향하는 아치형 경사진 리세스 쌍(plurality of opposed pairs of arcuate ramped recesses)을 구비하는 인접한 판의 쌍을 포함하는 오퍼레이터를 포함하거나 또는 대안적으로 복수의 대향하는 상보적인 비스듬한 캠 표면을 포함한다. 이들 판을 상대적으로 회전시키면, 볼 베어링이 리세스의 경사를 타고 올라가거나 또는 캠이 서로 타고 올라가 이들 판을 분리시켜 클러치와 맞물린다. 전자기 코일을 사용하여 판이 상대적으로 회전할 수 있도록 하는 제동력(drag)을 생성할 수 있다. 이 전자기 코일은 클러치와 직접 맞물리는 않지만, 볼 경사 오퍼레이터에 작용하여 제동력을 생성함으로써 클러치와 맞물릴 수 있다.
샤프트 속도 차에 상관 없이 클러치와 맞물릴 수 있는 능력을 갖추는 것은 특정 동작 상태에서 잇점이 있는 것으로 보인다. 본 발명은 이 목적을 달성하며, 밸브, 스티어링 시스템, 셔터, 부하 레벨 조정, 댐퍼, 및 기타 유사하게 제어되는 디바이스를 위한 양방향 선형 작동체와 같은 넓은 응용을 제공한다.
차동 구동 작동체는, 제 1 복수의 치형부를 갖는 제 1 기어 또는 원형 부재 와, 상기 제 1 원형 부재에 인접하게 배치되며 상기 제 1 복수의 치형부와는 다른 개수의 제 2 복수의 치형부를 갖는 제 2 기어 또는 원형 부재를 포함한다. 이 원형 부재는 공통적으로 기어 또는 피니언에 의해 구동된다. 이 2개의 원형 부재 상에 있는 치형부의 수가 서로 다르기 때문에, 이들 원형 부재는 약간 다른 속도로 회전한다. 이 원형 부재는 또한, 상보적인 캠 면, 캠 리세스 및 볼, 캠 및 캠 종동부 또는 나사선 형성된 부재를 포함하여, 이들이 서로 다른 회전 속도로 회전할 때, 이들 원형 부재 또는 나사선 형성된 부재가 축방향으로 병진이동하거나 분리될 수 있게 한다. 그러한 축방향 병진이동은 밸브 스템, 댐퍼, 판, 클러치, 스티어링 메커니즘, 셔터, 및 선형 운동에 의해 제어되거나 조정되는 여러 가지 디바이스를 작동시키거나 이동시키는데 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 선형 운동을 생성하는, 모터로 구동되는 차동적으로 회전하는 2개의 인접한 부재와, 이와 연관된 성분을 구비하는 선형 작동체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 모터로 구동되는 차동적으로 회전하는 2개의 부재와 캠 디바이스를 구비하며 이들 사이에 상대적 회전이 일어날 때 출력 부재를 선형 병진이동시키는 선형 작동체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 모터로 구동되는 차동적으로 회전하는 2개의 캠 구동 부재를 구비하는 마찰 클러치 팩을 위한 볼 경사 작동체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 모터로 구동되는 차동적으로 회전하는 2개의 부재와 이와 연관된 캠 및 종동부를 구비하는 선형 작동체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 모터로 구동되는 차동적으로 회전하는 2개의 부재와 이와 연관된 너트와 리드스크류를 구비하는 선형 작동체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 잇점은, 동일한 참조 번호가 동일한 성분, 구성요소, 또는 기능을 나타내는 참부된 도면과 바람직한 실시예의 이하 상세한 설명을 참조하여 명확하게 될 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명을 사용하는 4륜 차량 구동 트레인이 개략적으로 예시되어 있으며 참조 번호 10으로 지시되어 있다. 이 4륜 차량 구동 트레인(10)은 변속기(14)에 연결되고 직접 이 변속기(14)를 구동하는 주 원동기(12)를 포함한다. 이 주 원동기(12)는 가스 엔진, 디젤 엔진 또는 하이브리드 엔진일 수 있다. 변속기(14)의 출력은 트랜스퍼 케이스 조립체(16)를 직접 구동하며, 이 트랜스퍼 케이스 조립체(16)는 일차 또는 후방 추력 샤프트(22), 일차 또는 후방 차동장치(24), 한 쌍의 라이브 일차 또는 후방 액슬(26), 및 각 쌍의 일차 또는 후방 타이어 및 휠 조립체(28)를 포함하는 일차 또는 후방 구동 라인(20)에 동력을 제공한다.
이 트랜스퍼 케이스 조립체(16)는, 이차 또는 전방 추력 샤프트(32), 이차 또는 전방 차동장치(34), 한쌍의 라이브 이차 또는 전방 액슬(36), 및 각 쌍의 이차 또는 전방 타이어 및 휠 조립체(38)를 포함하는 이차 또는 전방 구동 라인(30)에 동력을 또한 선택적으로 제공한다. 전방 타이어 및 휠 조립체(38)는 전방 액슬(36) 중 각각에 직접 연결될 수 있으며, 또는 원하는 경우, 수동으로 또는 원격적 으로 작동가능한 한 쌍의 록킹 허브(locking hub)(42)가 이 전방 액슬(36)과 이 타이어 및 휠 조립체(38) 중 각각 사이에 작동 가능하게 배치되어 이들을 선택적으로 연결할 수 있다. 마지막으로, 일차 구동 라인(20)과 이차 구동 라인(30)은 모두 적합한 및 적절히 배치된 유니버셜 조인트(44)를 포함할 수 있으며, 이 유니버설 조인트는 여러 샤프트와 성분 사이에 정적 및 동적인 오프셋이나 오정렬을 허용할 수 있도록 종래 방식으로 동작한다.
후방 타이어 및 휠 조립체(28) 각각에는 휠 속도 센서(48)가 센싱 가능한 관계로 배치된다. 바람직하게는, 후방 휠 속도 센서(48)는, 예를 들어, ABS(Antilock Brake System)이나 다른 차량 제어 또는 견인 향상 시스템과 함께 사용되는 센서와 동일한 센서일 수 있지만, 이들 센서는 물론 임의의 다른 시스템과 독립적일 수 있다. 대안적으로, 일차 또는 후방 추력 샤프트(22)의 회전을 감지하도록 배치된 단일 센서(미도시)가 사용될 수 있다. 이 센서(48)로부터 나오는 신호는 전선(52)을 통해 마이크로프로세서(56)에 제공된다. 이와 유사하게, 전방 타이어 및 휠 조립체(38)에는 각 전방 휠 속도 센서(58)가 센싱 가능한 관계로 배치되며, 이 전방 휠 속도 센서(58)는 전선(62)을 통해 마이크로프로세서(56)에 신호를 제공한다. 다시 한번, 이 센서(58)는 ABS 시스템 또는 다른 견인 제어 시스템의 일부이거나 또는 이들 시스템과 공유될 수 있으며 또는 이들 시스템과 독립적일 수 있다.
일반적으로, 오퍼레이터 선택가능한 스위치(64)가 사용될 수 있으며, 일반적으로 승객 구획(미도시)에 차량 오퍼레이터가 닿을 수 있는 범위 내에 배치된다. 스위치(64)는, 특정 차량, 트랜스퍼 케이스 조립체(16)의 구성, 및 드라이버의 요 구에 따라, 2륜 고속 기어, 자동, 즉 요구시 또는 적응식 동작, 4륜 고속 기어, 또는 4륜 저속 기어와 같은 여러 동작 모드를 선택하도록 조정될 수 있다. 일차 구동 라인(20)과 이차 구동 라인(30) 사이의 센싱된 휠 속도 차에 따라 이차 구동 라인(30)에 대한 토크의 전달을 증가 또는 감소시키는 하나의 그러한 시스템은 공동 소유된 U.S. 특허 번호 5,407,024에 개시되어 있다.
이제 도 2를 참조하면, 일반적인 2가지 속도의 트랜스퍼 케이스 조립체(16)는 트랜스퍼 케이스 조립체(16)의 여러 조립체 또는 성분을 수용하거나 지지하거나 또는 장착하는, 복수의 평면 실링 표면, 샤프트 및 베어링을 위한 개구 및 여러 리세스, 쇼율더, 대응 보어(counterbore) 등을 구비하는 주물된 복수의 부품의 하우징(70)을 포함한다. 입력 샤프트(72)는, 도 1에 도시된 변속기(14)의 출력을 입력 샤프트(72)에 구동가능하게 맞물리고 연결하는 암(female) 또는 내부 스플라인(74) 또는 다른 적절한 연결 구조물을 포함한다. 2가지 속도의 트랜스퍼 케이스 조립체(16)에서, 입력 샤프트(72)는, 전기적으로, 공기 압력으로, 또는 유압으로 동력 전달될 수 있는 2개 또는 3개의 위치 오퍼레이터 조립체(78)와 그리고 제 1 직접 구동 속도 범위(고속 기어), 중립 범위 및 제 2 저속 구동 범위(저속 기어)를 달성하고 제공하는 이동 포크 및 캠 조립체(shift fork and cam assembly)(80)에 의해 제어되는 유성 기어 속도 감속 조립체(76)에 동력을 제공한다. 유성 기어 속도 감속 조립체(76)의 출력은 일차 구동 라인(20)에 연결되어 이 일차 구동 라인(20)을 구동하는 일차 출력 샤프트(82)에 제공된다. 단일 속도의 트랜스퍼 케이스 조립체에는, 유성 기어 조립체(76)와 오퍼레이터 조립체(78)는 존재하지 않으며, 입력 샤프 트(72) 또는 그 균등 샤프트는 일차 출력 샤프트(82)를 직접 구동한다. 적절한 볼 베어링 조립체(84)는 샤프트(72, 82)를 회전가능하게 지지하며, 한쌍의 오일 실(oil seal)(86)은 샤프트(72, 82)와 하우징(70) 사이에 유체 밀폐 실(fluid tight seal)을 제공한다.
변조 클러치 조립체(90)는 일차 출력 샤프트(82) 주위에 자유로이 회전가능하게 배치된 체인 구동 스프로켓(sprocket)(92)과 일차 출력 샤프트(82) 사이에 동작가능하게 배치된다. 체인 구동 스프로켓(92)은 이차 출력 샤프트(98)에 고정되어 있는 피동 체인 스프로켓(96)과 또한 맞물리는 구동 체인(94)에 의해 맞물린다. 이차 출력 샤프트(98)는 이차 구동 라인(30)에 연결되고 이 이차 구동 라인(30)을 구동한다.
변조 클러치 조립체(90)는 복수의 상호 맞물리는 스플라인(104)에 의해 일차 출력 샤프트(82)에 스플라인 연결된 제 1 복수의 더 작은 직경의 클러치 판(102)을 구비하는 마찰 클러치 팩 조립체(100)를 포함한다. 제 1 복수의 더 작은 직경의 클러치 판(102)은 벨 형상의 클러치 하우징(110)에 스플라인(108)을 상호 맞물려 연결된 제 2 복수의 더 큰 직경의 클러치 판(106) 사이에 끼워진다. 제 1 및 제 2 복수의 끼워진 클러치 판(102, 106)은 이 클러치 판(102, 106) 각각의 적어도 일면에 고정된 적절한 마찰 재료를 포함한다.
벨 형상의 클러치 하우징(110)은, 스플라인, 축방향으로 연장하는 러그(lug)와 애퍼처(aperture), 용접, 또는 다른 영구적이거나 단절할 수 없는 회전가능한 연결 수단을 상호 맞물리게 하여 체인 구동 스프로켓(92)에 회전가능하게 연결된 다. 마찰 클러치 팩(100)과 클러치 하우징(110) 사이에는 원형 백업 판(circular backup plate)(112)이 있으며, 이 원형 백업 판은 일차 출력 샤프트(82)에서 협력하는 스냅 링(snap ring)과 채널(114)에 의해 도 2에 예시된 바와 같이 좌측으로의 축방향 이동이 제한된다. 마찰 클러치 팩 조립체(100)의 대향하는 측이나 면에는 원형 작용 판(circular apply plate)(116)이 존재한다.
변조 클러치 조립체(90)는 또한 차동 기어 오퍼레이터 조립체(120)를 포함한다. 이 차동 기어 오퍼레이터 조립체(120)는 출력 샤프트(126)를 통해 피니언 기어(124)를 직접 구동하는 부분 마력(fractional horsepower)의 양방향 전기 모터(122)를 포함한다. 이 전기 모터(122)는 바람직하게는 복수의 패스너(128)에 의하여 트랜스퍼 케이스 조립체(16)의 하우징(70)에 고정되며, 이 복수의 패스너(128) 중 하나가 도 2에 도시되어 있다. O 링(130)과 같은 적절한 실(seal)이 트랜스퍼 케이스 조립체(16)의 외부 표면과 전기 모터(122)의 장착 판 사이에 배치되어 적절한 유체 밀폐 실을 제공한다.
이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 이 피니언 기어(124)는 제 1 원형 캠 부재(132)와, 인접한 제 2 원형 캠 부재(134)와 동시에 맞물린다. 원형 캠 부재(132, 134)는 그 외주면(periphery)에 배치된 기어 치형부(136, 138)를 구비한다. 이 원형 캠 부재(132, 134) 각각에 있는 기어 치형부(136, 138)의 수는 동일하지 않다. 예를 들어, 제 1 캠 부재(132)는 외주면에 대하여 180개의 기어 치형부(138)를 한정하거나 포함하는 반면, 제 2 캠 부재(134)는 그 외주면에 181개의 치형부를 한정하거나 구비한다. 이 기어 치형부(136, 138)의 프로파일, 그 압력 각도, 전체 기하 학적 형상은, 캠 부재(132, 134)의 기어 치형부(136, 138) 사이에 있는 임의의 에러(error)가 분할되어, 명목상이나 적절한 값과는 동일하지만 단지 약간만 변형되도록 피니언(124)의 기어 치형부와 절충되도록 선택된다. 원형 캠 부재(132, 134) 사이에 한 개의 치형부의 차이는 이들 에러를 최소화시키지만, 특히 캠 부재(132, 134)의 직경이 증가하는 경우나 또는 기어 치형부(136, 138)의 개수가 증가하고 기어 치형부(136, 138)의 사이즈가 감소하는 경우에, 치형부의 개수 사이에 차이가 크면, 원형 캠 부재(132, 134) 사이의 회전 차가 커지게 된다.
캠 부재(132, 134)의 대향하는 인접한 면에는 캠 구동 부분이 있다. 캠 부재(132)에는 곡선(아치형) 방울(teardrop) 형상의 경사진 리세스(recess)(142)가 있다. 상보적으로 구성된 곡선(아치형) 방울 형상의 경사진 리세스(144)는 제 2 캠 부재(134) 내에 형성된다. 곡선의 경사진 리세스(142, 144) 내에는 볼 베어링(146)과 같은 부하 전달 부재가 수용된다. 원형 캠 부재(132, 134)가 서로 상대적으로 회전함에 따라, 볼 베어링(146)과 경사진 리세스(142, 144)가 캠 부재(132, 134)를 축방향으로 분리시킨다는 것을 알 수 있을 것이다. 경사 및 볼 베어링은 경사 및 롤러 베어링 또는 비스듬한 대향하는 명목상 2개인 캠 구동 표면과 같은 다른 유사한 기계적 조립체로 용이하게 대체될 수 있다.
간단히 도 4를 참조하면, 전술된 캠 표면을 사용하는 대안적인 실시예가 예시되어 있다. 제 1 원형 부재(132A)에서, 복수의 돌부(projection)(148A)와 리세스(recess)(150A)는 비스듬한 경사(ramp)를 형성한다. 제 2 원형 부재(134B)에는, 상보적인 복수의 돌부(148B)와 리세스(150B)가 대향하는 상보적인 비스듬한 경사를 형성한다. 원형 부재(132A, 134B)가 서로 상대적으로 다른 속도로 회전하는 경우, 이들 부재는 축방향으로 분리되어 구동된다.
차동 회전의 인자(factor), 즉 원형 캠 부재(132, 134)의 차동 회전이 얼마나 빠르게 일어나는지 그리고 그러한 회전이 축방향의 클러치 맞물림 병진이동을 얼마나 빠르게 유발하는지는 오퍼레이터 조립체(120)의 배율(amplification)로서 특징지워질 수 있고, 여러 설계 기준을 만족시키도록 조정될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 차동 회전을 더 느리게 하고 캠 각도를 더 좁게 하면, 심지어 작은 전기 모터(122)가 연관된 마찰 클러치 팩 조립체(100)에 상당한 압축력(compressive force)을 작용할 수 있을 만큼 상당한 회전력을 요구하게 되며, 이는 고(고출력) 배율로서 특징지워질 수 있다. 한편, 기어 치형부의 개수 차이가 더 커지고 캠 각도가 더 가파르게 되면(저 배율), 클러치 맞물림이 더 신속하게 되나 일반적으로 더 강력한 전기 모터(122)를 요구한다.
제 1 캠 부재(132)와 작용 판(116) 사이에는 축방향 힘을 전달하지만 인접한 작용 판(116)과 제 1 캠 부재(132)가 서로 완전히 독립적으로 회전할 수 있게 하는 제 1 볼 또는 롤러 쓰러스트 베어링(152)이 존재한다. 제 2 캠 부재(134)에 인접하게 제 2 볼 또는 롤러 쓰러스트 베어링(154)이 있다. 제 2 볼 또는 롤러 쓰러스트 베어링(154)에 인접하게는 일차 출력 샤프트(82) 내에 형성된 상보적인 스냅 링 및 그루브(158)에 의해 제한되는 축방향 운동을 가지는 백업 와셔(backup washer)(156)가 존재한다. 제 2 쓰러스트 베어링(154)은 제 2 캠 부재(134)가 일차 출력 샤프트(82)와 백업 와셔(156)와 완전히 독립적으로 회전할 수 있게 한다. 원 형 백업 판(112)과 백업 와셔(156) 뿐만 아니라 인접한 스냅 링과 그루브(114, 158)는, 차동 기어 클러치 오퍼레이터(120)가 동작하며 스냅 링과 그루브(114, 158) 사이에 일차 출력 샤프트(82)의 길이 내에 있는 모든 힘과 반작용 힘을 포함하는 반작용 힘 서킷(reaction force circuit)의 멈춤 부재 및 종착점으로서 동작한다.
이제 도 5를 참조하면, 적응성 4륜 차량 구동 트레인이 개략적으로 예시되어 있으며 참조 번호 200으로 지시되어 있다. 이 4륜 차량 구동 트레인(200)은, 트랜스액슬(204)에 연결되어 이를 직접 구동하는, 가솔린, 디젤, 또는 천연 가스 연료의 내연 엔진이나 하이브리드 엔진과 같은 일차 원동기(202)를 포함한다. 트랜스액슬(204)의 출력은 일차 또는 전방 구동 라인(210)과 이차 또는 후방 구동 라인(220)을 구동한다. 일차 구동 라인(210)은, 전방 또는 일차 추력 샤프트(212), 전방 또는 일차 차동장치(214), 한 쌍의 라이브 전방 액슬(216), 및 각 쌍의 전방 타이어 및 휠 조립체(218)를 포함한다. 전방 또는 일차 차동장치(214)는 종래의 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
동력 출발점(206)을 거쳐 트랜스액슬(204)은 또한 구동 토크를 이차 또는 후방 구동 라인(220)에 제공하며, 이 구동 라인(220)은, 적절한 유니버셜 조인트(224)를 포함하는 이차 추력 샤프트(222), 후방 또는 이차 액슬 조립체(226), 한 쌍의 라이브 이차 또는 후방 액슬(228) 및 각 쌍의 이차 또는 후방 타이어 및 휠 조립체(230)를 포함한다.
이차 액슬 조립체(226)에 대하여 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "액슬 조립체(axle assembly)"라는 용어는 구동 라인 토크를 수신하여 이를 2개의 일반적으로 정렬된 횡방향으로 배치된 구동 액슬에 분배하며 특히 차량의 코너링으로 인해 생기는 회전 속도 차를 수용하기 위한 디바이스를 나타내는데 사용되고 있다.
나아가, 전술된 및 후술되는 설명은, 일차 구동 라인(210)이 차량의 전방에 배치되고 이에 따라 이차 구동 라인(220)이 차량의 후방에 배치되어, 일반적으로 (일차) 전방 휠 구동 차량이나 적응성 4륜 구동 차량이라고 불리우는 차량에 관한 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 이 구동 성분의 위치가 역전된 (일차) 후방 휠 구동 차량에 사용하는 데에도 동일하게 적합하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
차량 구동 트레인(200)에는 제어기 또는 마이크로프로세서(240)가 연결되어 있으며, 이 제어기 또는 마이크로프로세서(240)는 복수의 센서로부터 신호를 수신하여 제어 신호 즉 작동 신호를 후방 또는 이차 액슬 조립체(226)에 제공한다.
차량 구동 트레인(200)은, 좌측 일차(전방) 타이어 및 휠 조립체(218)의 회전 속도를 감지하여 마이크로프로세서(240)에 신호를 제공하는 제 1 가변 리럭턴스(variable reluctance) 또는 홀 효과(Hall effect) 센서(246)를 또한 포함한다. 제 2 가변 리럭턴스 또는 홀 효과 센서(248)는 우측 일차(전방) 타이어 및 휠 조립체(218)의 회전 속도를 감지하여 마이크로프로세서(240)에 신호를 제공한다. 좌측 이차(후방) 타이어 및 휠 조립체(230)에 연결된 제 3 가변 리럭턴스 또는 홀 효과 센서(250)는 좌측 이차(후방) 타이어 및 휠 조립체(230)의 회전 속도를 감지하여 마이크로프로세서(240)에 신호를 제공한다. 마지막으로, 우측 이차(후방) 타이어 및 휠 조립체(230)에 연결된 제 4 가변 리럭턴스 또는 홀 효과 센서(252)는 우측 이차(후방) 타이어 및 휠 조립체(230)의 회전 속도를 감지하여 마이크로프로세서(240)에 신호를 제공한다. 속도 센서(246, 248, 250, 252)는 ABS(anti-lock brake systems) 시스템이나 다른 속도 감지 및 견인 제어 시스템을 위한 신호를 제공하기 위해 차량에 장착된 센서일 수 있으며, 또는 이와 독립적인 즉 전용 센서일 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 각 속도 센서(246, 248, 250, 252)와 근접하게 센싱(sensing)을 할 수 있는 상태로 각 타이어 및 휠 조립체(218, 230) 각각에는 적절한 종래의 카운팅 또는 톤 휠(counting or tone wheel)(미도시)이 연결되어 있다는 것도 이해할 수 있을 것이다.
이제 도 5 및 도 6을 참조하면, 변조 후방 액슬 클러치 조립체(260)는 동력 출발점(206)의 출력과 이차 액슬 조립체(226) 사이에 동작가능하게 배치된다. 본 발명을 병합하는 후방 액슬 클러치 조립체(260)는, 도 5에 예시된 이차 액슬 조립체(226)의 하우징에 클러치 조립체(260)와 구체적으로 하우징(262)을 고정하는데 사용되는 상보적으로 사이즈 정해진 나사선 형성된 패스너(미도시)를 수용하는 복수의 관통 개구(266)를 한정하는 환형 플랜지(264)를 구비하는 일반적으로 벨 형상의 하우징(262)을 포함한다. 클러치 조립체(260)는 볼 베어링 조립체(272)와 같은 마찰 방지 베어링 위에서 하우징 내에 지지되는 입력 샤프트(270)를 포함한다. 적절한 오일 실(274)은 하우징(262)과 회전 입력 샤프트(270) 사이에 실(seal)을 제공하여, 오염물의 유입과 클러치 윤활 유체의 유출을 방지한다. 입력 샤프트(270)는 칼라 또는 허브(collar or hub)(276) 또는 유니버설 조인트 또는 다른 구동 라 인 부분의 일부일 수 있는 다른 성분을 포함할 수 있다. 나사선 형성된 로크 너트(lock nut)(278)는 칼라(276)를 입력 샤프트(270)에 고정하는데 사용될 수 있다.
입력 샤프트(270) 주위에 동심적으로 배치되는 마찰 클러치 팩 조립체(280)가 존재한다. 마찰 클러치 팩 조립체(280)는 입력 샤프트(270)의 일부에 형성된 외부 또는 수 스플라인(286)과 상보적으로 형성되어 이 외부 또는 수 스플라인(286)에 맞물리는 내부 또는 암 스플라인(284)을 가지는 제 1 복수의 더 작은 직경의 클러치 판(282)을 포함한다. 상기 제 1 복수의 더 작은 직경의 클러치 판(282)에는 제 2 복수의 더 큰 직경의 클러치 판(288)이 끼워져 있다. 제 2 복수의 더 큰 직경의 클러치 판(288)은, 벨 형상의 출력 하우징(300)의 내부 면에 형성된 내부 또는 암 스플라인(294)과 상보적으로 형성되어 이 내부 또는 암 스플라인(294)에 맞물리는 외부 또는 수 스플라인 또는 기어 치형부(292)를 포함한다. 벨 형상의 출력 하우징(300)은 스터브(stub) 출력 샤프트(306) 상에 있는 수 스플라인 또는 기어 치형부(304)와 상보적으로 형성되어 이 수 플라인 또는 기어 치형부에 맞물리는 복수의 암 또는 내부 스플라인 또는 기어 치형부(302)를 가지는 동심 개구를 한정한다. 이 스터브 출력 샤프트(306)는 입력 샤프트(270) 내 대응 보어(counterbore)(308) 내에 수용된다. 이 스터브 출력 샤프트(306)의 내부 면은 바람직하게는 후방 액슬 조립체(226) 내에 배치된 피동 부재(미도시)에 의해 맞물릴 수 있는 내부 또는 암 스플라인 또는 기어 치형부(312)를 포함한다.
마찰 클러치 팩 조립체(280)와 벨 하우징(300) 사이에는, 입력 샤프트(270) 내에 형성된 협력하는 스냅 링과 그루브(318)에 의하여 입력 샤프트(270) 상의 위 치에 유지되는 백업 또는 멈춤 판(316)이 존재한다. 마찰 클러치 팩 조립체(280)의 반대 면에는 작용 판(320)이 있다.
마찰 클러치 팩 조립체(280)는 부분 마력의 양방향 전기 모터(332)를 포함하는 차동 캠 작동체 조립체(330)에 의해 작동된다. 이 전기 모터(332)는 출력 샤프트(336)를 통해 피니언 기어(334)를 구동한다. 피니언 기어(334)는 그 외주 면에 축방향으로 연장하는 균일한 기어 치형부(338)를 구비한다. 피니언(334)의 기어 치형부(338)는 제 1 원형 캠 판(340)과 제 2 원형 캠 판(342)에 동시에 맞물린다. 제 1 원형 캡 판(340)은 외주면에 배치된 기어 치형부(344)를 포함한다. 제 2 원형 캠 판(342)은 외주 면에 배치된 기어 치형부(346)를 또한 포함한다. 기어 치형부(344, 346)의 수는 동일하지 않다. 바람직하게는, 예를 들어, 제 1 원형 캠 판(340)에는 180개의 기어 치형부(344)가 있으며, 제 2 원형 캠 판(342) 위에는 181개의 기어 치형부(346)가 있다. 그리하여, 원형 캠 판(340, 342)이 피니언(344)에 의해 구동될 때, 이들 원형 캠 판은 차동적으로 회전하는데, 즉 제 2 캠 판(342)은 제 1 캠 판(340) 보다 약간 더 느리게 회전한다. 기어 치형부(344, 346)의 개수는 단지 일례로서만 주어진 것이며, 기어(340, 342)의 사이즈, 피니언(334)의 사이즈, 원하는 동작 속도에 따라 그 수는 폭넓게 변할 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.
제 1 원형 캠 판(340)은 복수의 아치형 방울 형상의 경사진 리세스(348)를 포함하며, 제 2 원형 캠 판(342)은 동일한 복수의 아치형 방울 형상의 경사진 리세스(352)를 포함한다. 이들 경사 리세스 내에는 볼 베어링(354)과 같은 부하 전달 부재가 안착되어 있다. 원형 캠 판(340, 342)이 차동적으로 회전함에 따라, 부하 전달 부재(354)는 이들 원형 캠 판을 서로 떨어지도록 구동한다.
마찰 클러치 팩 조립체(280)와 제 2 원형 캠 판(342) 사이에는 볼 또는 롤러 쓰러스트 베어링(356)이 배치되어 있으며, 이 베어링(356)은 작용 판(320)과 제 2 원형 캠 판(342) 사이에 자유로운 상대 회전을 허용한다. 제 1 원형 캠 판(340)의 좌측에는 제 2 볼 또는 롤러 쓰러스트 베어링 조립체(358)가 배치되어 있다. 쓰러스트 베어링 조립체(358) 인근에는 입력 샤프트(270) 내에 형성된 스냅 링 및 그루브(364)에 의해 고정된 축방향 위치에 유지되는 멈춤 와셔(360)가 존재한다. 쓰러스트 베어링 조립체(358)는 제 1 캠 부재(340)와 멈춤 와셔(360) 사이에는 자유로운 상대 회전을 허용한다. 스냅 링과 그루브(318, 364)는 반작용 멈춤점을 제공하며, 입력 샤프트(270) 내에 클러치 오퍼레이터의 힘과 반작용 힘을 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이차 액슬 변조 클러치(260)는 기능적으로 이차 차동 또는 후방 액슬(226)보다 앞서며, 이에 전달되는 토크를 제어한다. 차동 캠 작동체 조립체(330)를 위한 다른 응용은 단일 변조 클러치(260) 및 종래의 케이지형 차동장치 없는 후방 액슬 조립체를 포함한다. 이들 성분은 좌측 및 우측 후방 액슬(228) 및 타이어 및 휠 조립체에 토크를 독립적으로 전달하는 독립적으로 동작가능한 트윈(twin) 변조 클러치를 구비하는 후방 액슬 조립체(226)로 대체된다.
이제 도 5 및 도 7을 참조하면, 후방 또는 이차 액슬 조립체(226)는 이차 추력 샤프트(222)로부터 구동 토크를 직접 수신하는 입력 샤프트(370)를 포함한다. 이 입력 샤프트(370)는, 예를 들어 이차 추력 샤프트(222)에 유니버설 조인트(224) 또는 다른 연결 부분의 일부를 형성하는 플랜지 또는 컵(flange or cup)(372) 또는 이와 유사한 성분을 포함할 수 있다. 플랜지(372)는 로크 너트(374) 또는 이와 유사한 디바이스에 의해 입력 샤프트(370)에 유지될 수 있다. 입력 샤프트(370)는 동심적으로 배치된 축방향으로 연장하는 중심 하우징(376) 내에 수용되며, 하우징(376)과 입력 샤프트(370) 사이에 유체 불투성 실을 제공하는 적절한 오일 실(378)이나, 또는 플랜지(372)의 연관된 부분에 의해 둘러싸인다. 입력 샤프트(370)는 바람직하게는 테이퍼진(tapered) 롤러 베어링 조립체(380)와 같은 한 쌍의 마찰 방지 베어링에 의해 회전가능하게 지지된다. 입력 샤프트(370)는, 적절한 나사선 형성된 패스너(396)에 의해 동심적으로 배치된 관형(tubular) 구동 부재(394) 위의 플랜지(392)에 고정된 링 기어(388)의 상보적으로 구성된 기어 치형부(386)와 맞물리는 기어 치형부(384)를 구비하는 하이포이드 또는 베벨 기어(hypoid or bevel gear)(382)에서 종료한다.
관형 구동 부재(394)는 볼 베어링 조립체(402)와 같은 한 쌍의 마찰 방지 베어링에 의해 회전가능하게 지지된다. 이 관형 구동 부재(394)는 중공 형상(hollow)이며, 내부 볼륨(404)을 한정한다. 한 쌍의 불순물 제거부 또는 스쿠프(scavengers or scoops)(406)는 관형 구동 부재(394)의 벽을 통해 반경방향으로 연장하며, 윤활 및 냉각 유체(408)를 수집하여 이 유체를 내부 볼륨(404) 내로 구동한다. 이 윤활 및 냉각 유체(408)는 이후 관형 구동 부재(394)의 내부 볼륨(404)과 연결되는 통로(410)를 거쳐 후방 액슬 조립체(226) 내의 성분에 제공된다.
후방 또는 이차 액슬 조립체(226)는 또한 나사선 형성된 패스너(414)에 의해 중심 하우징(376)에 부착되는 한 쌍의 벨 하우징(412A, 412B)을 포함한다. 이 하우 징(412A, 412B)은, 한 쌍의 변조 클러치 조립체(420A, 420B) 각각을 각각 수용하는 미러 이미지(mirror-image), 즉 좌측과 우측 성분이다. 그러나, 2개의 변조 클러치 조립체(420A, 420B)의 대향하는 미러 이미지 배열을 위해서는, 후술되는 2개의 클러치 조립체(420A, 420B)의 성분은 동일하다. 따라서, 도 7에서 명료하게 하기 위해, 수치 성분 콜아웃(numerical component callout)이 좌측과 우측 클러치 조립체(420A, 420B) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 나타날 수 있으며, 그러한 성분은 두 조립체 내에 존재하며 그러한 콜아웃은 두 조립체를 언급한다는 것을 이해하여야 할 것이다.
변조 클러치 조립체(420A, 420B) 모두는 베벨 기어(382, 388) 및 관현 구동 부재(394)를 거쳐 입력 샤프트(370)에 의해 구동된다. 구체적으로, 전술된 바와 같이, 링 기어(388)가 이 관형 구동 부재(394)에 고정된다. 이 링 기어(388)의 관형 연장부(422)는 좌측 구동 칼라(430A)에 형성된 내부 또는 암 스플라인 또는 기어 치형부(428A)와 맞물리는 외부 또는 수 스플라인(424)을 포함한다. 좌측 구동 칼라(430A)는 또한 좌측 클러치 종단(end) 벨(440A)의 상보적으로 구성된 내부 또는 암 스플라인 또는 기어 치형부(434A)와 맞물리는 외부 또는 수 스플라인 또는 기어 치형부(432A)를 포함한다. 우측 변조 클러치 조립체(420B)를 구동하기 위해, 관형 구동 부재(394)는 우측 구동 칼라(430B)의 상보적으로 구성된 암 스플라인 또는 기어 치형부(428B)와 맞물리는 외부 또는 암 스플라인 또는 기어 치형부(436)를 포함한다. 이에 따라, 우측 구동 칼라(430B)는 우측 클러치 종단 벨(440B)에 형성된 내부 또는 암 스플라인 또는 기어 치형부(434B)에 상보적으로 맞물리는 수 또는 외부 스 플라인 또는 기어 치형부(432B)를 포함한다.
클러치 종단 벨(440A, 440B)은 동일하지만 미러 이미지의 관계로 배치된다. 클러치 종단 벨(440A, 440B) 각각은, 제 1 복수의 직경이 더 큰 마찰 클러치 판 또는 디스크(446) 위에 상보적으로 구성된 외부 스플라인(444)과 구동가능하게 맞물리는 내부 스플라인(442)을 포함한다. 상기 제 1 복수의 직경이 더 큰 마찰 클러치 판 또는 디스크(446)에는 제 2 복수의 직경이 더 작은 마찰 클러치 판 또는 디스크(448)가 끼워져있다. 마찰 클러치 판 또는 디스크(446, 448) 각각의 적어도 한 면은 적절한 마찰 클러치 재료를 구비한다. 직경이 더 작은 마찰 클러치 판 또는 디스크(448) 각각은 원형 칼라 또는 허브(454) 위에 상보적으로 구성된 수 또는 외부 스플라인(452)과 맞물리는 내부 또는 암 스플라인(450)을 포함한다. 허브(454)는 다시 함께 회전하기 위해 내부 또는 암 스플라인 또는 기어 치형부(456)에 의하여 각 좌측 및 우측 출력 샤프트(460A, 460B)의 수 스플라인 또는 기어 치형부(458)에 연결된다. 출력 샤프트(460A, 460B)는 수 스플라인(462A, 462B)을 포함할 수 있다.
변조 클러치 조립체(420A, 420B)는 볼 경사 작동체 조립체(ball ramp actuator assembly)(470A, 470B)를 또한 포함한다. 이 볼 경사 작동체 조립체(470A, 470B) 각각은 그 외주면에 기어 치형부(474)가 배치된 제 1 원형 캠 구동 부재(472)와, 한 면 위에 복수의 아치형 방울 형상의 경사진 리세스(476)를 포함한다. 제 1 원형 캠 부재(472) 인근에는 그 외주면에 배치된 기어 치형부(484)를 가지는 제 2 원형 캠 부재(482)와, 상기 제 1 원형 캠 부재(472) 상에 이와 유사하게 구성된 경사진 리세스(476)와 마주하는 복수의 아치형 방울 형상의 리세스(486)가 존재한다. 이 경사진 리세스(476, 486) 내에는 볼 베어링(490)과 같은 복수의 부하 전달 부재가 배치되고 유지된다.
전술된 바와 같이, 캠 구동 부재(472, 482)가 서로 상대적으로 회전함에 따라, 볼 베어링(490)은 경사진 리세스(476, 486)를 따라 이동하며 제 1 및 제 2 캠 구동 부재(472, 482)를 분리시킨다. 다시 한번, 상보적으로 구성된 경사진 리세스나 대향하는 비스듬한 캠 표면을 갖는 테이퍼진 롤러 베어링과 같은 유사한 디바이스는 캠 구동 부재(472, 482)가 서로 상대적으로 회전하는 경우 유사한 축방향 이동을 하므로 또한 적합하다는 것을 알 수 있을 것이다.
제 1 캠 구동 부재(472)에 인접하게는 인접한 스냅 링에 의해 축방향 위치에 유지되는 제 1 쓰러스트 베어링(492)이 있다. 제 2 캠 구동 부재(482)에 인접하게는 제 2 쓰러스트 베어링(494)이 있다. 마찰 클러치 판(446, 448)과 제 2 쓰러스트 베어링(496) 사이에는 원형 작용 판(496)이 존재한다. 이 제 2 쓰러스트 베어링(496)은 작용 판(496)과 제 2 캠 구동 부재(482) 사이에 자유로운 상대 회전을 가능하게 한다.
볼 경사 작동체 조립체(470A)는 또한 복수의 나사선 형성된 패스너(502)에 의해 하우징(412A)에 고정되어 있는 부분 마력의 양방향 전기 모터(500)를 더 포함한다. 전기 모터(500)의 하우징과 하우징(412A) 사이에는 적절한 유체 밀폐 실(미도시)이 포함될 수 있다. 이 전기 모터(500)는 기어 치형부(508)를 구비하는 피니언(506)을 구동하는 출력 샤프트(504)를 포함한다. 이 피니언(506)의 기어 치형부(508)는 제 1 캠 구동 부재(472)와 제 2 캠 구동 부재(482) 모두에 있는 기어 치형 부(474, 484)와 맞물린다. 전술된 바와 같이, 각 캠 구동 부재(472, 482) 위의 기어 치형부(474, 484)의 개수는 서로 달라서, 각 캠 구동 부재가 서로 차동적으로 회전하며, 즉 서로 다른 속도로 회전하여, 캠 구동 부재(472, 482)를 분리시키는 상대적 회전을 일으킨다. 그러한 분리는 인접한 연관된 마찰 클러치 팩 조립체를 압박하며, 구동 튜브(394)로부터의 토크를 출력 샤프트(460A)에 전달한다.
이제 도 8을 참조하면, 볼 경사 작동체의 제 1 대안적인 실시예가 예시되고 참조 번호 520으로 지시되어 있다. 여기서, 도 2에 도시된 트랜스퍼 케이스 조립체(16) 내에 있는 입력 샤프트이거나 또는 도 5에 도시된 후방 차동장치에 있는 출력 샤프트일 수 있는 샤프트(522)와, 트랜스퍼 케이스 조립체(16)에 도시된 출력 샤프트이거나 또는 후방 차동장치에 도시된 입력 샤프트일 수 있는 제 2 샤프트(524)는 복수의 상호연결용 수 및 암 스플라인(528)에 의해 제 1 샤프트(522)에 스플라인 연결된 각 제 1 복수의 더 작은 클러치 판 또는 디스크(526)에 연결되어 이를 구동한다. 제 1 복수의 클러치 판 또는 디스크(526)는 복수의 상호 연결용 스플라인 또는 기어 치형부(534)를 구비하는 제 2 복수의 마찰 클러치 판 또는 디스크(532)에 끼워지며, 상기 상호 연결용 스플라인 또는 기어 치형부(534)는 제 2 복수의 마찰 클러치 판 또는 디스크(532)를 벨 형상의 하우징(536)에 연결시키며, 다시 벨 형상의 하우징(536)은 러그와 같은 스플라인이나 다른 상호연결용 수단을 통해 제 2 샤프트(524)에 연결된다. 백킹 또는 멈춤 판(532)은 협력하는 스냅 링 및 그루브(544)에 의해 제 1 샤프트(522) 상의 위치에 유지된다.
작동체 조립체(550)는 출력 샤프트(554)를 구동하는 부분 마력의 양방향 전 기 모터(552)를 구비한다. 출력 샤프트(554)는 제 2 영역의 기어 치형부(562)와는 다른 개수의 다수의 기어 치형부를 구비하는 제 1 영역의 기어 치형부(504)를 갖는 피니언(556)에 연결되며, 이 피니언(556)과 일체로 형성된다. 예를 들어, 제 1 영역의 기어 치형부(558)는 20개의 치형부를 구비하는 반면, 제 2 영역의 기어 치형부(562)는 21개의 치형부를 구비한다. 이들 개수는 피동 부재의 원하는 차동 회전을 이루도록 변경될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 제 1 영역의 기어 치형부(558)에는, 피니언(556)의 제 1 영역의 기어 치형부(558)와 맞물리는 그 외주면에 배치된 기어 치형부(568)를 구비하는 제 1 캠 구동 부재(566)가 정렬된다. 제 1 캠 구동 부재(556)에 인접하게는 피니언(556)의 제 2 영역의 기어 치형부(562)와 맞물리는 외주면에 복수의 기어 치형부(574)를 가지는 제 2 캠 구동 부재(572)가 배치된다. 제 1 캠 구동 부재(566)의 기어 치형부(568)의 개수는 제 2 캠 구동 부재(572)의 기어 치형부(574)의 개수와 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 그러나, 캠 구동 부재(566, 572)의 차동 회전을 이루기 위해, 제 1 및 제 2 캠 구동 부재(566, 572)의 치형부의 개수는 피니언(556)의 2개의 영역의 치형부의 개수가 주어진 경우 동일한 구동 비(ratio)를 이루도록 구성되어 있을 필요는 없다.
차동 회전은 전술된 피니언(556)을 갖는 제 1 및 제 2 캠 구동 부재(566, 572)의 기어 치형부(568, 574)의 개수와 동일한 개수를 사용하여 용이하게 달성할 수 있다. 캠 구동 부재(566, 572) 모두는 볼 베어링(580)과 같은 동일한 복수의 부하 전달 부재를 수용하고 유지하는 복수의 아치형의 방울 형상의 경사진 리세스(576, 578)를 포함한다. 제 1 쓰러스트 베어링(582)은 제 1 캠 구동 부재(566)에 인접하게 그리고 협력하는 스냅 링 및 그루브(586)와 평면 와셔(584) 사이에 배치된다. 제 1 쓰러스트 베어링(582)은 제 1 샤프트(522)에 대해 제 1 캠 구동 부재(566)의 자유로운 회전을 허용한다. 와셔(584)와 스냅 링 및 그루브(586)는 반작용 힘의 멈춤점을 제공한다. 제 2 캠 구동 부재(572)에 인접하게는 제 2 캠 구동 부재(572)의 자유로운 회전을 동일하게 허용하며 이를 통해 클러치 작동력을 전달하는 제 2 쓰러스트 베어링 조립체(592)가 배치된다. 작용 판(594)은 제 2 쓰러스트 베어링(592)에 인접하게 배치되며, 제 1 및 제 2 캠 구동 부재(566, 572)의 상대적 회전으로 인해 분리되는 경우 클러치 판(526, 532)에 압박하는 클러치 작동력을 작용시킨다.
리세스(576, 578)와 부하 전달 볼(580)은 사이에서 상대적 회전에 따라 캠 구동 부재(566, 572)의 축방향 이동을 유발하는 다른 유사한 기계 요소로 대체될 수 있다. 예를 들어, 상보적으로 구성된 원추형 나선 또는 대향하는 비스듬한 캠 표면으로 배치된 테이퍼진 롤러가 사용될 수 있다.
이제 도 9를 참조하면, 볼 경사 작동체의 제 2 대안적인 실시예가 도시되고 참조 번호 600으로 지시되어 잇다. 도 2에 도시된 트랜스퍼 케이스 조립체(16)의 입력 샤프트(72)이거나 또는 도 7에 도시된 제 2 액슬 조립체(226)의 출력 샤프트일 수 있는 샤프트(602)와, 트랜스퍼 케이스 조립체(16)에 도시된 출력 샤프트(82)이거나 제 2 차동장치(226)에 도시된 입력 샤프트일 수 있는 제 2 샤프트(604)는 복수의 상호연결용 수 및 암 스플라인(608)에 의해 제 1 샤프트(602)에 스플라인 연결된 각 제 1 복수의 더 작은 클러치 판 또는 디스크(606)에 연결되어 이를 구동 한다. 제 1 복수의 클러치 판 또는 디스크(606)는 복수의 상호연결용 스플라인 또는 기어 치형부(614)를 구비하는 제 2 복수의 마찰 클러치 판 또는 디스크(612)에 끼워지며, 이 복수의 상호 연결용 스플라인 또는 기어 치형부(614)는 제 2 복수의 마찰 클러치 판 또는 디스크(612)를 벨 형상의 하우징(616)에 연결시킨다. 벨 형상의 하우징(616)은 다시 스플라인이나 러그와 같은 다른 상호연결용 수단을 통해 제 2 샤프트(604)에 연결된다. 백킹 또는 멈춤 판(622)은 협력하는 스냅 링 및 그루브(624)에 의해 제 1 샤프트(602) 상의 위치에 유지된다.
작동체 조립체(630)는 출력 샤프트(634)를 구동하는 부분 마력의 양방향 전기 모터(632)를 포함한다. 이 출력 샤프트(634)는 기어 치형부(638)를 가지는 제 1 피니언 기어(636)에 고정되거나 이와 일체로 형성된다. 제 1 피니언 기어(636)는 하우징(644) 내에 회전가능하게 지지되는 스터브 샤프트(642) 위에 배치되는 더 큰 스퍼 기어(spur gear)(640)와 맞물리며 이를 양방향으로 구동시킨다. 이 더 큰 스퍼 기어(640)는 제 2 피니언 기어(646)와 일체로 형성되거나 이에 연결된다. 제 1 피니언 기어(636)와, 더 큰 스퍼 기어(640)와, 제 2 피니언 기어(646)에 의해 달성된 기어 감속은 양방향 전기 모터(632)의 속도를 저감시키고 그 토크를 증가시킨다. 특정 응용에 적합한 속도 저감, 즉 기어 감속 비는 전기 모터(632)의 속도와 토크, 경사 리세스(658, 662)의 각도, 클러치의 원하는 맞물림 시간과 다른 인자의 함수일 수 있다.
제 2 피니언 기어(646)는 그 외주면에 배치된 제 1 개수의 기어 치형부(652)를 가지는 제 1 캠 구동 부재(650)와 맞물리며 이를 구동한다. 제 1 캠 구동 부재 (650) 인근에는 제 1 캠 구동 부재(650) 위 치형부(652)와는 다른 개수를 가지며 외주면에 배치된 제 2 개수의 치형부(656)를 갖는 제 2 캠 구동 부재(654)가 있다. 바람직하게는, 기어 치형부(652)의 개수는 수백 개이거나 더 많을 수 있으며, 기어 치형부(656)의 개수는 한 개 또는 두 개만큼만 다를 수 있다. 치형부의 개수가 많으면 많을수록 치형부의 개수 사이의 차이가 커질 수 있으며, 또 치형부의 개수가 디바이스의 전체 사이즈에 느슨하게 연관되어 있다는 것은 분명하다. 75 내지 250 개 사이의 치형부의 개수가 대부분의 응용에 사용되는 것 같다.
다른 실시예에서와 같이, 제 1 및 제 2 캠 구동 부재(650, 654)는 인접한 나머지 위치와 축방향으로 떨어져 있는 부재(650, 654)를 구동하는 한정된 캠 또는 경사 성분을 포함한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 캠 구동 부재는 복수의 아치형 방울 형상의 경사진 리세스(658)를 구비하며, 제 2 캠 구동 부재(654)는 동일한 복수의 대향하는 아치형의 방울 형상의 경사진 리세스(662)를 구비한다. 볼 베어링(664)과 같은 동일한 복수의 부하 전달 부재는 대향하는 아치형의 경사진 리세스(658, 662) 내에 수용되고 유지된다. 경사로(ramp)와 볼(ball)은 상대적으로 회전하는 경우 캠 구동 부재(650, 654)를 분리시키는 비스듬한 캠 구동 표면과 다른 구성으로 대체될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
제 1 쓰러스트 베어링(672)은 제 1 캠 구동 부재(650)와 평판 와셔(674) 및 협력하는 스냅 링과 그루브(676) 사이에 배치된다. 제 1 쓰러스트 베어링(672)은 샤프트(602)와 평판 와셔(674)에 대해 제 1 캠 구동 부재(650)의 자유로운 회전을 허용한다. 스냅 링 및 그루브(676)는 반작용력의 멈춤점을 제공한다. 제 2 캠 구동 부재(654)에 인접하게는, 제 2 캠 구동 부재(654)의 자유로운 회전을 동일하게 허용하며 클러치 작동력을 전달하는 제 2 쓰러스트 베어링 조립체(678)가 있다. 작용 판(682)은 제 2 쓰러스트 베어링(678)에 인접하게 배치되며, 제 1 및 제 2 캠 구동 부재(650, 654)의 상대적 회전으로 인해 분리되는 경우 제 1 복수의 클러치 판(606, 612)에 압박하는 클러치 작동력을 작용시킨다.
전기 모터(632)를 활성화시킬 때, 제 1 피니언 기어(636)가 회전하며 감속된 속도로 제 2 피니언 기어(646)를 구동한다. 캠 구동 부재(650, 654)가 서로 다른 개수의 기어 치형부(652, 656)를 구비하기 때문에, 이들 캠 구동 부재는 서로 다른 (차동) 속도로 회전하여 이들 사이에 상대적 회전을 유발하여, 경사진 리세스(658, 662)와 부하 전달 볼 베어링(664)의 작용과, 복수의 마찰 클러치 판(606, 612)의 압박, 및 클러치 조립체(600)를 통한 에너지 전달에 의해 부재(650, 654)를 축방향으로 분리시키게 된다.
이제 도 10 및 도 11을 참조하면, 차동 구동 작동체의 제 1 추가적인 실시예가 도시되고 참조 번호 700으로 지시되어 있다. 차동 구동 작동체(700)는, 차동 구동 작동체(700)의 여러 성분이나 조립체를 수용하고 위치시키며 지지하고 장착하는 여러 개구, 그루브, 쇼울더, 대응 보어, 및 부분을 가지는 불규칙적으로 형성된 복수 부품, 바람직하게는 다이 주물된 하우징(702)을 포함한다. 양방향의 부분 마력의 전기 모터(704)는 임의의 적절한 고정 배열에 의하여 하우징(702)에 고정되며, 복수의 전도체 케이블(706)을 통해 전기 에너지를 공급받는다. 양방향 전기 모터(704)는 구동 피니언(712)과 맞물려 이를 구동시키는 명확히 고정된 반경방향으로 연장하는 핀 또는 베인(pin or vane)(710)을 포함하는 출력 샤프트(708)를 포함한다. 구동 피니언(712)은 바람직하게는 나일론과 같은 강하고 질긴 플라스틱으로 제조된다. 이 구동 피니언(712)은 중간 또는 아이들러 기어(718) 위 기어 치형부(716)와 상보적으로 형성되고 이와 맞물리는 외주면 기어 치형부(714)를 포함한다. 중간 또는 아이들러 기어(718)는 복합 기어(composite gear)이며, 외주면 금속 환형체(peripheral metal annulus)(720)를 포함하며, 이 외주면 금속 환형체(720)는 기어 치형부(716)와, 스터브 샤프트(724)를 수용하는 대문자 "I 또는 H" 단면을 갖는 내부 허브(722)를 포함한다. 외주면 금속 환형체(720)와 내부 허브(722)는 금속 환형체(720)의 내부면과 내부 허브(722)의 외부면에 상보적으로 구성된 반원형 리세스 내에 안착하는 스냅 링(726)을 구비하는 임의의 적절한 수단에 의해 서로 고정될 수 있다. 이 복합적인 설계는 울퉁불퉁한 질긴 금속 기어 치형부(716)를 여전히 제공하면서 아이들러 기어(718)의 질량과 관성을 저감시킨다. 스터브 샤프트(724)는 적절한 패스너(734)에 의해 하우징(702)에 고정되어 있는 커버 판(732)에 의해 일정 위치에 유지될 수 있다.
중간 또는 아이들러 기어(718)는 그 외주면에 배치된 복수의 외주면 기어 치형부(742)를 갖는 제 1 기어 원형 캠 판 또는 부재(740)와 맞물린다. 이 원형 캠 판(740)의 일 면은 복수의 아치형 캠 구동 리세스(744)를 구비하며, 이 캠 구동 리세스는 볼 베어링(746)과 같은 부하 전달 성분을 각각 수용한다. 제 1 원형 캠 판(740)에 바로 인접하게는, 그 외주면에 배치되는 복수의 기어 치형부(752)와, 대향하는 인접한 제 1 원형 캠 판(740)의 면에 상주하는 것과 동일한 수의 아치형 캠 구동 리세스(754)를 갖는 제 2 기어 원형 캠 판 또는 부재(750)가 존재하며 아이들러 기어(718)에 의해 일반적으로 구동된다.
다른 실시예에서와 같이, 제 1 기어 또는 원형 캠 판(740)과 제 2 기어 또는 원형 캠 판(750)의 외주면에 있는 치형부의 수는 서로 다르며, 2개의 캠 판(740, 750)에 있는 치형부의 개수는, 각 캠 판(740, 750)에 약 100내지 200개의 기어 치형부가 있는 경우 일(1)만큼 서로 다른 것이 바람직하다. 이 개수는, 치형부가 상대적으로 작거나, 치형부의 개수가 많거나, 또는 치형부가 상대적으로 작으면서 치형부의 개수가 많아서 맞물림 에러가 무시할 수 있을 정도인 경우 2개, 3개, 4개 또는 그 보다 많은 개수로 증가될 수 있다. 전술된 바와 같이, 차동 구동 조립체가 동작하여 중간 또는 아이들러 기어(718)의 치형부(716)를 갖는 원형 캠 판(740, 750)의 기어 치형부 사이에 어떤 작은 불일치가 있는 경우를 상정하면, 반드시 필요한 것은 아니지만, 동작의 최적화를 위하여 2 세트의 기어 치형부(742, 752) 사이에 있는 이러한 에러를 분할하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 물론 치형부의 개수의 차를 증가시켜서 기어 치형부의 불일치를 증가시키면, 이 작은 에러가 증가하게 되고, 조립체에 의해 달성되는 배율이 저감하게 되지만, 축출력 속도를 증가시켜 동작 속도를 증가시킬 수 있다.
원형 캠 판(740, 750)은 각각 입력 샤프트(760) 위에 자유로이 회전가능하게 수용되고 지지되는 마찰 저감 금속 또는 플라스틱 부싱(bushing)(758)에 저널 지지되고 안착된다. 입력 샤프트(760)는 하우징(702) 너머로 연장하며, 입력 플랜지(766) 상의 암 스플라인(764)과 상보적으로 형성되어 이 암 스플라인(764)에 맞물 리는 수 스플라인(762)을 포함한다. 입력 플랜지(766)는, 입력 샤프트(760)의 상보적으로 나사선 형성된 부분(774)에 수용되는 와셔(768)와 나사선 형성된 너트(772)에 의해 입력 샤프트(760) 상에 고정되고 유지된다. 볼 베어링 조립체(776)는 하우징(702) 내에 입력 플랜지(766)와 입력 샤프트(760)를 회전가능하게 지지한다. 입력 플랜지(766)와 하우징(702) 사이에 배치된 오일 실(778)은 그 사이에 적절한 유체 밀폐 실을 제공하며, 차동 구동 작동체(700) 내로 임의의 이물질이 유입하는 것을 차단한다. 평판 와셔(782)는 입력 플랜지(766)에 의해 축방향으로 제한되며, 쓰러스트 베어링(784)은 제 1 원형 캠 판(740)의 축위치를 유지한다. 제 2 쓰러스트 베어링(786)은 제 2 원형 캠 판(750)의 반대 쪽에 배치되며, 제 2 원형 캠 판(750)으로부터 환형 작동체 부재(790)로 축방향 쓰러스트와 움직임을 전달한다. 이 환형 작동체 부재(790)는 원형 평판 스프링이나 벨레빌 와셔(Belleville washer)(792)에 의하여 도 10에 도시된 바와 같이 좌측으로 치우쳐져 있다. 이 환형 작동체 부재(790)는 마찰 클러치 팩 조립체(800)에 압박을 가하는 원형 작용 판(794)과 맞물린다.
마찰 클러치 팩 조립체(800)는, 입력 샤프트(760)에 있는 복수의 수 스플라인(804)과 맞물리며 이와 함께 회전하는 내부 또는 암 스플라인을 구비하는 제 1 복수의 더 작은 직경의 클러치 판(802)을 포함한다. 제 1 복수의 마찰 클러치 판(802)에는 제 2 복수의 더 큰 직경의 마찰 클러치 판(806)이 끼워져있다. 두 마찰 클러치 판(802, 806)은 적어도 한 면에 적절한 마찰 클러치 재료를 포함한다. 제 2 복수의 더 큰 클러치 판(806)은 벨 형상의 출력 부재(810)의 내부면에 내부 또는 암 스플라인(808)과 맞물리는 외부 또는 수 스플라인을 포함한다. 출력 부재(810)는 피동(출력)부재(미도시)를 수용하여 이와 구동가능하게 맞물리는 내부, 암 스플라인(814)을 갖는 원형 개구(812)를 포함한다. 입력 샤프트(760)의 블라인드 개구(blind aperture)(818) 내에 수용된 롤러 베어링 조립체(816)는 피동 (출력) 부재의 적절한 사이즈를 갖는 말단 부분을 수용하며 자유로이 회전가능하게 지지한다. O 링(822)이 사용되어, 연관된 성분의 하우징(미도시)과 하우징(702) 사이에 유체 밀폐 실을 제공할 수 있다.
이제 도 12를 참조하면, 차동 구동 작동체의 제 2 추가적인 실시예가 도시되고 참조번호 830으로 지시되어 있다. 이 제 2 추가적인 실시예의 차동 구동 작동체(830)는 적절한 개구(836)에 배치되는 나사선 형성된 패스너(834)에 의해 서로 고정되고 조립될 수 있는 복수의 부품, 바람직하게는 주물 하우징(832)을 포함한다. 이 하우징(832)은 바람직하게는 차동 구동 작동체(830)의 여러 성분을 수용하고 회전가능하게 지지하며 장착부를 제공하는 여러 애퍼처, 그루브, 쇼울더, 대응 보어, 플랜지 등을 포함한다. 부분 마력의 양방향 전기 모터(840)는 하우징(832)에 적절히 고정되며, 복수의 전도체 케이블(842)을 통해 전기 에너지를 공급받는다. 양방향 전기 모터(840)는 그 외주면에 배치된 복수의 기어 치형부(848)를 갖는 구동 피니언(846)과 맞물리는 명확히 고정된 베인 또는 핀(845)을 갖는 출력 샤프트(844)를 포함한다. 구동 피니언(846)은 나일론과 같은 강하고 질긴 플라스틱으로 제조되는 것이 바람직하다. 이 구동 피니언(846)은 중간 또는 아이들러 기어(850)와 맞물리며 이 기어를 양방향으로 구동한다. 아이들러 기어(850)는 구동 피니언(846)에 있는 기어 치형부(848)와 상보적으로 형성되고 이 기어 치형부(848)에 맞물려 구동되는 기어 치형부(854)를 갖는 외주면 금속 환형 기어(852)를 포함한다. 아이들러 기어(850)는 대문자 "I 또는 H" 형상의 단면을 갖는 내부 환형 부재(856)를 또한 포함한다. 내부 환형 부재(856)는 하우징(832) 내에 지지되는 스터브 샤프트(860)를 자유로이 회전가능하게 수용하는 통로(858)를 통과하는 중심을 한정한다. 아이들러 기어(850)의 2개의 성분은 환형 기어(852)의 내부면과 내부 부재(856)의 외부면에 형성된 정렬된 반원형 채널 내에 수용되는 스냅 링(862)에 의해 서로 고정된다.
아이들러 기어(850)의 기어 치형부(854)는 복수의 외주면 기어 치형부(868)를 갖는 제 1 원형 부재 또는 기어(866)와, 다른 개수의 외주면 기어 치형부(874)를 갖는 인접한 제 2 원형 부재 또는 기어(872)와 모두 맞물린다. 다른 실시예에서와 같이, 제 1 기어(866)와 제 2 기어(872) 위의 치형부의 개수의 차이는 약 100 내지 200개의 기어 치형부가 있는 경우 바람직하게는 일(1)이다. 치형부가 매우 작기 때문에, 이 기어가 상대적으로 크기 때문에, 또는 치형부가 매우 작으면서 기어가 상대적으로 크기 때문에, 기어 치형부가 상당히 더 많이 있는 경우에는, 2개의 기어(866, 872) 사이의 기어 치형부의 개수의 차이는 전술된 바와 같이 2개, 3개, 4개 또는 그 보다 더 큰 수일 수 있다.
캠 종동부 암(cam follower arm)(876)은 제 1 기어(866)로부터 제 2 기어(872) 쪽으로 축방향 연장하여 캠 종동부(878)에서 종료한다. 제 2 기어(872)는, 균일한 상승이나 하강으로 이루어지거나, 복수의 휴지(dwell)와 상승 및 하강 영역 을 포함하거나 또는 도시된 바와 같이 매우 불규칙한 프로파일을 가질 수 있는 캠 프로파일이나 트랙(882)을 갖는 캠(880)을 포함한다. 캠 트랙(882)의 프로파일이 어떤 것이든 간에, 제 1 및 제 2 기어(866, 872)가 회전함에 따라, 이들 기어 사이의 상대적 회전으로 인해 캠 종동부(878)는 캠 트랙(882)을 따라 전진하여 제 1 기어(866)와 캠 종동부 암(876)을 축방향으로 병진이동시킨다는 것을 알 수 있을 것이다.
제 2 기어(872)는 바람직하게는 적절히 테이퍼진 롤러 베어링(888) 내에 회전가능하게 수용된 일단을 갖는 샤프트(886)에 고정된다. 회전하면서 축방향으로 병진이동하는 제 1 기어(866)는 롤러 베어링 조립체(894) 내에 지지되는 스터브 샤프트(892)에 고정되며, 이 롤러 베어링 조립체는 다시 선형 출력 샤프트(900) 내에 지지된다. 스터브 샤프트(892)의 타단은 샤프트(886)에서 적절한 대응 보어(미도시) 내에 끼워지고 안착될 수 있다. 출력 샤프트(900)와 제 1 기어(866) 사이에는 쓰러스트 베어링 조립체(902)가 존재하며 출력 샤프트(900)와 정지 하우징(832) 사이에는 볼 베어링 조립체(904)가 존재한다. 원한다면, 캠 종동부(878)가 캠을 하강시키고 제 1 기어(866)가 도 12에 도시된 바와 같이 우측으로 이동할 때, 압박 또는 복귀 스프링(906)을 사용하여 선형 출력 샤프트(900)를 작동체 하우징(832) 내로 확실히 수축시키거나 복귀시킬 수 있다.
이제 도 13, 도 14, 도 15를 참조하면, 차동 구동 작동체의 세 번째 추가적인 실시예가 도시되고 참조 번호 920으로 지시되어 있다. 세 번째 추가적인 실시예의 차동 구동 작동체(920)는 적절한 개구(836')에 배치된 나사선 형성된 패스너 (834')에 의해 서로 고정되고 조립될 수 있는 복수의 부품, 바람직하게는 주물 하우징(832')을 포함한다. 이 하우징(832')은 바람직하게는 작동체(920)의 여러 성분을 수용하고 회전가능하게 지지하며 장착부를 제공하는 여러 애퍼처, 쇼울더, 대응 보어, 플랜지 등을 포함한다. 부분 마력의 양방향 전기 모터(840')는 하우징(832')에 적절히 고정되며, 복수의 전도체 케이블(842')을 통해 전기 에너지를 공급받는다. 양방향 전기 모터(840')는 외주면에 배치된 복수의 기어 치형부(848')를 구비하는 구동 피니언(846')과 맞물려 이를 구동하는 명확히 고정된 핀 또는 베인(845')을 갖는 출력 샤프트(844')를 포함한다. 구동 피니언(846')은 바람직하게는 나일론과 같은 강하고 질긴 플라스틱으로 제조된다. 구동 피니언(846')은 중간 또는 아이들러 기어(850')와 맞물려 이를 양방향으로 구동한다. 아이들러 기어(850')는 구동 피니언(846')에 있는 기어 치형부(848')와 상보적으로 형성되고 이 기어 치형부(848')에 의해 맞물려 구동되는 기어 치형부(854')를 갖는 외주면 금속 환형 기어(852')를 포함한다. 아이들러 기어(850')는 또한 대문자 "I 또는 H" 형상의 단면을 갖는 내부 환형 부재(856)를 포함한다. 이 내부 환형 부재(856')는 하우징(832') 내에 지지되는 스터브 샤프트(860')를 자유로이 회전가능하게 수용하는 통로(858')를 통과하는 중심을 한정한다. 아이들러 기어(850')의 2개의 성분은 환형 기어(852')의 내부면과 내부 부재(856')의 외부면에 형성된 정렬된 반원형 채널 내에 수용되는 스냅 링(862')에 의해 서로 고정된다.
이 세 번째 추가적인 실시예의 차동 구동 작동체(920)는 또한 양방향 선형 이동 작동체 조립체(930)를 포함한다. 이 선형 이동 작동체 조립체(930)는 복수의 외주면 치형부(934)를 갖는 제 1 원형 부재 또는 스퍼 기어(932)를 포함한다.
제 1 기어 또는 원형 부재(932)는 복수의 바람직하게는 4개의 축방향으로 그리고 반경방향으로 내부쪽으로 연장하는 균일하게 이격되어 있는 키(key)(938)를 포함하는 중심 원형의 매끄러운 벽면으로 된 애퍼처(936)를 한정한다. 이 매끄러운 벽면으로 된 애퍼처(936)는 외주면에 균일하게 이격되어 있는 복수의 바람직하게는 4개의 키 구멍(keyway)(942)을 갖는 나사선 형성된 샤프트 또는 리드 스크류(940)를 수용한다. 키 구멍(942)은 제 1 원형 부재(932) 내에 형성된 키(938)와 상보적으로 형성되며 이 키를 수용한다. 따라서, 리드 스크류(940)는 제 1 기어 또는 원형 부재(932)와 함께 회전한다. 따라서, 리드 스크류(940)는 제 1 원형 부재(932) 내에서 제 1 원형 부재(932)에 대해 축방향으로 자유로이 병진이동한다.
제 1 기어 또는 원형 부재(932)에 인접하게는, 그 외주면에 배치된 복수의 치형부(948)를 갖는 제 2 기어 또는 원형 부재 또는 기어(946)가 존재한다. 아이들러 기어(850')의 기어 치형부(854')는 복수의 외부 기어 치형부(934)를 갖는 제 1 기어 또는 원형 부재(932)와, 다른 개수의 복수의 외주면 기어 치형부(948)를 갖는 인접한 제 2 기어(946)와 모두 맞물린다. 제 1 원형 부재(932)에 있는 치형부의 개수는 제 2 원형 부재(946) 위의 치형부의 개수와 서로 달라, 공통 구동부로 두 원형 부재(932, 946)를 구동시키면, 원형 부재(932, 946) 사이에 속도 차가 발생하여 상대적 회전을 유발한다. 다시 한번, 치형부의 개수의 차가 일(1)인 것이 약 100 내지 200개의 치형부를 가지는 기어 또는 원형 부재(932, 946)에 적합한 것으로 밝혀졌지만, 이 치형부의 개수 사이의 차이가 더 크면 작동체 속도가 증가되고 배율 이 저감되어, 기어 또는 원형 부재(932, 946)가 상대적으로 큰 직경을 가지거나 또는 상대적으로 더 많은 개수의 치형부를 가질 때에 적합할 수 있다. 이러한 환경에서 2개의 기어(932, 946) 사이에 기어 치형부의 개수의 차이가 전술된 바와 같이 2개, 3개, 4개 또는 그 보다 많을 수도 있다.
제 2 원형 부재(946)는 나사선 형성된 샤프트(940) 위의 나사선과 상보적인 암 나사선(954)를 포함하는 관통 개구(952)를 포함한다. 3개의 쓰러스트 베어링(956)이 바람직하게는 각 원형 부재(932, 946)와 하우징(832') 사이에 배치된다. 제 1 및 제 2 원형 부재(932, 946)가 차동적으로 회전함에 따라, 나사선 형성된 샤프트나 리드 스크류(940)는 차동 회전을 받아, 이 차동 회전을 통해 그 축방향 병진이동을 유발한다. 리드스크류(940)가 축방향 이동을 하면서 상대적으로 빠르게 회전하는 한, 축방향 운동을 전달하지만, 베어링과 같은 회전 운동을 전달하지는 않는 조립체 내에 리드 스크류의 일단이나 양단을 배치하여, 전술된 도 12의 하부 부분에 도시된 스프링 조립체를 복귀시키는 것이 바람직할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
중간 또는 아이들러 기어(716, 850, 및 850')는 원하는 경우 제거될 수 있지만, 구동 피니언(710, 846, 846')이 가능한 경우 금속 기어로 대체될 수 있다는 것도 이해할 수 있을 것이다.
또한, 아이들러 기어(716, 850, 850')가 있거나 또는 없이, 구동 피니언(710, 846, 846'), 피동 캠 판(740, 750), 및 기어(732 736, 866, 872)가 회전 속도의 감소(또는 증가)를 할 수 있도록 사이즈 조정되어, 출력 토크와 힘을 증가(또 는 감소)시키지만 동작 속도(응답 시간)를 감소(또는 증가)시킬 수 있다는 것도 이해할 수 있을 것이다.
나아가, 전기 모터에 대하여 전술되었지만, 본 발명은, 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있는, 공기 압력, 예를 들어, 베인, 모터와, 유압 모터와도 동일하게 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
전술된 내용은 본 발명을 실시하기 위해 본 발명자에 의해 고안된 최상의 실시 형태이다. 그러나, 이 기술 분야에 숙련된 자라면 모터로 구동되는 볼 경사 클러치의 여러 변형과 변경을 포함하는 디바이스도 자명하게 고안할 수 있을 것이라는 것은 명백하다. 따라서, 전술된 내용이 이 기술 분야에 숙련된 자가 본 발명을 실시가능하도록 의도되어 있는 한, 전술된 내용은 본 발명을 제한하는 것이 아니라 오히려 전술된 변형을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이며 그리고 본 발명은 이하 청구범위의 사상과 범위에 의해서만 제한되어야 할 것이다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 볼 경사, 캠 또는 나사선 형성된 부재와 협력하는 차동적으로 구동되는 회전 부재를 통해 축방향으로 이동되는 출력을 생성하는 등의 효과를 제공한다

Claims (26)

  1. 차동 구동 선형 작동체에 있어서,
    축 상에 회전하기 위해 배치되며 제 1 복수의 치형부(teeth)를 갖는 제 1 부재와,
    상기 축 상에 회전하기 위해 배치되며 상기 제 1 복수의 치형부와는 다른 개수의 제 2 복수의 치형부를 갖는 제 2 부재와,
    상기 제 1 및 제 2 부재의 차동 회전시 상기 축을 따라 운동하기 위해 상기 제 1 및 제 2 부재와 연관된 수단과,
    상기 제 1 및 제 2 부재를 차동적으로 회전시키기 위한 수단
    을 조합하여 포함하는, 차동 구동 선형 작동체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재를 차동적으로 회전시키기 위한 상기 수단은, 상기 제 1 및 제 2 부재를 작동가능하게 구동시키는 출력 피니언(pinion)을 구비하는 구동 모터(motor)를 포함하는, 차동 구동 선형 작동체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 출력 피니언과 상기 제 1 및 제 2 부재 사이에 배치된 아이들러 기어(idler gear)를 더 포함하는, 차동 구동 선형 작동체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재는 대향하는 경사진 리세스 (ramped recesses)와, 상기 리세스 내에 배치된 부하 전달 부재를 포함하는, 차동 구동 선형 작동체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 부하 전달 부재는 볼 베어링인, 차동 구동 선형 작동체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 회전가능한 제 1 및 제 2 부재는 대향하는 비스듬한 캠 표면을 더 구비하는, 차동 구동 선형 작동체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 축을 따라 운동하기 위한 상기 수단은 상기 제 1 및 제 2 부재 중 하나와 연관된 캠 트랙(cam track)과 상기 제 1 및 제 2 부재 중 다른 하나와 연관된 캠 종동부(cam follower)를 구비하는, 차동 구동 선형 작동체.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 캠 트랙은 연속적이고 360도 연장해 있는, 차동 구동 선형 작동체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 축을 따라 운동하기 위한 상기 수단은 상기 제 1 및 제 2 부재 중 하나와 함께 회전하기 위해 배치된 리드스크류(leadscrew)와, 상기 제 1 및 제 2 부재 중 다른 하나와 함께 회전하기 위해 배치되며 상기 리드스크류와 맞물리는 너트(nut)를 구비하는, 차동 구동 선형 작동체.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재 중 상기 하나는 키(key)를 포함하며, 상기 리드스크류는 상기 키에 상보적인 키 구멍(keyway)을 포함하는, 차동 구동 선형 작동체.
  11. 선형 작동체에 있어서,
    축 상에서 회전하기 위해 배치되며 제 1 복수의 치형부를 구비하는 제 1 원형 부재와,
    상기 제 1 복수의 치형부와는 다른 개수의 제 2 복수의 치형부를 구비하는 제 2 원형 부재와,
    상기 제 1 및 제 2 부재의 차동 회전시 선형 운동하기 위해 상기 제 1 및 상기 제 2 원형 부재와 연관된 수단과,
    상기 제 1 및 제 2 부재를 양방향으로 회전시키기 위한 구동 모터
    를 조합하여 포함하는, 선형 작동체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 양방향으로 회전시키는 모터는 상기 제 1 및 상기 제 2 원형 부재를 작동 가능하게 구동시키는 출력 피니언을 포함하는, 선형 작동체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 출력 피니언과 상기 제 1 및 제 2 부재 사이에 배 치된 아이들러 기어를 더 포함하는, 선형 작동체.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부재는 대향하는 경사진 리세스와 상기 리세스 내에 배치된 부하 전달 부재를 포함하는, 선형 작동체.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 부하 전달 부재는 볼 베어링인, 선형 작동체.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 회전가능한 제 1 및 제 2 부재는 대향하는 비스듬한 캠 표면을 더 포함하는, 선형 작동체.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 축을 따라 운동하기 위한 상기 수단은 상기 제 1 및 제 2 부재 중 하나와 연관된 캠 트랙과, 상기 제 1 및 제 2 부재 중 다른 하나와 연관된 캠 종동부를 포함하는, 선형 작동체.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 캠 트랙은 연속적이고 약 360도 연장해 있는, 선형 작동체.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 축을 따라 운동하기 위한 상기 수단은 상기 제 1 및 제 2 부재 중 하나와 함께 회전하기 위해 배치된 리드스크류와, 상기 제 1 및 제 2 부재 중 다른 하나와 함께 회전하기 위해 배치되며 상기 리드스크류와 맞물리 는 너트를 포함하는, 선형 작동체.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 축을 따라 운동하기 위한 상기 수단은 상기 제 1 및 제 2 부재 중 하나와 함께 회전하기 위해 배치된 리드스크류와, 상기 제 1 및 제 2 부재 중 다른 하나와 함께 회전하기 위해 배치되며 상기 리드스크류와 맞물리는 너트를 포함하는, 선형 작동체.
  21. 차동 구동 작동체에 있어서,
    축 상에 배치되며 제 1 복수의 치형부를 갖는 제 1 회전가능한 부재와,
    상기 제 1 회전가능한 부재와 인접한 상기 축 상에 배치되며 상기 제 1 복수의 치형부와는 다른 개수의 제 2 복수의 치형부를 갖는 제 2 회전가능한 부재와,
    상기 제 1 및 제 2 회전가능한 부재의 차동 회전시 상기 축을 따라 운동하기 위해 상기 제 1 및 제 2 회전가능한 부재와 연관된 수단과,
    상기 제 1 및 제 2 부재를 차동적으로 및 양방향으로 회전시키기 위한 수단
    을 조합하여 포함하는, 차동 구동 선형 작동체.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 회전가능한 부재를 차동적으로 회전시키기 위한 상기 수단은 상기 제 1 및 제 2 회전가능한 부재를 공통적으로 회전시키도록 적응된 출력 피니언을 갖는 구동 모터를 포함하는, 차동 구동 선형 작동체.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 출력 피니언과 상기 제 1 및 제 2 회전가능한 부재 사이에 배치된 아이들러 기어를 더 포함하는, 차동 구동 선형 작동체.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 회전가능한 부재는 대향하는 경사진 리세스와, 상기 리세스 내에 배치된 부하 전달 부재를 포함하는, 차동 구동 선형 작동체.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 축을 따라 운동하기 위한 상기 수단은, 상기 제 1 및 제 2 회전가능한 부재 중 하나와 연관된 캠 트랙과, 상기 제 1 및 제 2 회전가능한 부재 중 다른 하나와 연관된 캠 종동부를 포함하는, 차동 구동 선형 작동체.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 축을 따라 운동하기 위한 상기 수단은, 상기 제 1 및 제 2 회전가능한 부재 중 하나와 함께 회전하기 위해 배치된 리드스크류와, 상기 제 1 및 제 2 회전가능한 부재 중 다른 하나와 함께 회전하기 위해 배치되며 상기 리드스크류와 맞물리는 너트를 포함하는, 차동 구동 선형 작동체.
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