KR20060071280A - Apparatus for limiting differential gear using electromagnet - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량의 차동 케이스 내에 전자석을 설치하고 필요한 경우에 상기 전자석에 전류를 공급하여 차동 케이스 내의 마찰력을 증가시킴으로써 보다 효과적으로 차동장치를 제한할 수 있도록 한 전자석을 이용한 차동제한장치를 마련하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a differential limiting device using an electromagnet which can effectively limit the differential device by installing an electromagnet in a differential case of a vehicle and supplying a current to the electromagnet as necessary to increase the frictional force in the differential case. There is this.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자석을 이용한 차동제한장치는, 엔진과 연결된 구동 피니언이 차동 케이스와 일체로 설치된 링 기어와 맞물리고, 상기 차동 케이스의 내부에는 일정한 거리를 두고 한 쌍의 차동 피니언이 회전 가능하게 설치되며, 상기 차동 피니언의 좌우에는 한 쌍의 사이드 기어가 맞물리고, 상기 한 쌍의 사이드 기어는 양쪽 구동바퀴와 연결된 추진축에 각각 스플라인 결합되며, 상기 사이드 기어의 뒷면과 상기 차동 케이스의 내면 사이에는 씸이 내장된 차동제한장치에 있어서, 상기 한 쌍의 사이드 기어 앞면에는 전자석이 상호 대면하도록 설치되고, 상기 전자석은 차량의 배터리로부터 공급되는 전류에 의해 상호 척력이 작용하여 상기 사이드 기어의 뒷면이 씸을 매개로 차동 케이스의 내면에 밀착되도록 구성된다.Differential limiting apparatus using an electromagnet according to the present invention for achieving the above object, the drive pinion connected to the engine is engaged with a ring gear installed integrally with the differential case, a pair of a predetermined distance inside the differential case. A differential pinion is rotatably installed, and a pair of side gears are engaged with left and right sides of the differential pinion, and the pair of side gears are splined to propulsion shafts connected to both driving wheels, respectively. In the differential limiting device having a built-in shock between the inner surfaces of the differential case, the front of the pair of side gears are installed so that the electromagnets face each other, the electromagnets are mutually repulsive by the current supplied from the battery of the vehicle The rear side of the side gear is designed to be in close contact with the inner surface of the differential case All.
차동장치, 전자석, 배터리, 전류 제어기, 전류 공급기Differential Device, Electromagnet, Battery, Current Controller, Current Supply
Description
도1은 일반적인 차동장치를 도시한 정면도.1 is a front view showing a typical differential device.
도2는 일반적인 차동장치를 도시한 개략도.2 is a schematic diagram showing a general differential device;
도3은 본 발명에 따른 차동제한장치를 도시한 개략도.Figure 3 is a schematic diagram showing a differential limiting device according to the present invention.
도4는 본 발명에 따른 차동제한장치의 작동상태도.Figure 4 is an operating state of the differential limiting device according to the present invention.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of symbols about main part of drawing ※
1: 엔진 2: 변속기1: engine 2: transmission
3: 구동 피니언 4: 링 기어3: driven pinion 4: ring gear
5: 추진축 6: 구동바퀴5: propulsion shaft 6: drive wheel
10: 차동 케이스 11: 피니언 샤프트10: differential case 11: pinion shaft
12: 차동 피니언 13: 사이드 기어12: differential pinion 13: side gear
14: 씸(shim) 20: 전자석14: shim 20: electromagnet
21: 전류 공급기 22: 전류 제어기21: current supply 22: current controller
23: 배터리 23: battery
본 발명은 전자석을 이용한 차동제한장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 차동 케이스 내에 전자석을 설치하고 필요한 경우에 상기 전자석에 전류를 공급하여 차동 케이스 내의 마찰력을 증가시킴으로써 차동장치를 제한할 수 있도록 마련된 전자석을 이용한 차동제한장치에 관한 것이다.The present invention relates to a differential limiting apparatus using an electromagnet, and more particularly, by installing an electromagnet in a differential case of a vehicle and supplying a current to the electromagnet as necessary to increase the frictional force in the differential case so as to limit the differential apparatus. It relates to a differential limiting device using the provided electromagnet.
엔진에서 발생한 동력을 구동바퀴로 전달하는 장치로서 클러치(clutch), 변속기(transmission), 차동장치(differential gear), 추진축(drive shaft) 등이 있으며, 이 중에서 차동장치는 차량이 회전할 때 안쪽과 바깥쪽 바퀴의 회전수를 다르게 하여 회전이 원활하게 이루어질 수 있도록 해주는 장치이다. As a device that transmits the power generated by the engine to the drive wheels, there are a clutch, a transmission, a differential gear, and a drive shaft, among which the differential is connected to the inside when the vehicle rotates. It is a device that makes the rotation smoothly by changing the number of rotation of the outer wheel.
차량이 주행할 때에는 일직선상의 코스를 주행할 뿐만 아니라 좌나 우로 선회운동을 한다. 좌우 바퀴가 하나의 축으로 결합되어 있으면 선회할 때 바깥쪽 바퀴의 이동거리가 안쪽 바퀴의 이동거리보다 더 크다. 따라서 바퀴와 노면 상의 미끄러짐이 없다고 가정하면 바깥쪽 바퀴가 안쪽 바퀴보다 더 많이 회전하여 비틀림이 생기게 된다. 이 비틀림을 없게 하려면 추진축을 좌우 둘로 나누어 방향 변환을 할 때 바깥쪽의 추진축이 안쪽 추진축보다 더 많이 회전하는 기구를 만들어야 하는데, 이 기구가 차동장치인 것이다.When the vehicle is traveling, it not only travels in a straight course, but also turns left and right. If the left and right wheels are combined in one axle, the outer wheel travels more than the inner wheels when turning. Therefore, assuming that there are no slips on the wheels and the road surface, the outer wheels rotate more than the inner wheels, causing torsion. To eliminate this torsion, the propulsion shaft should be divided into two left and right to make a mechanism in which the outer propulsion shaft rotates more than the inner propulsion shaft when changing direction. This mechanism is a differential device.
도1 및 도2를 참조로 일반적인 차동장치의 구조 및 작동방식을 설명한다. 먼저, 엔진(1) 및 변속기(2)와 연결된 구동 피니언(3)이 차동 케이스(10)의 일측에 설치된 링 기어(4)와 맞물려진다. 차동 케이스(10)의 내부에는 회전 가능하게 장착된 피니언 샤프트(11) 상에 상하로 일정한 거리를 두고 한 쌍의 차동 피니언(12)이 설치되고 이 차동 피니언(12)의 좌우에는 한 쌍의 사이드 기어(13)가 베벨 형태로 맞물린다. 상기 사이드 기어(13)의 중심부는 양쪽 구동바퀴(6)와 연결된 추진축(5)에 각각 스플라인 결합된다. 차동 케이스(10)와 링 기어(4)는 일체로 되어 있어 엔진(1)에서 발생한 동력이 구동 피니언(3), 링 기어(4), 차동 케이스(10), 차동 피니언(12), 사이드 기어(13), 추진축(5) 및 구동바퀴(6)의 순서로 전달된다.1 and 2 will be described the structure and operation of the general differential device. First, the
상기와 같이 구성된 차동장치의 작동방식을 간단히 설명하면, 차량이 직선 주행을 할 때에는 구동 피니언(3)이 회전될 때 차동 피니언(12)은 회전되지 않고 좌우의 사이드 기어(13)만 구동 피니언(3) 및 차동 케이스(10)와 일체로 회전된다. 반면 차량이 곡선 주행을 할 때에는 좌우의 구동바퀴(6) 중 어느 한쪽에 큰 저항력이 작용하게 되고 이 때 차동 피니언(12)은 피니언 샤프트(11)를 중심으로 자전함과 동시에 추진축(5)의 둘레를 공전 운동을 계속하게 되어 사이드 기어(13)의 회전속도가 달라지도록 함으로써 차량이 원활하게 선회할 수 있게 된다.Briefly describing the operation of the differential device configured as described above, when the driving
이상에서 설명한 차동장치는 곡선 주행시에 반드시 필요한 장치인 반면에, 주행 중 한쪽 바퀴가 수렁에 빠졌을 경우 거의 마찰저항을 받지 않기 때문에 차동장치가 작동하게 되면 노면 쪽의 바퀴에는 동력이 전달되지 않고 수렁에 빠진 바퀴만 공회전하게 되어 주행을 할 수 없게 된다. 이 때 차동장치를 멈추게 하면 쉽게 수렁을 탈출할 수 있으며 이를 위해 각 차량에는 차동제한장치(LSD, Limited Slip Differential)가 설치된다. 이러한 차동제한장치로서 도2에서 보는 바와 같이 상기 사이드 기어(13) 뒷면과 차동 케이스(10)의 내면 사이에는 씸(14)이 내장된다. 차동 피니언(12)과 사이드 기어(13)가 맞물릴 때 사이드 기어(13)를 미는 힘이 동시 에 발생하여 씸(14)을 사이에 두고 사이드 기어(13)의 뒷면과 차동 케이스(10) 내면 사이에 마찰(디프 내부 마찰력)이 일어나 좌우 바퀴의 토크 변화를 가져온다.While the above-mentioned differential device is essential for curve driving, when one wheel falls into a bog while driving, almost no frictional resistance is applied, so when the differential is activated, no power is transmitted to the wheel on the road side. Only the missing wheel will run idle and you will not be able to drive. At this time, if you stop the differential, you can easily escape the quake. To this end, each vehicle is equipped with a limited slip differential (LSD). As shown in FIG. 2, the differential limiting device includes a
그러나, 이러한 차동제한장치가 가지는 디프 내부마찰력은 극히 작아서 한쪽 바퀴가 작은 수렁에 빠졌을 때 겨우 빠져나올 수 있는 정도밖에 되지 않는다. 따라서, 상기한 디프 내부마찰력을 증가시켜 차량의 차동제한능력을 향상시킬 수 있는 장치의 개발이 요구되고 있다.However, the deep internal frictional force of this differential limiting device is so small that it can only be released when one wheel falls into a small bog. Therefore, there is a demand for the development of a device capable of improving the differential limiting capability of the vehicle by increasing the internal frictional force described above.
본 발명은 요구를 충족시키기 위하여 제안된 것으로, 차량의 차동 케이스 내의 추진축 상에 전자석을 설치하고 차동 제한이 필요한 경우에 상기 전자석에 전류를 공급하여 디프 내부마찰력을 증가시킴으로써 차량의 직진안정성, 선회안정성을 향상시킬 수 있는 차동제한장치를 마련하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to meet the demands, by providing an electromagnet on the propulsion shaft in the differential case of the vehicle, when the differential restriction is required by supplying a current to the electromagnet to increase the internal frictional force of the vehicle, stability of the stability The purpose is to provide a differential limiting device that can improve the performance of the system.
또한, 상기 전자석에 공급되는 전류의 양을 제어하여 디프 내부마찰력의 크기를 조절함으로써 보다 정밀하게 차동제한을 제어 할 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, it is another object to control the differential limit more precisely by controlling the amount of internal frictional force by controlling the amount of current supplied to the electromagnet.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자석을 이용한 차동제한장치는, 엔진과 연결된 구동 피니언이 차동 케이스와 일체로 설치된 링 기어와 맞물리고, 상기 차동 케이스의 내부에는 일정한 거리를 두고 한 쌍의 차동 피니언이 회전 가능하게 설치되며, 상기 차동 피니언의 좌우에는 한 쌍의 사이드 기어가 맞물리고, 상기 한 쌍의 사이드 기어는 양쪽 구동바퀴와 연결된 추진축에 각각 스플라인 결합되며, 상기 사이드 기어의 뒷면과 상기 차동 케이스의 내면 사이에는 씸이 내장된 차동제한장치에 있어서, 상기 한 쌍의 사이드 기어 앞면에는 전자석이 상호 대면하도록 설치되고, 상기 전자석은 차량의 배터리로부터 공급되는 전류에 의해 상호 척력이 작용하여 상기 사이드 기어의 뒷면이 씸을 매개로 차동 케이스의 내면에 밀착되도록 구성된다.Differential limiting apparatus using an electromagnet according to the present invention for achieving the above object, the drive pinion connected to the engine is engaged with a ring gear installed integrally with the differential case, a pair of a predetermined distance inside the differential case. A differential pinion is rotatably installed, and a pair of side gears are engaged with left and right sides of the differential pinion, and the pair of side gears are splined to propulsion shafts connected to both driving wheels, respectively. In the differential limiting device having a built-in shock between the inner surfaces of the differential case, the front of the pair of side gears are installed so that the electromagnets face each other, the electromagnets are mutually repulsive by the current supplied from the battery of the vehicle The rear side of the side gear is configured to be in close contact with the inner surface of the differential case through the 씸. The.
또한, 상기 전자석과 배터리를 연결하는 회로 상에는 전자석으로 공급되는 전류의 양을 제어할 수 있도록 전류 제어기가 설치된다.In addition, a current controller is installed on the circuit connecting the electromagnet and the battery to control the amount of current supplied to the electromagnet.
또한, 상기 전자석과 배터리를 연결하는 회로 상에는 슬립링 구조를 가지고 상기 추진축에 고정되는 전류 공급기가 설치된다.In addition, on the circuit connecting the electromagnet and the battery is provided a current supply having a slip ring structure and fixed to the propulsion shaft.
이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 전자석을 이용한 차동제한장치를 보다 상세히 설명한다. 도3은 본 발명에 따른 차동제한장치를 도시한 개략도이고, 도4는 그 작동상태도이다.Hereinafter, a differential limiting apparatus using an electromagnet according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 3 is a schematic diagram showing a differential limiting device according to the present invention, Figure 4 is an operating state diagram.
도3에서 보듯이, 본 발명에 따른 전자석을 이용한 차동제한장치는 엔진(1)과 연결된 구동 피니언(3)이 차동 케이스(10)와 일체로 설치된 링 기어(4)와 맞물리고, 상기 차동 케이스(10)의 내부에는 피니언 샤프트(11)가 회전 가능하게 상하로 설치되며, 이 피니언 샤프트(11) 상에는 일정한 거리를 두고 한 쌍의 차동 피니언(12)이 회전 가능하게 설치된다. 상기 차동 피니언(12)의 좌우에는 한 쌍의 사이드 기어(13)가 베벨 결합 형태로 맞물리고, 상기 한 쌍의 사이드 기어(13)는 양쪽 구동바퀴(6)와 연결된 추진축(5)에 각각 스플라인 결합된다. As shown in FIG. 3, the differential limiting apparatus using an electromagnet according to the present invention engages with a
상기 사이드 기어(13)의 뒷면과 상기 차동 케이스(10)의 내면 사이에 씸(14) 이 내장되고, 이 씸(14)은 상기 차동 피니언(12)에 의해 사이드 기어(13)가 맞물려 회전될 때 그 미는 힘에 의해 사이드 기어(13)의 뒷면과 차동 케이스(10)의 내면에 마찰이 일어나게 해준다. 이상과 같은 구성은 도1 및 도3을 참조로 상기한 종래의 차동제한장치와 동일하다.A
본 발명에 따르면 상기 한 쌍의 사이드 기어(13) 앞면에 전자석(20)이 상호 대면하도록 설치된다. 이 전자석(20)에는 차량의 배터리(23)와 연결되고, 코일이 서로 반대 방향으로 감겨져 있어 상기 배터리(23)로부터 전류가 공급되면 플레밍의 오른손 법칙에 따라 상호 척력이 작용하도록 구성된다. 이 척력은 종래에 상기 차동 피니언(12)이 사이드 기어(13)와 맞물릴 때 생기는 미는 힘과 합해져 사이드 기어(13)의 뒷면에 내장된 씸(14)이 차동 케이스(10)의 내면에 더욱 밀착되도록 해준다. According to the present invention, the
한편, 상기 전자석(20)과 배터리(23)를 연결하는 회로 상에는 전자석(20)으로 공급되는 전류의 양을 제어할 수 있도록 전류 제어기(22)가 설치되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 차동을 제한할 필요가 있는 경우에도 양 구동바퀴의 마찰저항 차이의 크기에 따라 차동을 제한하는 정도, 다시 말해 상기 씸(14)을 매개로 사이드 기어(13)의 뒷면과 차동 케이스(10)의 내면 사이에 발생하는 디프 내부마찰력의 크기를 조절할 필요가 있기 때문이다. On the other hand, the
예컨대, 수렁에 빠진 바퀴가 노면으로부터 완전히 들어올려져 노면과의 마찰저항이 전혀 없는 경우에는 큰 디프 내부마찰력을 발생시켜야 하는 반면, 노면에 어느 정도 닿아서 마찰저항이 있는 경우에는 작은 디프 내부마찰력을 필요로 한다. 전자석(20)은 공급되는 전류의 양에 따라 상호간에 작용하는 척력도 달라지므로 이를 조절함으로써 디프 내부마찰력을 제어할 수 있다. 이러한 기능을 수행하는 전류 제어기(22)는 일 예로서 각 구동바퀴(6)로부터 입력되는 정보에 따라 기존에 전자제어유닛(ECU) 또는 별도로 장착된 컨트롤 유닛에 의해 전달되는 제어신호에 의해 내부 저항값이 변화되는 가변저항일 수 있다.For example, if the bogged wheels are completely lifted from the road surface and there is no frictional resistance with the road surface, a large deep internal friction force must be generated, whereas if there is friction resistance due to some contact with the road surface, a small deep internal friction force is required. Shall be. The
한편, 상기 전자석(20)과 배터리(23)를 연결하는 회로 상에는 전류 공급기(21)도 설치될 수 있다. 이 전류 공급기(21)는 슬립링 구조를 가지고 상기 추진축(5)에 고정되고 추진축(5)의 내부 중심을 관통하여 전자석(20)까지 연결된다. 슬립링은 단자가 미끄러지면서 접촉하므로 회전체에도 계속하여 전기를 공급할 수 있도록 해준다. 따라서, 슬립링 구조를 가진 전류 공급기(21)는 배터리(23)와 연결되는 선이 회전체인 추진축(5)에 의해 꼬이지 않고 계속하여 전기를 공급할 수 있도록 해준다. On the other hand, the
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 차동제한장치는 다음과 같이 작동된다. 도4에서 보듯이 배터리로부터 전류 제어기, 전류 공급기 등을 거쳐 전자석(20)에 전류가 공급되면, 대면하고 있던 전자석(20)에 각각 A방향으로 전류가 공급되므로 플레밍의 오른손 법칙에 의해 발생되는 자기장의 방향이 반대가 된다. 따라서 상호 대면하는 쪽에 동일한 극성이 유도되고 그 결과 B방향으로의 척력이 작용하게 된다. 이는 각각 사이드 기어(13)를 차동 케이스의 내면 쪽으로 밀어내게 되고, 결국 그 사이에 내장된 씸(14)을 매개로 사이드 기어(13)의 뒷면과 차동 케이스의 내면이 밀착되어 디프 내부마찰력이 증가하게 되는 것이다.
The differential limiting device according to the present invention configured as described above operates as follows. As shown in FIG. 4, when a current is supplied from the battery to the
종래의 차동제한장치의 경우, 중대형 차량의 기준으로 했을 때 디프 내부마찰력의 크기는 입력 조건에 따라 약간의 차이는 있겠지만, 100km/H로 아스팔트 노면 위를 주행하기 위해 구동할 경우 엔진 입력 토오크는 약 80∼90Nm 정도이고, 이 때 디프 내부마찰력은 약 15Nm 정도이다. 이 정도 내부 마찰력만으로는 직진주행 시에 요철에 의해 바퀴로부터 조그만한 외란이 오더라도 차동장치가 작동하게 되어 차량이 요철방향으로 진동을 일으키게 되므로 차량의 직진주행성이 저하된다.In the case of the conventional differential limiter, the size of the deep internal frictional force may vary slightly depending on the input conditions when used as a reference for medium and large vehicles, but the engine input torque is about 100 km / H when driving to drive on the asphalt road surface. It is about 80 to 90 Nm, and the deep internal friction is about 15 Nm. Even if the internal frictional force is such a slight disturbance from the wheels due to the unevenness during straight driving, the differential device is operated, causing the vehicle to vibrate in the uneven direction.
반면, 전자석을 이용하여 디프 내부마찰력을 증가시킨 경우에는 30∼50Nm 정도의 디프 내부마찰력을 생성시킬 수 있다. 이 정도의 내부마찰력이면 100km/H의 속도로 눈덮인 아스팔트 노면 위를 주행하였을 때 바퀴로부터 들어오는 외력들을 대부분 흡수할 수 있다. 또한, 전자석을 이용하여 디프 내부마찰력을 증가시킨 경우에는 구동 엔진 입력 토오크가 없어도 상시 일정한 내부마찰력을 발생시켜주므로 구동 입력이 없는 경우에 작은 요철로 등에서의 직진안정성이 향상된다. On the other hand, when the deep internal frictional force is increased by using an electromagnet, the deep internal frictional force of about 30 to 50 Nm may be generated. This level of internal friction can absorb most of the external forces coming from the wheels when driving on snow-covered asphalt roads at 100 km / H. In addition, when the internal frictional power is increased by using an electromagnet, constant internal frictional power is generated even without a driving engine input torque, so that linear stability in a small uneven furnace is improved when there is no driving input.
한편, 곡선 주행시에도 디프 내부마찰력이 증가하면 선회방향 안쪽의 바퀴에 내부 마찰력만큼의 구동력이 추가되므로 차량을 보다 언더 스티어쪽으로 향하게 하고 그 결과 선회안정성이 향상된다.On the other hand, even when driving on the curve, if the internal frictional force increases, the driving force is added to the wheels in the turning direction as much as the internal frictional force, so that the vehicle is directed toward the understeer and the turning stability is improved as a result.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자석을 이용한 차동제한장치에 의하면, 엔진의 구동입력에 관계없이 차동케이스 내의 디프 내부마찰력을 증가시켜 주므로 차량의 직진안정성, 선회안정성을 더욱 향상시켜줄 수 있다.As described above, according to the differential limiting apparatus using the electromagnet according to the present invention, since the internal frictional force in the differential case is increased regardless of the driving input of the engine, the linear stability and the turning stability of the vehicle can be further improved.
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2004
- 2004-12-21 KR KR1020040109812A patent/KR20060071280A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110145585A (en) * | 2019-05-16 | 2019-08-20 | 浙江长铃川豹摩托车有限公司 | A kind of motor tricycle with Novel differential gear |
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Legal Events
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