KR20130042568A - 토크 분배 구동 기구를 구비한 차축 조립체 - Google Patents

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KR20130042568A
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Abstract

차축 조립체(10)는 입력 부재(86), 제 1 유성 기어 세트(40), 차동 조립체(36) 및 제 2 유성 기어 세트(42)를 구비한다. 상기 제 1 유성 기어 세트는 상기 입력 부재에 의해 구동되는 제 1 변속기 입력을 갖는다. 상기 차동 조립체는 차동 캐리어(83)와, 상기 차동 캐리어에 수용되는 제 1 및 제 2 차동 출력 부재(16, 18)들을 갖는다. 상기 제 2 유성 기어 세트는 상기 차동 캐리어에 함께 회전하도록 커플링된 유성 캐리어(84)를 갖는다. 상기 제 1 유성 기어 세트의 태양 기어(50)는 상기 제 2 유성 기어 세트의 태양 기어(70)에 회전불가능하게 커플링된다.

Description

토크 분배 구동 기구를 구비한 차축 조립체{AXLE ASSEMBLY WITH TORQUE DISTRIBUTION DRIVE MECHANISM}
관련 출원에 대한 교차 참조
본원은 "토크 분배 구동 기구를 구비한 차축 조립체"라는 명칭으로 2011년 7월 13일자에 출원된 미국 특허 출원 번호 제13/182,153호, "토크 분배 구동 기구"라는 명칭으로 2010년 7월 14일자에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제61/364,072호, 및 "토크 분배 구동 기구"라는 명칭으로 2011년 3월 29일자에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제61/468,809호를 우선권 주장한다. 이 특허 출원들의 개시 사항들이 인용에 의해 본 명세서에 상세하게 개시된 바와 같이 통합되었다.
본 발명은 차축 조립체에 관한 것으로, 토크 분배 구동 기구를 가진 차량에 관한 것이다.
차량에서 언더스티어(understeer) 또는 오버스티어(oversteer) 슬라이드를 교정하거나 줄이기 위한 하나의 수단은 토크 벡터링 차동장치(TVD)이다. 통상적으로, TVD는 차륜의 속도와 무관하게 차량의 무게 중심을 중심으로 모멘트를 생성할 수 있는 전자 제어식 차동장치이며, 언더스티어 또는 오버스티어 슬라이드를 교정하거나 줄이기 위해 채용된다.
미국 특허 번호 제7,491,147호는 차동 기구의 양측에 배치된 한 쌍의 속도 제어 기구를 채용한 엔진 구동식 TVD를 개시하고 있다. 각각의 속도 제어 기구는 (스퍼(spur)) 기어 감속장치와 마찰 클러치를 포함한다. 상기 기어 감속장치는 차동 기구의 차동 케이스로부터의 회전력을 마찰 클러치로, 그리고, 마찰 클러치로부터 연관된 (차축) 출력 샤프트로 전달한다.
마찬가지로, 미국 특허 번호 제7,238,140호는 차동 기구의 양측에 배치된 한 쌍의 토크 전환기(diverter)를 채용한 엔진 구동식 TVD를 개시하고 있다. 각각의 토크 전환기는 기어 감속장치와 자분 브레이크를 포함한다. 상기 기어 감속장치는 차동 기구의 차동 케이스로부터의 회전력을 출력 부재에 전달하며, 상기 출력 부재는 연관된 차축 출력 샤프트에 함께 회전하도록 커플링되어 있다. 상기 자분 브레이크는 기어 감속장치의 출력 부재를 선택적으로 제동하도록 구성되어 있다.
미국 특허 출원 공개 번호 제2010/0323837호는 한 쌍의 유성 변속기, 전기 모터 및 상기 유성 변속기의 동작을 제어하는 슬리브를 가진 전기 구동식 TVD를 개시하고 있다. 상기 TVD는, 당해 TVD가 전기 모터에 의해 구동되는 개방 차동장치로서 구성되는 제 1 모드와, 당해 TVD가 토크 벡터링 출력을 생산하는 제 2 모드로 작동할 수 있다.
이러한 구성들이 하나의 차축 샤프트로부터 다른 차축 샤프트까지 차동 기구 전체에 걸쳐 회전력이 재할당될 수 있는 토크 벡터링 기능을 실행함에 있어서 효과적이기는 하지만, 그럼에도 불구하고, TVD들은 개선의 여지가 있다.
본 항목은 본 발명의 개요를 제공하며, 본 발명의 전체 범위 또는 그 특징들 모두를 포괄적으로 개시하지는 않는다.
일 양태에서, 본 사상(思想)은 입력 부재, 제 1 유성 기어 세트, 차동 조립체 및 제 2 유성 기어 세트를 구비한 차축 조립체를 제공한다. 상기 제 1 유성 기어 세트는 상기 입력 부재에 의해 구동되는 제 1 변속기 입력을 갖는다. 상기 차동 조립체는 차동 캐리어와, 상기 차동 캐리어에 수용되는 제 1 및 제 2 차동 출력 부재들을 갖는다. 상기 제 2 유성 기어 세트는 상기 차동 캐리어에 함께 회전하도록 커플링된 유성 캐리어를 갖는다. 상기 제 1 유성 기어 세트의 태양 기어는 상기 제 2 유성 기어 세트의 태양 기어에 회전불가능하게 커플링된다.
다른 양태에서, 본 사상은 입력 부재, 제 1 유성 기어 세트, 차동 조립체 및 제 2 유성 기어 세트를 구비한 차축 조립체를 제공한다. 상기 제 1 유성 기어 세트는 제 1 변속기 입력, 제 1 태양 기어, 제 1 링 기어, 복수의 제 1 유성 기어들 및 제 1 유성 캐리어를 갖는다. 상기 제 1 변속기 입력은 상기 입력 부재에 의해 구동된다. 상기 제 1 유성 기어들은 상기 제 1 태양 기어와 상기 제 1 링 기어에 대해 망상으로(meshingly) 결합된다. 상기 제 1 유성 캐리어는 상기 제 1 유성 기어들을 회전하도록 지지한다. 상기 차동 조립체는 차동 캐리어와, 상기 차동 캐리어에 수용되는 제 1 및 제 2 출력 부재들을 갖는다. 상기 제 2 유성 기어 세트는 상기 차동 캐리어에 함께 회전하도록 커플링된 제 2 유성 캐리어를 갖는다. 상기 입력 부재, 상기 제 1 유성 기어 세트 및 상기 제 2 유성 기어 세트는 상기 차동 캐리어의 공통 축 단부에 배치된다. 상기 차축 조립체는 상기 제 1 및 제 2 유성 캐리어들이 서로로부터 회전가능하게 디커플링되는 모드로 작동가능하다.
상기 제 1 유성 기어 세트는 상기 입력 부재에 의해 구동되는 제 1 변속기 입력을 갖는다. 상기 차동 조립체는 차동 캐리어와, 상기 차동 캐리어에 수용되는 제 1 및 제 2 출력 부재들을 갖는다. 상기 제 2 유성 기어 세트는 함께 회전하도록 상기 차동 캐리어에 커플링된 유성 캐리어를 갖는다. 상기 입력 부재, 상기 제 1 유성 기어 세트 및 상기 제 2 유성 기어 세트는 상기 차동 캐리어의 공통 축 단부에 배치된다.
다른 양태에서, 본 사상은, 모터, 상기 모터에 의해 구동되는 입력 부재, 차동 조립체, 변속기 및 이동식 요소(shiftable element)를 구비한 차축 조립체를 제공한다. 상기 차동 조립체는 차동 캐리어와, 상기 차동 캐리어에 수용되는 제 1 및 제 2 차동 출력들을 갖는다. 상기 변속기는 상기 입력 부재로부터의 회전력을 수취한다. 상기 이동식 요소는 제 1 위치와 제 2 위치 사이를 축방향으로 이동가능하다. 상기 이동식 요소가 제 1 위치에 배치되면, 상기 변속기가 상기 차동 조립체에 커플링되어 토크 벡터링 모드를 확립하게 되며, 상기 토크 벡터링 모드에서는 상기 변속기가 상기 제 1 및 제 2 차동 출력들에 대해 동등하지만 방향은 반대인 토크를 인가한다. 상기 이동식 요소가 제 2 위치에 배치되면, 상기 변속기가 상기 차동 조립체에 커플링되어 상기 차동 캐리어를 직접 구동하게 된다.
또 다른 양태에서, 본 사상은 적어도 2개의 모드들 사이에서 전환가능한(switchable) 기구의 일부분을 선형으로 변위시키기 위한 액추에이터를 제공한다. 상기 액추에이터는 구동 부재에 작동가능하게(operably) 커플링되도록 배열된 입력 부재, 스위치에 작동가능하게 커플링되도록 배열된 출력 부재, 및 상기 구동 부재의 회전 운동을 상기 스위치의 선형 운동으로 변환하는 변환 부재를 포함한다. 상기 변환 부재는 캠의 주연부의 적어도 일부분을 따라 연장하는 캠 그루브를 가진 원통형 캠과, 상기 캠 그루브 내에서 이동하도록 배열된 캠 종동체를 포함한다. 상기 캠은 상기 입력 부재에 작동가능하게 커플링되고, 상기 캠 종동체는 상기 출력 부재에 작동가능하게 커플링된다. 상기 그루브는, 상기 캠의 종축에 대해 수직한 횡단면(transverse plane)에 대해 평행하게 연장하는 제 1 그루브 부분과, 상기 횡단면에 대해 평행하게 연장하는 제 2 그루브 부분, 및 상기 제 1 및 제 2 그루브 부분들 사이에서 연장하고 상기 횡단면에 대해 0°를 초과하는 각도를 형성하며 상기 캠의 주연부를 따르는 방향으로 연장하는 제 3 그루브 부분을 포함한다.
본 명세서에 제공된 상세한 설명으로부터, 다른 응용 분야들이 명확해질 것이다. 상세한 설명과 이 항목의 구체적인 예들은 단지 예시를 목적으로 한 것이지, 본 발명의 범위를 제한하고자 의도한 것은 아니다.
본 명세서에 개시된 도면들은 선택된 실시예들에 대한 단지 예시를 목적으로 한 것일 뿐 모든 가능한 구현예들이 아니며, 본 발명의 범위를 제한하고자 의도한 것은 아니다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 토크 분배 구동 기구의 단면도를 도식적으로 도시하고 있다.
도 2는 제 2 실시예에 따른 수개의 모드들로 작동가능한 토크 분배 구동 기구의 단면도를 도식적으로 도시하고 있다.
도 3은 제 3 실시예에 따른 수개의 모드들로 작동가능한 토크 분배 구동 기구의 단면도를 도식적으로 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 분해도이다.
도 5는 도 4의 액추에이터의 부분 분해도이다.
도 6은 도 4의 액추에이터의 사시도이다.
도 7은 제 4 실시예에 따른 토크 분배 구동 기구의 단면도를 도식적으로 도시하고 있다.
도 8은 도 7의 토크 분배 구동 기구의 일부를 도시한 사시도이다.
도 9는 도 7의 토크 분배 구동 기구의 일부를 도시한 배면도이다.
도 10은 도 7의 토크 분배 구동 기구의 일부를 도시한 사시도이다.
도면들 중 수개의 도면들에서 대응하는 부분들은 대응하는 참조번호들로 표시하였다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 사상에 따라 구성된 차축 조립체가 참조번호 10으로 포괄적으로 표시되어 있다. 차축 조립체(10)는, 예컨대, 차량(12)의 전방 차축 조립체이거나 후방 차축 조립체일 수 있다. 차축 조립체(10)는, 본 예에서 제 1 및 제 2 차축 샤프트들로서 각각 도시되어 있는 제 1 출력 부재(16)와 제 2 출력 부재(18)에 대해 토크를 전달하기 위해 사용될 수 있는 토크 분배 구동 기구(14a)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제 1 출력 부재(16)는 차축 조립체(10)의 좌측 차륜(20)에 커플링될 수 있고, 제 2 출력 부재(18)는 차축 조립체(10)의 우측 차륜(22)에 커플링될 수 있다. 특히, 하기된 바와 같이, 토크 분배 구동 기구(14a)는, 토크 벡터링을 위해, 즉, 제 1 및 제 2 출력 부재(16, 18)들 사이에 토크차를 발생시키기 위해 사용될 수 있다.
토크 분배 구동 기구(14a)는 이중 유성 기어 세트(30)와 구동 부재(32)를 포함할 수 있다.
이중 유성 기어 세트(30)는 제 1 및 제 2 출력 부재(16, 18)들 및/또는 차동 조립체(36)에 대해 동축으로 장착될 수 있다. 이중 유성 기어 세트(30)는 제 1 유성 기어 세트(40)와 제 2 유성 기어 세트(42)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 유성 기어 세트(40, 42)들은 동일한 기어비를 가질 수 있으며, 제 1 유성 기어 세트(40)의 부품들 중 하나 이상이 제 2 유성 기어 세트(42)의 연관 부품(들)과 호환가능하게 구성될 수 있다.
제 1 유성 기어 세트(40)는 제 1 태양 기어(50), 복수의 제 1 유성 기어(52)들, 제 1 링 기어(54) 및 제 1 유성 캐리어(56)를 포함할 수 있다. 제 1 태양 기어(50)는 제 1 출력 부재(16)를 중심으로 동심으로 장착될 수 있는 대체로 중공의 구조일 수 있다. 제 1 유성 기어(52)들은, 당해 제 1 유성 기어(52)들의 톱니가 제 1 태양 기어(50)의 톱니와 망상으로 결합하도록, 제 1 태양 기어(50)를 중심으로 원주상에 이격될 수 있다. 마찬가지로, 제 1 링 기어(54)는, 제 1 유성 기어(52)들의 톱니가 제 1 링 기어(54)의 톱니와 망상으로 결합하도록, 제 1 유성 기어(52)들을 중심으로 동심으로 배치될 수 있다. 제 1 링 기어(54)는 차동 조립체(36)를 수납하는 차동 하우징(60)에 회전불가능하게 커플링될 수 있는 변속기 하우징(58) 내에 회전가능하게 배치될 수 있다. 제 1 유성 캐리어(56)는 제 1 캐리어 본체(62)와, 상기 제 1 캐리어 본체(62)에 고정적으로 커플링될 수 있는 복수의 제 1 핀(64)들을 포함할 수 있다. 제 1 캐리어 본체(62)는, 당해 제 1 캐리어 본체(62)와 제 1 출력 부재(16)가 함께 회전하도록, 상기 제 1 출력 부재(16)에 커플링될 수 있다. 제 1 출력 부재(16)에 제 1 캐리어 본체(62)를 커플링하기 위해, 용접, 정합 톱니 또는 스플라인을 포함하여, 임의의 적당한 수단이 채용될 수 있다. 각각의 제 1 핀(64)들은 제 1 유성 기어(52)들 중 연관된 하나의 유성 기어에 수용될 수 있으며, 제 1 핀(64)의 종축을 중심으로 회전하도록 제 1 유성 기어(52)들 중 연관된 하나의 유성 기어를 지지할 수 있다.
제 2 유성 기어 세트(42)는 제 2 태양 기어(70), 복수의 제 2 유성 기어(72)들, 제 2 링 기어(74) 및 제 2 유성 캐리어(76)를 포함할 수 있다. 제 2 태양 기어(70)는 제 1 출력 부재(16)를 중심으로 동심으로 장착될 수 있는 대체로 중공의 구조일 수 있다. 제 2 태양 기어(70)는 제 1 태양 기어(50)에 회전불가능하게 커플링될 수 있다(예컨대, 제 1 및 제 2 태양 기어(50, 70)들이 일체로 및 단일로 형성될 수 있다). 제 2 유성 기어(72)들은, 당해 제 2 유성 기어들의 톱니가 제 2 태양 기어(70)의 톱니와 망상으로 결합하도록, 제 2 태양 기어(70)를 중심으로 원주상에 이격될 수 있다. 제 2 링 기어(74)는, 제 2 유성 기어(72)들의 톱니가 제 2 링 기어(74)의 톱니와 망상으로 결합하도록, 제 2 유성 기어(72)들을 중심으로 동심으로 배치될 수 있다. 제 2 링 기어(74)는 변속기 하우징(58)에 회전불가능하게 커플링될 수 있다. 제 2 유성 캐리어(76)는 제 2 캐리어 본체(82)와, 상기 제 2 캐리어 본체(82)에 고정적으로 커플링될 수 있는 복수의 제 2 핀(84)들을 포함할 수 있다. 제 2 캐리어 본체(82)는, 당해 제 2 캐리어 본체(82)와 차동 캐리어(83)가 함께 회전하도록, 상기 차동 조립체(36)의 하우징 또는 차동 캐리어(83)에 커플링될 수 있다. 각각의 제 2 핀(84)들은 제 2 유성 기어(72)들 중 연관된 하나의 유성 기어에 수용될 수 있으며, 제 2 핀(84)의 종축을 중심으로 회전하도록 제 2 유성 기어(72)들 중 연관된 하나의 유성 기어를 지지할 수 있다.
제 1 및 제 2 유성 기어 세트(40, 42)들은 공통 종축(즉, 제 1 및 제 2 태양 기어(50, 70)들을 통해 연장할 수 있는 축)을 중심으로 함께 정렬될 수 있으며, 상기 공통 종축(85)을 따라 축방향으로 서로로부터 오프셋될 수 있다.
구동 부재(32)는 전기 또는 유압 모터와 같이 이중 유성 기어 세트(30)에 대해 회전 입력을 제공하기 위한 임의의 수단일 수 있으며, 제 1 유성 기어 세트(40)의 변속기 입력에 대해 회전력을 전달하는 입력 부재(86)를 구동하기 위해 채용될 수 있다. 제공된 예에서, 상기 변속기 입력은 제 1 링 기어(54)와 일체이며, 상기 입력 부재(86)는 함께 회전하도록 제 1 링 기어(54)에 커플링되고, 구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)에 장착된 감속 기어(88)의 톱니와 망상으로 결합되는 복수의 톱니들을 포함한다. 상기 출력 부재(86)는 제 1 링 기어(54)에 회전불가능하게 커플링될 수 있는 개별 부품일 수 있으나, 제공된 예에서, 상기 입력 부재(86)와 상기 제 1 링 기어(54)는 단일 개별 부품으로서 단일로 형성된다.
차동 하우징(60)과 차동 캐리어(83)에 부가하여, 상기 차동 조립체(36)는 차동 캐리어(83)로부터 제 1 및 제 2 출력 부재(16, 18)들로 회전력을 전달하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 회전력 전달 수단은 제 1 차동 출력(100)과 제 2 차동 출력(102)을 포함할 수 있다. 제공된 특수한 예에서, 상기 회전력 전달 수단은 차동 캐리어(83) 내에 수납된 차동 기어 세트(104)를 포함하며, 상기 차동 기어 세트는 제 1 사이드 기어(106), 제 2 사이드 기어(108), 크로스 핀(110) 및 복수의 피니언 기어(112)들을 포함한다. 제 1 및 제 2 사이드 기어(106, 108)는 차동 캐리어(83)의 회전축을 중심으로 회전가능하게 배치될 수 있으며, 각각 제 1 및 제 2 차동 출력(100, 102)들을 포함할 수 있다. 제 1 출력 부재(16)는 함께 회전하도록 제 1 사이드 기어(106)에 커플링될 수 있는 반면, 제 2 출력 부재(18)는 함께 회전하도록 제 2 사이드 기어(108)에 커플링될 수 있다. 크로스 핀(110)은 차동 캐리어(83)의 회전축에 대해 대체로 수직하게 차동 캐리어(83)에 장착될 수 있다. 피니언 기어(112)들은 크로스 핀(110)에 회전가능하게 장착될 수 있으며, 제 1 및 제 2 사이드 기어(106, 108)들과 망상으로 결합된다.
상기 차동 조립체(36)가 베벨 피니언과 사이드 기어를 채용하는 것으로 예시되었으나, 헬리컬 피니언과 사이드 기어 또는 유성 기어 세트를 채용한 차동 기구들을 포함하여, 다른 유형의 차동 기구들이 채용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
선택적으로, 상기 차동 조립체(36)는 차량(12)의 메인 또는 주요 드라이브에 커플링될 수 있다. 제공된 특수한 예에서, 차량의 주요 드라이브는 차동 조립체(36)를 구동하기 위해 채용되는 엔진(120)을 포함한다. 이와 관련하여, (즉, 차동 캐리어(83)와 차동 기어 세트(104)를 경유하여) 제 1 및 제 2 출력 부재(16, 18)들을 구동하기 위해, 엔진(120)에 의해 생산된 회전력이 차동 캐리어(83)에 통상의 방식으로 전달될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 구동 부재(32)는, 당해 구동 부재(32)에 의해 보조 토크가 동시에 발생되는 경우, 이하에 구체적으로 설명하는 바와 같이, 상기 보조 토크가 상기 주요 드라이브에 의해 유발되는 제 1 및 제 2 출력 토크들에 중첩(superimpose)되도록, 차량(12)의 주요 드라이브에 대한 보완물로서의 역할을 할 수 있다.
구동 부재(32)가 활성화되는 경우(즉, 제공된 예에서, 구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)가 회전하는 경우), 구동 부재(32), 감속 기어(88) 및 입력 부재(86)가 협력하여 제 1 유성 기어 세트(40)의 제 1 링 기어(54)에 회전력을 인가할 수 있다. 제 1 링 기어(54)에 의해 수취된 회전력은 제 1 유성 기어(52)와 제 1 유성 캐리어(56)를 경유하여 제 1 출력 부재(16)로 전달되는 한편, 제 1 태양 기어(50)에 반작용력이 인가됨으로써, 제 1 태양 기어(50)가 제 1 유성 캐리어(56)와 반대인 방향으로 회전하게 된다. 제 1 태양 기어(50)의 회전은 제 2 태양 기어(70)의 대응하는 회전을 유발함으로써, 제 2 유성 기어(72)들을 구동하게 된다. 제 2 링 기어(74)가 변속기 하우징(58)에 회전식으로 고정되어 있기 때문에, 제 2 유성 기어(72)들의 회전은 제 1 유성 캐리어(56)의 회전 방향과 반대인 방향으로 제 2 유성 캐리어(76)의 회전을 유발하게 된다. 따라서, 제 2 유성 캐리어(76)로부터 차동 캐리어(83)에 (그리고 차동 조립체(36)를 통해 제2 출력 부재(18)로) 전달되는 회전력(즉, 토크)의 크기는 제 1 유성 캐리어(56)로부터 제 1 출력 부재(16)에 전달되는 회전력(즉, 토크)의 크기와 동일하지만 방향은 반대이다.
따라서, 그 결과로서, 제 1 및 제 2 출력 부재(16, 18)들에 대해 구동 부재(32)에 의해 유발되는 토크는 각각 역방향(counter-directed)이다. 또한, 제 1 및 제 2 유성 기어 세트(40, 42)들이 차동 조립체(36)를 통해 작동가능하게 커플링되어 있기 때문에, 제 1 및 제 2 출력 부재(16, 18)들에서 유발되는 토크의 크기가 실질적으로 동일하다. 예컨대, (제 1 회전 방향으로의 구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)의 회전을 통해) 제 1 출력 부재(16)에 대해 양(+)의 방향의 토크가 전달되면, 동일한 음(-)의 토크가 제 2 출력 부재(18)에 전달된다. 마찬가지로, (제 1 회전 방향과 반대인 제 2 회전 방향으로의 구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)의 회전을 통해) 제 1 출력 부재(16)에 대해 음(-)의 방향의 토크가 전달되면, 동일한 양(+)의 토크가 제 2 출력 부재(18)에 전달된다. 즉, 상기 토크 분배 구동 기구(14a)는, 각각 제 1 및 제 2 출력 부재(16, 18)들을 통해 좌우측 차륜(20, 22)들에 대해 각각 연통된 제 1 및 2 차동 출력(100, 102)들 사이에 토크차를 발생시키기 위해 채용될 수 있다.
주요 드라이브(즉, 도시된 예에서의 엔진(120))로부터 차동 조립체(36)에 회전력이 전달되어 상기 구동 부재(32)가 활성화되는 상황에서, 상기 토크 분배 구동 기구(14a)에 의해 전달되는 토크는 상기 주요 드라이브로부터 차축 조립체(10)에 전달되는 입력 토크에 중첩되는 오프셋 토크로서의 역할을 할 것이다. 즉, 주요 드라이브로부터의 입력 토크가 차동 조립체(36)를 통해 분배됨으로써, 제 1 구동 토크는 제 1 차동 출력(100)을 통해 제 1 출력 부재(16)에 인가되고, 제 2 구동 토크는 제 2 차동 출력(102)을 통해 제 2 출력 부재(18)에 인가되는 한편, 구동 부재(32)에 의해 유발되는 보조 토크는 이중 유성 기어 세트(30)를 통해 분배됨으로써, 제 1 벡터링 토크가 제 1 출력 부재(16)에 인가되고, (제공된 예에서 제 1 벡터링 토크와 동등하고 방향은 반대인) 제 2 벡터링 토크가 (차동 조립체(36)를 통해) 제 2 출력 부재(18)에 인가된다. 제 1 출력 부재(16)에 대해 작용하는 순 토크는 제 1 구동 토크와 제 1 벡터링 토크의 합인 반면, 제 2 출력 부재(18)에 대해 작용하는 순 토크는 제 2 구동 토크와 제 2 벡터링 토크의 합이다.
예컨대, 토크 분배 구동 기구(14a)는, 차량(12)의 회전 거동을 개선하고 회전 반경을 줄이기 위해, 차량(12)이 좌회전할 때 좌측 차륜(20)으로부터 토크를 감산하여 대응하는 토크를 우측 차륜(22)에 가산할 수 있고, 차량(12)이 우회전할 때 우측 차륜(22)으로부터 토크를 감산하여 대응하는 토크를 좌측 차륜(20)에 가산할 수 있다.
상기 이중 유성 기어 세트(30)의 구성으로 인하여 제 1 및 제 2 태양 기어(50, 70)들이 최고의 회전 속도를 경험하게 될 때, 제 1 링 기어(54)는 다소 느린 회전 속도로 회전하며, 제 1 및 제 2 유성 캐리어(56, 76)들은 상기 제 1 링 기어(54)의 회전 속도보다 느린 회전 속도로 회전한다는 것을 당업자들은 이해할 수 있을 것이다. 이러한 방식으로, 제 1 링 기어(54)와 제 1 출력 부재(16) 사이에 약 1:1.5 내지 약 1:2.0의 기어비와 같이 적당한 기어비가 구현될 수 있다. 그 결과로서, 이중 유성 기어 세트(30)의 기어들의 크기를 소형화할 수 있다. 예컨대, 제 1 및 제 2 유성 기어(52, 72)들의 직경이 약 30㎜ 정도로 작을 수 있다. 이러한 방식으로, 이중 유성 기어 세트(30)의 크기가 소형일 수 있으며, 이에 따라, 토크 분배 구동 기구(14a)가 콤팩트하고 경량으로 제조될 수 있다.
상기 구동 부재(32)는, 차량(12)이 회전할 때, (예컨대, 자동으로 또는 필요에 따라) 활성화되도록 되어 있다. 따라서, 직진 구동시, 상기 구동 부재(32)는 엔진(120)에 의해 차량(12)이 전방으로 추진될 수 있도록 비활성화된다. 그러한 상황에서, 엔진(120)으로부터 입력 토크를 수취하는 차동 조립체(36)는 실질적으로 동일한 토크를 제 1 출력 부재(16)와 제 2 출력 부재(18)에 전달한다. 그리고, 실질적으로 동일한 토크가 실질적으로 동일한 속도로 회전하는 제 1 및 제 2 유성 캐리어(56, 76)에 전달된다. 그 결과로서, 동일한 유성 기어 세트(40, 42)로 인하여, 제 1 및 제 2 링 기어(54, 74)들 사이에는 상대 운동이 없을 것이며, 이는 제 1 및 제 2 링 기어(54, 74)들에 대해 어떠한 효과나 토크가 거의 전달되지 않음을 의미한다. 즉, 제 1 링 기어(54)나 제 2 링 기어(74) 중 어느 기어도 회전하지 않을 것이다. 이러한 방식으로, 구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)가 움직이지 않을 것이며, 직진 구동시의 손실이 이러한 방식으로 최소화된다.
상기 입력 부재(86)가 감속 기어(88)와 직접 결합하는 것으로 도시되고 설명되었으나, 하나 이상의 감속단(reduction stages)들이 입력 부재(86)와 감속 기어(88) 사이에 배치되거나, 입력 부재(86)가 구동 부재(32)에 의해 직접 구동될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 사상에 따라 구성된 다른 차축 조립체가 참조번호 10b로 포괄적으로 표시되어 있다. 차축 조립체(10b)는 여기서 논의하는 바를 제외하고 도 1의 차축 조립체(10)와 대체로 유사할 수 있다. 본 예에서, 차축 조립체(10b)는 토크 벡터링 모드, 구동 모드 및 중립 모드를 포함하는 복수의 작동 모드들로 선택적으로 작동가능한 토크 분배 구동 기구(14b)를 포함한다. 토크 분배 구동 기구(14b)는, 입력 부재(86b)가 제 1 링 기어(54b)에 대해 상대적으로 회전가능하고 액추에이터(150)가 당해 토크 분배 구동 기구(14b)의 작동 상태를 제어하기 위해 채용되었다는 점을 제외하고, 도 1의 토크 분배 구동 기구(14a)와 구조적으로 유사할 수 있다. 입력 부재(86b)는 제 1 출력 부재(16)를 중심으로 회전가능하게 장착될 수 있는 크라운 기어와 제 1 유성 기어 세트(40b)를 포함할 수 있다. 액추에이터(150)는 변속기 입력을 형성할 수 있는 시프트 슬리브(152)를 포함할 수 있다. 시프트 슬리브(152)는, 입력 부재(86b)의 정합 톱니형 내면(156)에 대해 회전은 불가능하지만 축방향으로 슬라이딩은 가능하게 결합될 수 있는 톱니형 외면(154)과, 제 1 링 기어(54b)에 형성된 대응하는 톱니(162)에 정합식 결합될 수 있는 제 1 내부 톱니 세트(160)와, 제 2 유성 캐리어(76b)에 형성된 대응하는 톱니(166)에 정합식 결합될 수 있는 제 2 내부 톱니 세트(164)를 가질 수 있다.
토크 벡터링 모드에서, 시프트 슬리브(152)는, 입력 부재(86b), 시프트 슬리브(152) 및 제 1 링 기어(54b)가 함께 회전하도록, (제 1 링 기어(54b)의 톱니(162)에 대한 제 1 내부 톱니 세트(160)의 결합에 의해) 제 1 링 기어(54b)에 입력 부재(86b)를 커플링하기 위해 제 1 위치에 위치될 수 있다. 상기 시프트 슬리브(152)가 제 1 위치에 있을 때, 제 2 내부 톱니 세트(164)는 제 2 유성 캐리어(76b)의 톱니(166)로부터 분리되어 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 토크 벡터링 모드에서 상기 토크 분배 구동 기구(14b)의 작동은 (도 1의) 토크 분배 구동 기구(14a)의 작동과 실질적으로 유사함을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 상기 구동 부재(32)는 전술한 바와 같이 제 1 및 제 2 출력 부재(16, 18)들 사이에 토크차를 유발하기 위해 선택적으로 활성화될 수 있다.
구동 모드에서, 시프트 슬리브(152)는, 구동 부재(32)에 의해 제공되는 회전력이 차동 캐리어(83)에 입력되어 차동 조립체(36)를 통해 제 1 및 제 2 출력 부재(16, 18)들에 인가되도록, (제 2 유성 캐리어(76b)의 톱니(166)에 대한 제 2 내부 톱니 세트(164)의 결합에 의해) 제 2 유성 캐리어(76b)에 입력 부재(86b)를 커플링하기 위해 제 2 위치에 위치될 수 있다. 상기 시프트 슬리브(152)가 제 2 위치에 있을 때, 시프트 슬리브(152)의 제 1 내부 톱니 세트(160)는 제 1 링 기어(54b)의 톱니(162)로부터 분리될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 상기 토크 분배 구동 기구(14b)가 구동 모드로 작동할 때 상기 구동 부재(32)에 의해 제공되는 회전력이 차량(12)을 추진하기 위한 (또는 추진을 보조하기 위한) 추진력으로 채용됨을 이해할 수 있을 것이다.
중립 모드에서, 시프트 슬리브(152)는, 입력 부재(86b)가 제 1 유성 기어 세트(40b), 제 2 유성 기어 세트(42b) 및 차동 캐리어(83)로부터 디커플링되도록, 제 1 링 기어(54b)와 제 2 유성 캐리어(76b)로부터 입력 부재(86b)를 분리할 수 있다. 제공된 예에서, 시프트 슬리브(152)는, 제 1 및 제 2 내부 톱니 세트(160, 164)들이 제 1 링 기어(54b)의 톱니(162)와 제 2 유성 캐리어(76b)의 톱니(166) 사이에 축방향으로 배치되어 이들로부터 분리되도록, 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 제 3 위치에 위치될 수 있다. 이에 따라, 시프트 슬리브(152)가 제 3 위치에 위치됨으로써, 구동 부재(32)가 제 1 유성 기어 세트(40b), 제 2 유성 기어 세트(42b) 및 차동 캐리어(83)로부터 디커플링된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 사상에 따라 구성된 또 다른 차축 조립체가 참조번호 10c로 포괄적으로 표시되어 있다. 차축 조립체(10c)는 여기서 논의하는 바를 제외하고 도 2의 차축 조립체(10b)와 대체로 유사할 수 있다. 본 예에서, 차축 조립체(10c)는 토크 벡터링 모드, 구동 모드, 중립 모드 및 저속 구동 모드를 포함하는 복수의 작동 모드들로 선택적으로 작동가능한 토크 분배 구동 기구(14c)를 포함한다. 토크 분배 구동 기구(14c)는, 시프트 슬리브(152c)가 함께 회전하도록 제 1 및 제 2 태양 기어(50, 70)들에 커플링된 톱니형 요소(174)의 톱니(172)에 선택적으로 결합될 수 있는 제 3 내부 톱니 세트(170)를 가질 수 있다는 점을 제외하고, 도 2의 토크 분배 구동 기구(14b)와 구조적으로 유사할 수 있다. 토크 분배 구동 기구(14c)가 토크 벡터링 모드, 구동 모드 및 중립 모드로 작동될 때 상기 제 3 내부 톱니 세트(170)는 다른 어떠한 구조에도 결합되지 않으며, 이에 따라, 상기 토크 분배 구동 기구(14c)의 작동은 이 모드들에서 도 2의 토크 분배 구동 기구의 작동과 실질적으로 유사하다.
그러나, 저속 구동 모드에서, 입력 부재(86b), 시프트 슬리브(152c), 요소(174) 및 제 1 및 제 2 태양 기어(50, 70)가 함께 회전하도록, 시프트 슬리브(152c)는 (상기 요소(174)의 톱니(172)에 대한 제 3 내부 톱니 세트(170)의 결합에 의해) 제 1 및 제 2 태양 기어(50, 70)들에 대해 입력 부재(86b)를 커플링하기 위해 제 4 위치에 위치될 수 있다. 이 모드에서, 제 2 유성 기어 세트(42b)는 제 2 태양 기어(70)의 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 제 2 유성 캐리어(76b)의 회전을 유발하는 기어 감속장치로서 채용된다. 상기 시프트 슬리브(152c)가 제 4 위치에 있을 때, 제 1 및 제 2 내부 톱니 세트(160, 164)들이 제 1 링 기어(54b)의 톱니(162)와 제 2 유성 캐리어(76b)의 톱니(166)로부터 분리됨을 이해할 수 있을 것이다.
토크 분배 구동 기구(14c)가 구동 모드와 저속 구동 모드로 작동할 때, 여러 위치들에서 이중 유성 기어 세트(30b)에 회전력이 입력됨을 당업자들은 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 회전력은 구동 모드에서 제 2 유성 캐리어(76b)에 입력되고, 저속 구동 모드에서 제 1 및 제 2 태양 기어(50, 70)들에 입력된다. 이에 따라, 차동 캐리어(83)가 구동 모드에 비해 저속 구동 모드에서 (구동 부재(32)의 출력 샤프트(90)의 주어진 회전 속도에 대해) 더 낮은 회전 속도로 회전하게 될 것임을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 토크 분배 구동 기구(14c)가 저속 구동 모드로 작동할 때, 제 1 및 제 2 태양 기어(50, 70)들의 회전이 제 2 유성 기어(72)들의 대응하는 회전을 유발하게 되고, 이는 다시 제 2 유성 캐리어(76)와 차동 캐리어(83)의 회전을 구동하게 된다. 즉, 토크 분배 구동 기구(14c)가 저속 구동 모드로 작동할 때는 회전 입력(즉, 상기 요소(174))과 차동 캐리어(83) 사이에 기어 감속장치가 배치되고, 토크 분배 구동 기구(14c)가 구동 모드로 작동할 때는 회전 입력(즉, 상기 제 2 유성 캐리어(76b))와 차동 캐리어(83) 사이에 기어 감속장치가 배치되지 않는다.
내부 톱니 세트(160, 164, 170)들 중 많아야 하나의 세트가 대응하는 톱니(162, 166, 172)에 각각 동시에 결합하는 것이 허용되도록, 시프트 슬리브(152)의 축방향 치수와 다수개의 톱니 세트들의 폭과 간격이 선택된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 정합 톱니 세트들의 피치 직경은 그 톱니들의 결합이 요망되지 않는 위치에서 어떤 톱니가 다른 톱니 위로 슬라이드할 수 있도록 상이한 크기일 수 있다. 예컨대, 제 2 내부 톱니 세트(164)가 제 1 및 제 2 태양 기어(50, 70)들에 회전가능하게 커플링된 요소(174)의 톱니(172)를 축방향으로 가로질러 통과할 수 있도록, 제 2 내부 톱니 세트(164)의 피치 직경이 제 3 내부 톱니 세트(170)의 피치 직경보다 더 크다.
토크 분배 구동 기구를 구동 모드와 중립 모드로만 작동가능하게 구성할 수도 있다. 그러한 경우, 토크 벡터링 모드에서 역방향 토크들을 발생시키고 저속 드라이브 모드에서 차동 캐리어(83)에 감속하여 입력하는 이중 유성 기어 세트(30)의 기능성이 필요하지 않기 때문에, 이중 유성 기어 세트가 생략될 수 있다.
그러한 상황에서, 토크 분배 구동 기구는 구동 부재, 상기 구동 부재에 작동가능하게 커플링된 크라운 기어, 구동 모드와 중립 기어 모드로의 전환을 위해 상기 크라운 기어에 회전식으로 커플링된 전환 부재, 및 제 1 및 제 2 출력 부재에 작동가능하게 커플링된 차동장치를 포함할 수 있다. 상기 차동장치와 결합하도록 시프트 슬리브(152) 또는 다른 전환 부재가 배열될 수 있다. 특히, 상기 전환 부재는 상기 차동장치의 차동 캐리어와 결합하도록 배열될 수 있다. 또한, 상기 전환 부재는 상기 차동장치로부터 분리되는 위치에 있도록 배열될 수 있다.
전술한 도 2 및 도 3의 실시예들과 마찬가지로, 상기 전환 부재는 상기 크라운 기어에 회전식으로 커플링된 시프트 슬리브를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전환 부재는, 상기 시프트 슬리브 상에 내측 반경반향으로 배열되고 상기 차동 캐리어의 외면의 정합 톱니 구조와 결합하도록 배열되어 반경방향으로 연장하는 톱니 구조를 포함할 수 있다. 상기 시프트 슬리브는 축방향으로 상기 크라운 기어를 따라 슬라이드할 수 있다. 상기 시프트 슬리브를 차동장치 측으로 슬라이딩시킴으로써, 시프트 슬리브의 톱니 구조가 차동 캐리어의 정합 톱니 구조와 결합할 수 있다. 이러한 방식으로, 토크 분배 구동 기구가 높은 기어 모드로 작동가능하다. 상기 시프트 슬리브를 차동장치로부터 멀어지도록 슬라이딩시키는 경우, 전환 부재의 톱니 구조가 차동 캐리어의 외면의 톱니 구조로부터 분리된다. 이러한 방식으로, 구동 부재는, 차동장치에 대해 어떠한 토크도 유발하지 않기 때문에, 중립 기어 모드에 있게 될 것이다.
이 구조에 따른 장점은 상기 구조가 모듈 방식으로 형성될 수 있다는 것이다. 즉, 상기 구조가 기존 변속기의 차동장치에 용이하게 부가될 수 있는 모듈로서 형성될 수 있다.
마지막 3개의 예들 각각에서 상기 전환 부재 또는 시프트 슬리브는, 부변속기(transfer case)에서 일반적으로 사용되는 유형의 통상의 시프트 포크 액추에이터를 포함하는 임의의 바람직한 액추에이터에 의해 축방향으로 움직일 수 있다. 또한, 시프트 슬리브의 회전 속도가 시프트 슬리브가 회전식으로 커플링된 부품의 회전 속도와 일치하도록, 구동 부재(32)가 작동되기 전에 시프트 슬리브가 (제 1 링 기어 또는 제 2 유성 캐리어에 의해) 구동될 수 있도록 하기 위해, 하나 이상의 동조기가 시프트 슬리브에 통합될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 4를 참조하면, 시프트 슬리브를 이동시키기 위한 예시적인 액추에이터(200)가 도시되어 있다. 액추에이터(200)는 도 6의 전기 직류 모터(210) 또는 다른 적당한 회전 입력 기구와 같은 구동 부재에 대한 회전 연결부(202)의 형태로 된 입력 부재를 갖는다. 회전 연결부(202)는, 일반적으로, 모터(210)에 연결된 회전 샤프트(300)를 포함한다. 또한, 액추에이터(200)는 피스톤 또는 로드의 형태로 된 출력 부재(400)를 갖는다. 로드(400)에는 돌기 또는 너브(nub)(500)가 부착된다. 로드(400)의 가이드부(600)를 따라, 로드(400)의 단면은 비원통형이다.
회전 샤프트(300) 상에는 원통형 캠(700)이 배열된다. 원통형 캠(700)의 주위에는 캠 그루브(800)가 형성되어 있다. 캠 그루브(800)는 3개의 그루브 부분(800a, 800b, 800c)들로 분할되어 있다. 제 1 그루브 부분(800a)은 캠(700)의 종축(C)에 대해 수직한 횡단면(710)에 대해 평행한 방향으로 캠(700)의 주연부를 중심으로 하여 주연부를 따라 연장한다. 제 2 그루브 부분(800b)도 상기 횡단면(710)에 대해 평행한 방향으로 캠(700)의 주연부를 중심으로 하여 주연부를 따라 연장한다. 제 3 그루브 부분(800c)은 상기 제 1 그루브 부분(800a)과 제 2 그루브 부분(800b) 사이에서 캠(700)의 주연부를 중심으로 하여 주연부를 따라 연장하며, 상기 횡단면에 대해 0°를 초과하는 각도를 형성하는 방향으로 연장한다. 따라서, 제 1 및 제 2 그루브 부분(800a, 800b)들은 기울어지지 않는다. 즉, 이들은 각각 캠(700)의 축방향으로 횡단면(702)에 대해 제로 기울기를 갖는 반면, 제 3 그루브 부분(800c)은 캠(700)의 종축(C)을 따라 축방향으로 기울어져 연장한다.
원통형 캠(700)의 각 측면에는 제 1 플랜지(900)와 제 2 플랜지(901)가 각각 배열된다. 제 1 플랜지(900)의 제 1 관통홀(911)과 제 2 플랜지(901)의 제 2 관통홀(921)은 로드(400)를 위한 가이드를 형성한다. 제 2 관통홀(921)은 로드(400)의 가이드부(600)의 단면과 일치하는 비원형의 단면을 가진 통로를 형성한다. 제 1 플랜지(900)의 제 3 관통홀(931)과 제 2 플랜지(901)의 제 4 관통홀(941)은 각각의 저널 베어링(951, 961)에 의해 회전하도록 지지되는 회전 샤프트(300)의 각 단부를 각각 수용하도록 배열되어 있다. 4개의 이격 요소들 또는 스페이서 요소(971)들이 플랜지(900, 901)들 사이에 위치되도록 배열되어 있다.
도 5는 액추에이터(200)의 부분들이 조립되는 방법을 도시하고 있다. 특히, 너브(500)가 캠 그루브(800)의 내부에 결합되어 있음을 볼 수 있다. 원통형 캠(700)이 모터(210)에 의해 회전할 때, 너브(500)는 그루브(800)를 추종하도록 강제된다. 너브(500)가 제 1 그루브 부분(800a)으로부터 제 3 그루브 부분(800c)을 통해 제 2 그루브 부분(800b)까지 축방향으로 움직일 때, 로드는 선형 방향(L)으로 변위된다. 따라서, 회전 방향(R)으로의 원통형 캠(700)의 운동은 선형 방향(L)으로의 선형 변위로 변환된다.
너브(500)가 제로 기울기를 가진 제 1 그루브 부분(800a)에 위치되어 있을 때, 그루브와 로드 사이의 각도는 90°이다. 따라서, 너브(500)에는 축력 또는 선형력이 인가되지 않을 것이며, 로드(400)는 이 위치에 계속 유지될 것이다. 제 1 그루브 부분(800a)은 로드(400)에 작동가능하게 커플링된 스위치(810)의 제 1 위치에 대응한다. 이 제 1 위치에서, 상기 스위치(810)는, 토크 분배 구동 기구(14b)(도 2)가 구동 모드로 작동할 수 있도록 허용하기 위해, 상기 시프트 슬리브(152)(도 2)가 제 3 위치에 위치될 수 있도록 보장한다.
모터(210)가 시동되면, 원통형 캠(700)은 회전 방향(R)으로 회전하고, 너브(500)가 제 1 그루브 부분(800a)으로부터 기울어진 제 3 그루브 부분(800c)을 따라 제 2 그루브 부분(800b)까지 이동함으로써, 로드(400)를 선형 방향(L)으로 이동시킨다. 제 2 그루브 부분(800b)이 제로 기울기를 갖기 때문에, 모터(210)가 정지하면, 너브(500)에는 축력 또는 선형력이 인가되지 않을 것이며, 로드(400)는 이 위치에 계속 유지될 것이다. 따라서, 로드(400)는 움직임을 정지할 것이며, 스위치(810)는 제 2 위치에 유지될 것이다. 이 제 2 위치에서, 상기 스위치는, 토크 분배 구동 기구(14b)(도 2)가 토크 벡터링 모드로 작동할 수 있도록 허용하기 위해, 상기 시프트 슬리브(152)(도 2)가 제 1 위치에 위치될 수 있도록 보장한다.
첨부된 특허청구범위에 규정되어 있는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 개시된 실시예들에 대한 많은 변형들이 가능함을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.
예컨대, 상기 액추에이터(200)는 자동차(12)의 토크 분배 구동 기구와 관련하여 전술하였으나, 그러한 액추에이터는 다른 구조들에서도 동등하게 유용하다. 상기 액추에이터는, 예컨대, 잠금 기구에서 사용될 수 있으며, 여러 모드들은 잠금 상태 및 해제 상태에 대응한다. 일반적으로, 전술한 유형의 액추에이터는, 일부분이 신속하고 정밀하게 선형적으로 변위되고 그 변위가 회전 출력을 제공하는 구동 부재에 의해 구동되는 임의의 상황에서 사용될 수 있다.
전술한 예시적 실시예에서, 상기 그루브(800)는 기울어지지 않은 2개의 그루브 부분(800a, 800c)들을 갖는다. 물론, 로드에 연결된 부분의 위치, 예컨대, 스위치의 위치에 각각 대응하여 2개를 초과하는 기울어지지 않은 그루브 부분들이 캠(700)에 형성될 수 있다. 따라서, 토크 분배 구동 기구에서, 3개의 기울어지지 않은 그루브 부분들과 기울어지지 않은 그루브 부분들을 연결하는 2개의 기울어진 그루브 부분들을 구비한 그루브는, 추진 모드, 토크 벡터링 모드 및 중립 기어 모드와 같은 3개의 서로 다른 기어 모드들에 대응할 수 있다.
도면들 중 도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 사상에 따라 구성된 다른 차축 조립체(10d)가 도시되어 있다. 차축 조립체(10d)는 여기서 논의하는 바를 제외하고 도 1의 토크 분배 구동 기구(14a)와 유사할 수 있는 토크 분배 구동 기구(14d)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 7 내지 도 10의 대응하는 요소들을 나타내기 위해 도 1에 채용된 참조번호가 채용될 것이다.
도 1에 채용된 구동 부재(32)와 감속 기어(88)를 대신하여(상기 구동 부재(32)와 감속 기어(88)는 차동 캐리어(83)와 제 1 유성 캐리어(56)의 회전축에 대해 평행한 회전축을 중심으로 배열되어 있음), 도 7 내지 도 10의 예는 차동 캐리어(83)와 제 1 유성 캐리어(56)의 회전축(85)에 대해 수직한 회전축(1300)을 중심으로 배열된 구동 부재(32d)와 감속 기어(88d)를 채용한다. 예컨대, 상기 회전축(1300)은 엔진(120)(또는 전기 또는 유압 모터와 같이 회전력을 제공하기 위한 다른 수단)의 회전축(1304) 및 차동 캐리어(83)와 제 1 유성 캐리어(56)의 회전축(85)에 대해 직교할 수 있다. 상기 엔진(120)은 통상의 방식으로 차동 캐리어(83)에 커플링될 수 있는 링 기어(1308)와 결합하는 입력 피니언(1306)을 (예컨대, 프롭샤프트(미도시)를 통해) 구동할 수 있다.
이러한 방식의 토크 분배 구동 기구(14d)의 구성은 차량에 토크 분배 구동 기구를 설치하기 위한 공간이 제한적인 몇몇 상황에서 유리할 수 있다.
상기 구동 부재(32d)는 교류 전기 모터 또는 직류 전기 모터와 같은 임의의 유형의 모터일 수 있으며, 감속 기어(88d)가 회전가능하게 커플링될 수 있는 출력 샤프트(37d-1)를 가질 수 있다.
상기 감속 기어(88d)는 웜 기어(1314)에 망상으로 결합될 수 있는 웜(1312)일 수 있다. 상기 웜 기어(1314)는 제 1 링 기어(54d)에 회전가능하게 커플링될 수 있다(예컨대, 제 1 링 기어(54d)의 외면에 형성될 수 있다). 상기 웜(1312)과 웜 기어(1314)는 크기가 상대적으로 작을 수 있으나, 그럼에도 불구하고, 비교적 큰 기어 감속비를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 구동 부재(32d)는 비교적 고속이면서 낮은 토크 출력을 생성하도록 구성될 수 있으므로, 도 1의 구동 부재(32)보다 상대적으로 직경이 더 작을 수 있다.
필요하다면, 상기 웜(1312)과 웜 기어(1314)는, 제 1 및 제 2 출력 부재(16, 18)들 사이의 속도차를 방지하기 위해 차동 조립체(36d)를 효과적으로 잠금하도록, 구동 부재(32d)에 능동적으로 전력이 공급되지 않는 경우, 자가 잠금식(self-locking)으로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 웜(1312)과 웜 기어(1314)의 잠금은 제 1 링 기어(54d)의 회전을 방지한다. 제 2 유성 캐리어(76d)와 차동 캐리어(83)가 회전을 위해 커플링되어 있기 때문에, (입력 피니언(1306)의 회전에 기인한 차동 링 기어(1308)의 회전에 의한) 차동 캐리어(83)의 회전은 제 2 유성 캐리어(76d)에 대해 회전 입력을 제공할 수 있고, 이는 제 2 링 기어(74) 내부에서 제 2 유성 기어 세트(42)의 제 2 유성 기어(72)들의 회전을 유발하며, 제 2 태양 기어(70)를 회전시킨다. 제 2 태양 기어(70)의 회전은 제 1 태양 기어(50)의 회전을 유발하며, 이는 제 1 유성 기어 세트(40)의 제 1 유성 기어(52)들의 회전을 유발하고, 이는 다시 제 1 유성 캐리어(56)의 회전을 유발한다. 제 1 유성 캐리어(56)가 제 1 출력 부재(16)에 커플링되어 있고 제 1 및 제 2 유성 기어 세트(40, 42)들이 동일한 기어 감속비를 갖고 있기 때문에, 제 1 및 제 2 유성 캐리어(56, 76)들은 동일한 속도(즉, 차동 캐리어(83)가 회전하는 속도)로 회전한다. 그 결과, 제 1 출력 부재(16)는 차동 캐리어(83)에 대해 상대적으로 회전할 수 없으며, 이에 따라, 차동 기어 세트(104)가 차동 캐리어(83)에 대해 잠금된다.
상기 웜(1312)과 웜 기어(1314)가 자가 잠금식이기 때문에, 웜 기어(1314)는 웜(1312)을 "역구동" 할 수 없다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 웜(1312)과 웜 기어(1314)가 잠금될 수 있는 능력은 리드각(lead angle), 압력각 및 마찰 계수를 포함하여 다수의 변수들에 따라 좌우되지만, 흔히, 마찰 계수 및 리드각의 접선과 관련된 근사법으로 분석이 축소될 수 있다(즉, 리드각의 접선이 마찰 계수보다 작으면 자가 잠금됨).
도 7 및 도 10을 구체적으로 참조하면, 이중 유성 기어 세트(30)와 감속 기어(88d)가 하우징(1340)에 수납될 수 있으며, 상기 하우징은 패스너 세트(미도시)에 의해 고정적으로 서로 커플링되는 제 1 하우징 쉘(1342)과 제 2 하우징 쉘(1344)을 포함할 수 있다. 제 1 하우징 쉘(1342)에 형성된 플랜지(1348)에 구동 부재(32d)가 장착될 수 있다. 차동 캐리어(83)에 회전가능하게 커플링된 제 2 유성 캐리어(76d)의 부분과 하우징(1340) 사이, 그리고 제 1 출력 부재(16)와 하우징(1340) 사이의 계면을 밀봉하기 위해 시일(1352)들이 채용될 수 있다. 부가적으로, 차동 캐리어(83)에 회전가능하게 커플링된 제 2 유성 캐리어(76d)의 부분과 하우징(1356) 사이의 계면을 밀봉하기 위해 차동 캐리어(83)가 내부에 배치되는 상기 하우징(1356)에 시일(1354)이 수용될 수 있다.
전술한 설명은 본질적으로 예시에 불과하며, 본 발명, 그 응용 또는 용도를 제한하고자 의도하지 않음을 이해할 수 있을 것이다. 특수한 예들을 상세한 설명에 개시하고 도면에 도시하였으나, 당업자라면 특허청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있으며 그 요소들에 대해 동등물의 치환이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 비록 구체적으로 나타내거나 설명하지 않았을지라도, 다양한 예들 사이에서 특징들, 요소들 및/또는 기능들의 혼합과 매칭이 본 명세서에서 명시적으로 고려되었는 바, 위에서 다르게 기술하지 않았다면, 일 예의 특징들, 요소들 및/또는 기능들이 다른 예에 적절하게 통합될 수 있음을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 사상에 적합하도록 특수한 상황 또는 재료에 대한 많은 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은, 본 발명의 사상을 구현하기 위해 현재 고려된 최적의 모드로서 상세한 설명에 개시되고 도면에 도시된 특수한 예들로 한정되지 않으며, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명과 첨부된 특허청구범위에 속하는 모든 실시예들을 포함하는 것으로 하고자 의도한다.

Claims (26)

  1. 차축 조립체이며,
    입력 부재;
    상기 입력 부재에 의해 구동되는 제 1 변속기 입력을 가진 제 1 유성 기어 세트;
    차동 캐리어와, 상기 차동 캐리어에 수용되는 제 1 및 제 2 차동 출력 부재들을 가진 차동 조립체; 및
    상기 차동 캐리어에 함께 회전하도록 커플링된 유성 캐리어를 가진 제 2 유성 기어 세트를 포함하며,
    상기 제 1 유성 기어 세트의 태양 기어는 상기 제 2 유성 기어 세트의 태양 기어에 회전불가능하게 커플링된,
    차축 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변속기 입력으로부터 상기 입력 부재를 선택적으로 디커플링하기 위한 클러치를 더 포함하는,
    차축 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 클러치는, 상기 입력 부재와 상기 차동 캐리어가 함께 회전하도록, 상기 차동 캐리어에 상기 입력 부재를 선택적으로 커플링하기 위해 더 작동가능한,
    차축 조립체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 클러치는, 상기 차동 조립체의 제 1 및 제 2 출력 부재들이 함께 회전하도록, 상기 제 1 및 제 2 유성 기어 세트들을 선택적으로 잠금하기 위해 더 작동가능한,
    차축 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 1 위치와 제 2 위치 사이로 이동가능한 시프트 슬리브를 더 포함하며, 상기 시프트 슬리브가 제 2 위치에 위치되었을 때, 상기 시프트 슬리브는 상기 입력 부재와 상기 제 2 유성 기어 세트의 유성 캐리어를 커플링하는,
    차축 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 시프트 슬리브는, 상기 차동 조립체의 출력 부재들이 함께 회전하도록, 시프트 슬리브가 제 1 및 제 2 유성 기어 세트들을 잠금하는 제 3 위치로 이동가능한,
    차축 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 시프트 슬리브는, 시프트 슬리브가 제 3 위치에 있을 때, 상기 제 1 및 제 2 유성 기어 세트들의 태양 기어들에 대해 상기 입력 부재를 함께 회전하도록 커플링하는,
    차축 조립체.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 시프트 슬리브는 중립 위치로 이동가능하고, 상기 시프트 슬리브가 상기 중립 위치로 이동하였을 때, 상기 입력 부재는 상기 제 1 유성 기어 세트, 상기 제 2 유성 기어 세트 및 상기 차동 캐리어로부터 디커플링되는,
    차축 조립체.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 시프트 슬리브는, 시프트 슬리브가 제 1 위치에 있을 때, 상기 제 1 유성 기어 세트의 링 기어에 상기 입력 부재를 커플링하는,
    차축 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 부재에 대해 보조 기어 감속장치를 통해 구동식으로 커플링되는 전기 모터를 더 포함하는,
    차축 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 보조 감속장치는 웜과 상기 웜과 망상으로 결합하는 웜 기어를 포함하는,
    차축 조립체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 캐리어에 함께 회전하도록 커플링된 링 기어를 더 포함하는,
    차축 조립체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    한 쌍의 차축 샤프트를 더 포함하고, 각각의 차축 샤프트들은 상기 차동 조립체의 출력 부재들 중 연관된 하나의 출력 부재에 구동식으로 커플링되는,
    차축 조립체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 조립체는 상기 차동 캐리어에 장착된 복수의 피니언 기어들을 더 포함하고, 상기 차동 조립체의 출력 부재들은 상기 피니언 기어들에 망상으로 결합된 사이드 기어들인,
    차축 조립체.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유성 기어 세트의 링 기어는 상기 입력 부재에 함께 회전하도록 커플링된,
    차축 조립체.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 유성 기어 세트들이 수용되는 하우징을 더 포함하고, 상기 제 2 유성 기어 세트의 링 기어는 상기 하우징에 회전불가능하게 커플링된,
    차축 조립체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 차축 샤프트들 중 하나는 상기 제 1 및 제 2 유성 기어 세트들의 태양 기어들을 통해 수용된,
    차축 조립체.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 유성 기어 세트의 유성 캐리어는 상기 차축 샤프트들 중 하나에 함께 회전하도록 커플링된,
    차축 조립체.
  19. 차축 조립체이며,
    모터;
    상기 모터에 의해 구동되는 입력 부재;
    차동 캐리어와, 상기 차동 캐리어에 수용되는 제 1 및 제 2 차동 출력들을 가진 차동 조립체;
    상기 입력 부재로부터의 회전력을 수취하는 변속기; 및
    제 1 위치와 제 2 위치 사이를 축방향으로 이동가능한 이동식 요소를 포함하며,
    상기 이동식 요소가 제 1 위치에 배치되면, 상기 변속기가 상기 차동 조립체에 커플링되어 토크 벡터링 모드를 확립하게 되며, 상기 토크 벡터링 모드에서는 상기 변속기가 상기 제 1 및 제 2 차동 출력들에 대해 동등하지만 방향은 반대인 토크를 인가하고, 상기 이동식 요소가 제 2 위치에 배치되면, 상기 변속기가 상기 차동 조립체에 커플링되어 상기 차동 캐리어를 직접 구동하게 되는,
    차축 조립체.
  20. 차축 조립체이며,
    입력 부재;
    제 1 변속기 입력, 제 1 태양 기어, 제 1 링 기어, 복수의 제 1 유성 기어들 및 제 1 유성 캐리어를 가진 제 1 유성 기어 세트로서, 상기 제 1 변속기 입력은 상기 입력 부재에 의해 구동되고, 상기 제 1 유성 기어들은 상기 제 1 태양 기어와 상기 제 1 링 기어에 대해 망상으로 결합되며, 상기 제 1 유성 캐리어는 상기 제 1 유성 기어들을 회전하도록 지지하는, 상기 제 1 유성 기어 세트;
    차동 캐리어와, 상기 차동 캐리어에 수용되는 제 1 및 제 2 출력 부재들을 가진 차동 조립체; 및
    상기 차동 캐리어에 함께 회전하도록 커플링된 제 2 유성 캐리어를 가진 제 2 유성 기어 세트를 포함하고,
    상기 입력 부재, 상기 제 1 유성 기어 세트 및 상기 제 2 유성 기어 세트는 상기 차동 캐리어의 공통 축 단부에 배치되며, 상기 차축 조립체는 상기 제 1 및 제 2 유성 캐리어들이 서로로부터 회전가능하게 디커플링되는 모드로 작동가능한,
    차축 조립체.
  21. 기구의 일부분을 선형으로 변위시키기 위한 액추에이터이며,
    상기 기구는 적어도 2개의 모드들 사이에서 전환가능하고, 스위치는 상기 적어도 2개의 모드들 사이에서 전환하도록 배열되고,
    상기 액추에이터는,
    구동 부재에 작동가능하게 커플링되도록 배열된 입력 부재,
    상기 스위치에 작동가능하게 커플링되도록 배열된 출력 부재, 및
    상기 구동 부재의 회전 운동을 상기 스위치의 선형 운동으로 변환하는 변환 부재를 포함하고,
    상기 변환 부재는,
    원통형 캠으로서, 캠의 주연부의 적어도 일부분을 따라 연장하는 캠 그루브를 가진 원통형 캠과,
    상기 캠 그루브 내에서 이동하도록 배열된 캠 종동체를 포함하며,
    상기 캠은 상기 입력 부재에 작동가능하게 커플링되고,
    상기 캠 종동체는 상기 출력 부재에 작동가능하게 커플링되며,
    상기 그루브는,
    상기 캠의 종축에 대해 수직한 횡단면에 대해 평행하게 연장하는 제 1 그루브 부분과,
    상기 횡단면에 대해 평행하게 연장하는 제 2 그루브 부분, 및
    상기 제 1 및 제 2 그루브 부분들 사이에서 연장하고 상기 횡단면에 대해 0°를 초과하는 각도를 형성하며 상기 캠의 주연부를 따르는 방향으로 연장하는 제 3 그루브 부분을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 그루브 부분은 상기 일부분의 제 1 위치 및 제 2 위치에 각각 대응하며, 상기 제 1 및 제 2 위치는 상기 적어도 2개의 모드들 중 제 1 모드 및 제 2 모드에 각각 대응하고,
    상기 출력 부재는 로드이고, 상기 캠 종동체는 상기 로드 상에 배열된 돌기이며,
    상기 액추에이터는 상기 로드를 가이드하기 위해 배열된 가이드를 더 포함하고,
    상기 가이드는 상기 로드를 수용하도록 된 통로를 포함하며, 상기 통로는 비원형의 단면 형상을 갖고, 상기 로드는 일치하는 단면 형상을 가짐으로써, 상기 로드의 회전을 방지하는,
    액추에이터.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 그루브 부분은 상기 일부분의 제 1 위치 및 제 2 위치에 각각 대응하며, 상기 제 1 및 제 2 위치는 상기 적어도 2개의 모드들 중 제 1 모드 및 제 2 모드에 각각 대응하는,
    액추에이터.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 출력 부재는 로드인,
    액추에이터.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 캠 종동체는 상기 로드 상에 배열된 돌기인,
    액추에이터.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 로드를 가이드하기 위해 배열된 가이드를 더 포함하는,
    액추에이터.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 가이드는 상기 로드를 수용하도록 된 통로를 포함하며, 상기 통로는 비원형의 단면 형상을 갖고, 상기 로드는 일치하는 단면 형상을 가짐으로써, 상기 로드의 회전을 방지하는,
    액추에이터.
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