KR20160040073A

KR20160040073A - 전자식 차동 잠금장치

Info

Publication number: KR20160040073A
Application number: KR1020150057677A
Authority: KR
Inventors: 김정완
Original assignee: 김정완
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-04-12
Also published as: KR101637176B1

Abstract

본 발명은 주행하는 차량의 타이어가 비포장길, 자갈길, 진흙길이나 눈길 등에 빠져 공회전하는 경우 스위치 조작(ON/OFF)으로 전자식 차동 잠금장치(30)가 동작하여 차동 기능이 잠금(정지)되면서 양측 액슬(12)(13) 및 양측 타이어가 1:1 회전비, 또는 같은 회전수로 회전하게 되므로 비포장길, 자갈길, 진흙길이나 눈길 등의 슬립(Slip) 영역을 쉽게 탈출할 수 있도록 한 전자식 차동 잠금장치에 관한 것으로, 차동 케이스(2) 내부에 형성되는 결합홈에 고정되는 전자석(31)과, 전자석(31)에 근접 설치되고 일측 액슬축(14)의 외면에 스플라인 결합되어 액슬축(14)과 연동 회전하는 로터(34)는 전자석(31)의 외주연을 감싸는 외주연부(34b)와, 마찰부재(38) 방향으로 돌출되는 마찰면(34a)과, 축베어링(32a)이 결합 지지되는 돌출부(34e)가 형성되고, 복원부재(36)의 일측면 가장자리 부분에 링 형상의 마찰부재(38)를 복수의 볼트(35)로 고정하되, 복원부재(36)의 고정부(36a)와 마찰부재(38) 사이에 평와셔(39)를 설치하여 복원부재(36)의 탄성력과 마찰부재(38)의 복귀력이 향상되도록 하고, 경보기(A)는 스위치(S)의 온(ON)에 의해 60초 전후의 주기로 경보되도록 함으로써 차동 잠금 해제를 잊어버리지 않도록 구성된다.

Description

전자식 차동 잠금장치{Differential locking system of electronic type}

본 발명은 차량에 설치되는 전자식(電子式) 차동 잠금장치에 관한 것으로, 상세하게는 차동 기어 일측에 전자석과 로터 및 마찰부재로 구성되고 스위치로 간편하게 조작(ON/OFF)할 수 있는 전자식 차동 잠금장치를 설치하여 차량 타이어가 비포장길, 자갈길, 진흙길이나 눈길 등에 빠진 경우 쉽게 헤쳐 나올 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 주행하는 차량의 타이어가 비포장길, 자갈길, 진흙길이나 눈길 등에 빠진 경우 공회전(Slip)하면서 주행이 불가능하거나 또는 차량 후미가 흔들리는 피쉬 테일(fish tail) 현상이 발생 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 소형 차량의 경우 차동 제한장치(LSD: Limited Slip Differential)가 사용되고, 중형 차량 및 대형 차량의 경우 차동 잠금장치(Differential Locking System)가 사용되고 있다.

상기 차동 제한장치(LSD)는 슬립으로 공회전하고 있는 타이어의 동력은 감소시키고, 큰 저항이 작용되고 있는 반대쪽 타이어는 감소 된 만큼의 동력을 더 전달하는 방법으로 구동력을 제어함으로써 슬립에 의한 타이어의 공회전없이 차량이 주행할 수 있게 된다. 또한, 차동 제한장치(LSD)에 의해 미끄러운 노면에서 차량의 출발이 용이 해질 뿐 아니라, 타이어의 슬립이 방지되어 수명이 연장되며, 급가속할 때에도 보다 안정적인 주행이 달성되는 등의 장점이 있으나, 운전자가 수동으로 작동시키도록 구성되어 있기 때문에 사용이 불편하며, 타이어가 슬립지역을 탈출한 후에도 제때에 잠금장치를 해제하지 않을 경우, 드라이브 기어와 차동기어와 액슬축 등의 구성부품들이 충격이나 손상을 받게 되는 등의 여러 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0000075호(발명의 명칭: 차동 잠금장치, 2012. 01. 03. 특허공개) 대한민국 공개실용신안공보 실2000-0002660호(고안의 명칭: 차량용 차동제한장치의 작동스위치, 2000. 02. 07. 실용신안공개)

본 발명은 차동 기어 일측에 전자석과 로터 및 마찰부재로 구성되고 스위치로 차동 잠금 및 차동 잠금 해제를 간편하게 조작(ON/OFF)할 수 있는 전자식 차동 잠금장치를 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 차동 잠금해제 경보기능을 부가하여 슬립지역을 탈출한 후에 차동 잠금 해제를 잊어버리지 않게 경보되도록 함으로써 드라이브 기어와 차동기어 및 액슬축 등이 심각한 충격이나 손상을 받지 않도록 함을 특징으로 한다.

본 발명 전자식 차동 잠금장치는, 차동 케이스(2) 내부에 형성되는 결합홈에 고정되는 전자석(31)과, 전자석(31)에 근접 설치되고 일측 액슬축(14)의 외면에 스플라인 결합되어 액슬축(14)과 연동 회전하는 로터(34)와, 기어박스(11)의 외측면(11a)에 중앙 통공(36c)이 끼워진 다음 복수의 체결부재(37)로 고정되어 기어박스(11)와 연동 회전하는 복원부재(36)와, 전자석(31)의 코일(33)로 전원(B)을 공급(ON)하거나 차단(OFF)하는 스위치(S)와, 제어기(C)의 출력에 접속되는 경보기(A)를 포함하는 전자식 차동 잠금장치를 구성함에 있어서; 상기 로터(34)는 전자석(31)의 외주연을 감싸는 외주연부(34b)와, 마찰부재(38) 방향으로 돌출되는 마찰면(34a)과, 축베어링(32a)이 결합 지지되는 돌출부(34e)가 형성되고, 상기 복원부재(36)의 일측면 가장자리 부분에 링 형상의 마찰부재(38)를 복수의 볼트(35)로 고정하되, 복원부재(36)의 고정부(36a)와 마찰부재(38) 사이에 평와셔(39)를 설치하여 복원부재(36)와 마찰부재(38)가 평와셔(39) 두께 만큼 이격되도록 함으로써 복원부재(36)의 탄성력과 마찰부재(38)의 복귀력이 향상되도록 하고, 상기 경보기(A)는 스위치(S)의 온(ON)에 의해 60초 전후의 주기로 경보되도록 하되, 스위치(S)의 오프(OFF)에 의해 경보가 멈추도록 함으로써 차동 잠금 해제를 잊어버리지 않도록 구성될 수 있다.

본 발명은 주행하는 차량의 타이어가 비포장길, 자갈길, 진흙길이나 눈길 등에 빠져 공회전(Slip)하는 경우 스위치 조작(ON/OFF)으로 전자식 차동 잠금장치(30)가 동작하여 차동 기능이 잠금(정지)되면서 양측 액슬(12)(13) 및 양측 타이어가 1:1 회전비, 또는 같은 회전수로 회전하게 되므로 비포장길, 자갈길, 진흙길이나 눈길 등의 슬립(Slip) 영역을 쉽게 탈출할 수 있게 되며, 또한 차량 후미가 흔들리는 피쉬 테일(fish tail) 현상이 발생하지 않을 뿐 아니라, 노약자라도 스위치 조작(ON/OFF)으로 간편하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 로터(34) 부분에 복수의 곡선구멍(34g)(34h)이 소정 간격으로 균등하게 형성되어 마찰부재(38) 방향으로 자력(磁力)과 자기장이 효율적으로 투과되거나 전달되며, 마찰부재(38)에도 복수의 곡선구멍(41)이 소정 간격으로 균등하게 형성되어 전자석(31)으로 공급되는 전원(B) 차단에 의해(스위치 OFF) 자력(磁力)이 소멸(소실)되는 경우 마찰부재(38)의 잔류 자기가 신속히 제거되므로 차동 잠금 및 차동 잠금 해제에 대한 응답속도가 빨라지고 신속한 동작이 달성되는 효과가 있다.

본 발명은 복원부재(36)의 고정부(36a)와 마찰부재(38) 사이에 평와셔(39)가 설치되어 복원부재(36)의 탄성력과 마찰부재(38)의 복귀력이 크게 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 차동 잠금해제 경보기능이 부가되어 있어서 차동 장치 잠금 후 일정시간이 경과되면 자동으로 경보되도록 함으로써 슬립지역을 탈출한 후에도 차동 잠금장치의 해제를 잊어버리지 않게 되므로 드라이브 기어와 차동기어와 액슬축 등의 구성부품 손상이나 충격이 발생하지 않는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 설치 구성도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 동작 전 단면도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 요부 분해 사시도.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 동작 전 확대 단면도.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 동작 후 단면도.
도 6 : 본 발명 일 예로 도시한 동작 후 확대 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략하며, 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

도 1은 본 발명 일 예로 도시한 전자식 차동 잠금장치(30)의 설치 구성도이고, 도 2는 본 발명 일 예로 도시한 전자식 차동 잠금장치(30)의 동작 전 단면도이고, 도 3은 본 발명 일 예로 도시한 요부 분해 사시도로, 기어박스(11) 내부에 형성되는 공간부 양측에 사이드기어(16)(17)가 대향 설치되고, 사이드기어(16)(17)에 액슬축(14)(15)이 각각 설치되고, 기어박스(11) 바깥으로 돌출되는 액슬축(14)(15)의 외측 단부에는 유니버셜죠인트(24)(25)의 일측이 스플라인 결합되고, 유니버셜죠인트(24)(25)의 타측에는 타이어(44)(45) 축부가 각각 스플라인 결합되고, 사이드기어(16)(17)의 상하부에는 한 쌍의 피니언기어(19)(20)가 치합되고, 상하 피니언기어(19)(20)는 기어박스(11)에 축설치되는 피니언축(18)으로 연결되고, 기어박스(11)의 일측에는 링기어(22)가 복수의 체결부재(23)로 고정되고, 링기어(22)에는 감속기어(10)가 치합되고, 감속기어(10)의 아이들 축봉(8)에는 다른 감속기어(9)가 고정되고, 다른 감속기어(9)에는 구동축(6)에 고정된 또 다른 감속기어(7)가 치합되며, 구동축(6)의 일측단부(6a)에는 엔진 및 동력전달장치가 연결되어 구동력이 전달되며, 상기 부품들은 차동 케이스(2)의 공간부(5)에 위치하면서 보호되며, 유니버셜죠인트(24)(25)와 구동축(6)은 차동 케이스(2) 바깥으로 돌출된다.

상기 차동 케이스(2)는 복수의 체결부재(3)(4)에 의해 양측 케이스(2a)(2b)가 체결 고정되고, 기어박스(11)와 차동 케이스(2)의 내부 공간에는 윤활유 등이 충진 된다.

한편, 본 발명에서는 차동 케이스(2)의 내부에 형성되는 공간부(5) 일측, 이를테면 링기어(22)의 맞은편에 전자식 차동 잠금장치(30)가 설치되며, 상기 전자식 차동 잠금장치(30)는 스위치(S)를 이용한 간편한 조작(ON/OFF)에 의해 전원(B)이 전자석(31)으로 공급되거나 차단되면서 차동 기능이 잠금되거나, 또는 잠금 상태의 차동 기능이 잠금 해제된다.

상기 전자식 차동 잠금장치(30)는, 차동 케이스(2) 내부에 형성되는 결합홈에 결합 및 고정되는 전자석(31)과, 전자석(31)에 근접 설치되고 일측 액슬축(14)의 외면에 스플라인 결합되어 액슬축(14)과 연동 회전하는 로터(34)와, 기어박스(11)의 외측면(11a)에 중앙 통공(36c)이 끼워진 다음 복수의 체결부재(37)로 고정되어 기어박스(11)와 연동 회전하는 복원부재(36)와, 복원부재(36)의 일측면 가장자리 부분에 고정되는 링(Ring) 형상의 마찰부재(38)와, 전자석(31)의 코일(33)로 전원(B)을 공급(ON)하거나 차단(OFF)하는 스위치(S)로 구성된다. 도면부호 (36d)는 체결부재(37)가 끼워지는 구멍이다.

상기 복원부재(36)는 판스프링 등으로 구성되며, 탄성이 우수하도록 가장자리 부분에 형성되는 고정부(36a)가 사각 또는 육각 또는 팔각 형상이며, 고정부(36a)와 고정부(36a) 사이에는 요입홈(36b)이 각각 형성된다.

상기 복원부재(36)의 고정부(36a)에는 볼트(35) 결합공(36e)이 각각 형성되고, 마찰부재(38)의 가장 자리 부분에는 나공(38b)이 형성되어 복수의 볼트(35)에 의해 복원부재(36)와 마찰부재(38)가 고정된다.

상기 복원부재(36)의 고정부(36a)와 마찰부재(38) 사이에 평와셔(39)를 설치하여 복원부재(36)와 마찰부재(38)가 평와셔(39) 두께 만큼 이격되게 구성함으로써 복원부재(36)의 탄성력과 마찰부재(38)의 복귀력이 보다 향상된다.

상기 전자석(31)의 중앙에는 통공(31a)이 형성되어 액슬축(14)이 관통하고, 마찰부재(38)의 중앙에도 통공(38a)이 형성되어 액슬축(14)이 관통한다. 미 설명부호 (12)(13)(32)(32a)는 축베어링이다.

상기 전자석(31)은 로터(34) 방향으로 개방된 방자형 구조여서 대부분의 자기장 및 자력이 로터(34)로 향하거나 전달되며, 상기 로터(34)는 전자석(31)을 감싸도록 구성함으로써 대부분의 자력과 자기장이 로터(34)로 향하거나 전달된다.

상기 로터(34)는 중앙에 통공(34c)이 형성되며, 통공(34c) 내주면에는 스플라인(34d)이 형성되어 액술축(14) 외주면에 스플라인 결합되어 액슬축(14)과의 견고한 결합이 이루어져 액슬축(14)을 따라 연동하여 회전하게 된다.

상기 로터(34)는 전자석(31)의 외주연을 감싸는 외주연부(34b)와, 마찰부재(38) 방향으로 돌출되는 마찰면(34a)과, 축베어링(32a)이 결합 지지되는 돌출부(34e)가 형성된다.

상기 복원부재(36)에 의해 탄지되는 마찰링(38)과 로터(34) 사이에는 도 2, 도 4와 같이 소정 간격의 틈(G)이 형성되어 서로 간의 접촉이 금지되면서 차동 기능이 달성되지만, 스위치(S)의 온(ON) 동작에 의해 전원(B)이 코일(33)로 공급되면서 전자석(31)이 여자(勵磁)되면 자력(磁力)에 의해 마찰부재(38)가 로터(34) 표면(34a)에 흡착되면서 연동회전하게 된다.

따라서 기어박스(11)와 액슬축(14)(15)이 1:1 회전비로 연동회전하면서 차동 기능이 잠금되고, 비포장길, 자갈길, 진흙길이나 눈길 등의 슬립 영역에 빠져 공회전하는 타이어와 큰 저항이 작용되고 있는 반대쪽 타이어가 같은 동력으로 회전하게 되므로 슬립에 의한 타이어의 공회전없이 차량이 주행할 수 있게 된다.

또한, 차동 제한장치(LSD)에 의해 미끄러운 노면에서 차량 출발이 용이 해질 뿐 아니라, 타이어의 슬립이 방지되어 수명이 연장되며, 급가속할 때에도 보다 안정적인 주행이 달성되며, 차량 후미가 흔들리는 피쉬 테일(fish tail) 현상이 방지된다.

본 발명에서 전자석(31)의 자력(磁力)과 자기장이 마찰부재(38)로 잘 전달될 수 있도록 도 3과 같이 로터(34) 부분에 복수의 곡선구멍(34g)(34h)이 소정 간격으로 균등하게 형성되어 마찰부재(38) 방향으로 자력(磁力)과 자기장이 효율적으로 투과되거나 전달되며, 마찰부재(38)에도 복수의 곡선구멍(41)이 소정 간격으로 균등하게 형성되어 전자석(31)으로 공급되는 전원(B) 차단에 의해(스위치 OFF) 자력(磁力)이 소멸(소실)되는 경우 상기 곡선구멍(41)에 의해 마찰부재(38)의 잔류 자기가 신속히 제거되므로 차동 잠금 및 차동 잠금 해제에 대한 응답속도가 빨라 신속한 동작이 달성된다.

상기 전자석(31)은 원통형의 철금속이며, 개방홈에는 전원선(33a)으로 연결되는 코일(33)이 권회된다. 상기 코일(33)은 보빈(도시안됨)에 권회 된 다음 개방홈에 결합될 수 있으며, 또는 권회된 코일(33)이 상기 개방홈에 결합된 다음 실링 및 고정될 수 있다.

본 발명에서 도 1과 같이 구동축(6)의 일측단부(6a)에는 엔진의 동력이 전달되고, 구동축(6)의 타측단부(6b)에 전자브레이크(46)가 설치되어 전자적으로 제동된다.

한편, 본 발명에서 도 1과 같이 차동 잠금 해제 경보기능을 부가하여 슬립지역을 탈출한 후에 차동 잠금 해제를 잊어버리지 않게 경보되도록 함으로써 드라이브 기어와 차동기어 및 액슬축 등이 심각한 충격이나 손상을 받지 않도록 함이 바람직하다.

이러한 경우, 전자식 차동 잠금장치(30)와 경보기(A)를 병열로 접속하거나, 또는 도 1에 예시한 것처럼 전자식 차동 잠금장치(30)와 전자브레이크(46)를 제어하는 제어기(C)의 출력에 경보기(A)를 접속하여 전자식 차동 잠금장치(30)가 잠금된 후 설정된 소정시간이 지나면 부저나 경보음이 울리도록 경보되게 함으로써 슬립지역을 탈출한 후에 차동 잠금 해제를 잊어버리지 않게 되며, 따라서 드라이브 기어와 차동기어 및 액슬축 등이 심각한 충격이나 손상을 받지 않게 된다.

상기 경보기(A)는 슬립지역을 탈출하기에 적절한 시간, 예컨대 지역이나 조건 및 상황 등에 따라 상이하지만 60초 전후의 주기로 경보되게 구성함으로써 차동 잠금 해제를 잊어버리지 않도록 한다. 상기 경보기(A)는 경보시간과 경보주기 및 경보음량 등을 설정할 수 있는 것이 바람직하며, 오프(OFF) 시키면 주기적인 경보가 멈춘다.

본 발명은 차량이 주행 중에 일측 타이어가 비포장길, 자갈길, 진흙길이나 눈길 등에 빠져 슬립되는 경우 운전자가 스위치(23)를 온(ON)시켜 전원(22)이 공급되면 도 5, 도 6과 같이 전자석(31)이 여자(勵磁)되면서 기어박스(11)를 따라 회전하면서 복원부재(36)에 의해 탄지되고 있던 마찰부재(21)가 전자력(電磁力)에 의해 로터(20)에 흡착되어 로터(20)와 연동 회전하게 되므로 차동 기능이 잠금(정지)되며, 따라서 양측 액슬(12)(13) 및 양측 타이어(44)(45)가 1:1 회전비로 회전하게 되므로, 차량이 비포장길, 자갈길, 진흙길이나 눈길 등의 슬립 영역을 쉽게 빠져나오거나 탈출할 수 있게 된다.

상기 슬립 영역을 쉽게 빠져나오거나 탈출한 후에 운전자가 스위치(23)를 오프(OFF)시키면 전자석(31)으로 공급되던 전원(22)이 차단(단전)되면서 자력과 자기장이 상실되므로 로터(20)에 흡착되어 따라 회전하던 마찰부재(28)가 도 2, 도 4와 같이 복원부재(36)의 탄지력에 의해 복귀하면서 로터(20)와 이격되며, 복원부재(36)와 로터(20) 사이에 틈(G)이 형성되므로 차동 기능이 회복 또는 해제된다.

본 발명은 스위치(S)를 이용한 전자식 제어 구조이므로 노약자도 간편하게 사용할 수 있으며, 슬립 영역을 쉽게 빠져나오거나 탈출하면 스위치(S)로 차동 잠금 기능을 해제시킬 수 있어서 차량 후미가 흔들리는 피쉬 테일(fish tail) 현상이 발생하지 않을 뿐 아니라, 경보기능이 있어서 차동 잠금 기능 해제를 잊어버리지 않아 드라이브 기어와 차동기어 및 액슬축 등이 심각한 충격이나 손상을 받지 않게 된다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

(2)--차동 케이스 (11)--기어박스
(14)(15)--액슬축 (30)--전자식 차동 잠금장치
(31)--전자석 (33)--전자석 코일
(34)--로터 (34g)(34h)(41)--곡선구멍
(36)--복원부재 (36a)--고정부
(36b)--요입홈 (36e)--볼트 결합공
(37)--체결부재 (38)--마찰부재
(39)--평와셔 (A)--경보기
(B)--전원 (C)--제어기
(S)--스위치

Claims

차동 케이스(2) 내부에 형성되는 결합홈에 고정되는 전자석(31)과, 전자석(31)에 근접 설치되고 일측 액슬축(14)의 외면에 스플라인 결합되어 액슬축(14)과 연동 회전하는 로터(34)와, 기어박스(11)의 외측면(11a)에 중앙 통공(36c)이 끼워진 다음 복수의 체결부재(37)로 고정되어 기어박스(11)와 연동 회전하는 복원부재(36)와, 전자석(31)의 코일(33)로 전원(B)을 공급(ON)하거나 차단(OFF)하는 스위치(S)와, 제어기(C)의 출력에 접속되는 경보기(A)를 포함하는 전자식 차동 잠금장치를 구성함에 있어서;
상기 로터(34)는 전자석(31)의 외주연을 감싸는 외주연부(34b)와, 마찰부재(38) 방향으로 돌출되는 마찰면(34a)과, 축베어링(32a)이 결합 지지되는 돌출부(34e)가 형성되고,
상기 복원부재(36)의 일측면 가장자리 부분에 링 형상의 마찰부재(38)를 복수의 볼트(35)로 고정하되, 복원부재(36)의 고정부(36a)와 마찰부재(38) 사이에 평와셔(39)를 설치하여 복원부재(36)와 마찰부재(38)가 평와셔(39) 두께 만큼 이격되도록 함으로써 복원부재(36)의 탄성력과 마찰부재(38)의 복귀력이 향상되도록 하고,
상기 경보기(A)는 스위치(S)의 온(ON)에 의해 60초 전후의 주기로 경보되도록 하되, 스위치(S)의 오프(OFF)에 의해 경보가 멈추도록 함으로써 차동 잠금 해제를 잊어버리지 않도록 함을 특징으로 하는 전자식 차동 잠금장치.