KR20160113316A - 드라이브라인 구성요소를 위한 작동기 - Google Patents

드라이브라인 구성요소를 위한 작동기 Download PDF

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커트 디. 길모어
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아메리칸 액슬 앤드 매뉴팩쳐링, 인코포레이티드
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Abstract

인덱싱 가이드, 제1 및 제2 인덱싱 링, 작동기 출력부, 스프링 및 모터를 갖춘 작동기. 인덱싱 가이드는 제1 캠을 구비한다. 제1 인덱싱 링은 인덱싱 가이드에 활주가능하게 장착되고, 제2 캠을 포함한다. 제2 인덱싱 링은 인덱싱 가이드 상에 활주가능하게 그리고 회전가능하게 배치되고, 제1 캠과 맞물리는 스플라인 치형부와, 제2 캠과 맞물리는 제3 캠을 구비한다. 스프링은 제2 인덱싱 링을 제1 인덱싱 링을 향해 구동시키는 힘을 제2 인덱싱 링 상에 가한다. 모터는 제2 캠과 제3 캠 사이의 그리고 스플라인 치형부와 제1 캠 사이의 협동이 작동축을 중심으로 하는 제2 인덱싱 링의 축방향 및 회전 운동을 유발하도록 제1 인덱싱 링을 왕복운동시키도록 구성된다.

Description

드라이브라인 구성요소를 위한 작동기{ACTUATOR FOR A DRIVELINE COMPONENT}
<관련 출원의 상호 참조>
본 출원은 2014년 2월 20일자로 출원된 미국 가출원 제61/942,364호의 이익을 청구한다. 상기 출원의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
<분야>
본 개시 내용은 드라이브라인(driveline) 구성요소 내의 시프트가능 부재(shiftable member)를 이동시키기 위해 채용될 수 있는 작동기(actuator)에 관한 것이다.
본 단락은 반드시 종래 기술은 아닌, 본 개시 내용과 관련된 배경 정보를 제공한다.
하나 이상의 동력 전달 요소를 선택적으로 맞물리게 하고 맞물림 해제시키기 위해, 액슬(axle), 트랜스퍼 케이스(transfer case), 동력 인출 장치(power take-off unit) 및 중앙 차동장치(center differential)와 같은 다수의 드라이브라인 구성요소 내에 리니어 작동기(linear actuator)가 채용된다. 다양한 동력 전달 요소들 사이의 선택적인 맞물림은 예를 들어 동력 전달 요소 중 적어도 하나의 드라이브라인 구성요소의 다른 요소에 대한 상대 회전을 억제하기 위해 그리고/또는 드라이브라인 구성요소가 상이한 속도 또는 모드로 작동하게 하기 위해 채용될 수 있다.
그러한 리니어 작동기는 전형적으로 모터를 포함하며, 이러한 모터의 출력이 하나 이상의 동력 전달 요소의 이동을 유발하기 위해 채용된다. 흔히 채용되는 모터의 예는 유체-동력식 모터, 예를 들어 공압 모터 및 유압 모터, 솔레노이드, 예를 들어 전자기 유도 코일 및 코일에 대해 이동가능한 전기자를 갖춘 솔레노이드, 및 유도 모터를 포함한다.
알려진 리니어 작동기가 그들의 의도된 목적에 적합하지만, 본 출원인은 차량 드라이브라인 구성요소에 사용하기에 적합한 그리고 리니어 작동기의 모터에 대한 연속적인 동력의 인가를 필요로 함이 없이 특정 상태(즉, 맞물린 상태 또는 맞물림 해제된 상태)로 유지될 수 있는 리니어 작동기에 대한 본 기술분야의 필요성을 확인하였다.
본 단락은 본 개시 내용의 전반적인 개요를 제공하고, 그의 전체 범위 또는 그의 모든 특징의 포괄적인 개시 내용이 아니다.
일 형태에서, 본 교시 내용은 환형 인덱싱 가이드(annular indexing guide), 제1 및 제2 인덱싱 링(indexing ring), 작동기 출력부, 제1 스프링, 및 모터를 포함하는 작동기를 제공한다. 환형 인덱싱 가이드는 작동축을 따라 배치되고, 복수의 제1 캠 치형부와 복수의 가이드 홈을 갖춘 제1 캠(cam)을 한정한다. 제1 캠 치형부는 인덱싱 가이드 주위에 원주방향으로 이격된다. 가이드 홈은 가이드 홈들 각각이 한 쌍의 제1 캠 치형부 사이에 배치되도록 인덱싱 가이드 주위에 원주방향으로 이격된다. 제1 인덱싱 링은 작동축을 따른 왕복 운동을 위해 인덱싱 가이드 상에 활주가능하게 수용된다. 제1 인덱싱 링은 복수의 제1 스플라인 치형부, 제1 맞닿음 표면(abutment surface) 및 제2 캠을 한정한다. 제1 스플라인 치형부는 제1 인덱싱 링의 내부 표면 상에 배치되고, 가이드 홈 내에 수용된다. 제2 캠은 작동축을 따라 제1 맞닿음 표면으로부터 이격되고, 복수의 제2 캠 치형부를 구비한다. 제2 인덱싱 링은 작동축을 따른 왕복 운동을 위해 인덱싱 가이드 상에 활주가능하게 수용된다. 제2 인덱싱 링은 복수의 제2 스플라인 치형부와 제3 캠을 한정한다. 제2 스플라인 치형부는 제2 인덱싱 링의 내부 표면 상에 배치되고, 제1 캠과 맞물린다. 제3 캠은 제2 캠에 맞물린다. 제1 스프링은 제2 인덱싱 링 반대편의 작동기 출력부의 측면 상에 배치되고, 작동기 출력부를 제2 인덱싱 링을 향해 편향시킨다. 모터는 제1 인덱싱 링을 작동축을 따라 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키도록 구성되는 모터 출력 부재를 구비한다. 제2 스플라인 치형부는 제1 인덱싱 링이 제1 위치에 있을 때 제1 캠 치형부에 맞물리지 않는다. 제2 스플라인 치형부는 제1 인덱싱 링이 제2 위치에 있을 때 제1 캠 치형부 상에 배치된다.
다른 형태에서, 본 교시 내용은 환형 인덱싱 가이드, 제1 및 제2 인덱싱 링, 작동기 출력부, 제1 및 제2 스프링, 및 모터를 포함하는 작동기를 제공한다. 환형 인덱싱 가이드는 작동축을 따라 배치되고, 복수의 제1 캠 치형부와 복수의 가이드 홈을 갖춘 제1 캠을 한정한다. 제1 캠 치형부는 인덱싱 가이드 주위에 원주방향으로 이격된다. 가이드 홈은 가이드 홈들 각각이 한 쌍의 제1 캠 치형부 사이에 배치되도록 인덱싱 가이드 주위에 원주방향으로 이격된다. 제1 인덱싱 링은 작동축을 따른 왕복 운동을 위해 인덱싱 가이드 상에 활주가능하게 수용된다. 제1 인덱싱 링은 복수의 제1 스플라인 치형부, 제1 맞닿음 표면 및 제2 캠을 한정한다. 제1 스플라인 치형부는 제1 인덱싱 링의 내부 표면 상에 배치되고, 가이드 홈 내에 수용된다. 제2 캠은 작동축을 따라 제1 맞닿음 표면으로부터 이격되고, 복수의 제2 캠 치형부를 구비한다. 제2 인덱싱 링은 인덱싱 가이드 상에 회전가능하게 그리고 활주가능하게 수용된다. 제2 인덱싱 링은 복수의 제2 스플라인 치형부와 제3 캠을 한정한다. 제2 스플라인 치형부는 제2 인덱싱 링의 내부 표면 상에 배치되고, 제1 캠과 맞물린다. 제3 캠은 제2 캠에 맞물린다. 제1 스프링은 작동기 출력부와 제2 인덱싱 링 사이에 배치되고, 제2 인덱싱 링을 작동기 출력부로부터 멀어지게 그리고 제1 인덱싱 링을 향해 편향시킨다. 제2 스프링은 제1 스프링 반대편의 작동기 출력부의 측면 상에 배치되고, 작동기 출력부를 제2 인덱싱 링을 향해 편향시킨다. 모터는 제1 인덱싱 링을 작동축을 따라 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키도록 구성되는 모터 출력 부재를 구비한다. 제1 인덱싱 링이 제1 및 제2 위치들 사이에서 반복적으로 왕복운동될 때 제2 및 제3 캠 치형부의 맞물림이, 제2 스플라인 치형부가 제1 캠 치형부와 가이드 홈에 교번하여 정렬될 수 있도록 작동기 축을 중심으로 하는 제2 인덱싱 링의 회전을 유발한다.
또 다른 적용가능한 영역이 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 이러한 개요의 설명과 특정 예는 단지 예시의 목적으로 의도되고, 본 개시 내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 명세서에 묘사된 도면은 모든 가능한 구현예가 아닌 선택된 실시예의 단지 예시적인 목적을 위한 것이고, 본 개시 내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1은 본 개시 내용의 교시 내용에 따라 구성된 리니어 작동기(작동기 조립체)를 포함하는 예시적인 드라이브라인 구성요소를 갖춘 차량의 개략도이다.
도 2는 도 1의 작동기 조립체의 일부분의 분해 사시도이다.
도 3은 맞물림 해제된 상태에 있는 작동기 조립체의 작동기를 예시한, 도 1의 작동기 조립체의 종단면도이다.
도 4는 인덱싱 가이드와 제1 및 제2 인덱싱 링을 더욱 상세히 예시한, 도 2의 확대된 부분이다.
도 5는 인덱싱 가이드의 일부분의 측면도이다.
도 6은 제1 인덱싱 링의 일부분의 측면도이다.
도 7은 도 3의 도면과 유사하지만 맞물린 상태에 있는 작동기를 예시한 도면이다.
도 8은 본 개시 내용의 교시 내용에 따라 구성된 다른 작동기 조립체의 개략도이다.
도면들 중 여러 도면 전반에 걸쳐 대응 도면 부호가 대응 부품을 가리킨다.
이제 예시적인 실시예가 첨부 도면을 참조하여 더욱 완전히 설명될 것이다.
도면들 중 도 1을 참조하면, 본 개시 내용의 교시 내용에 따라 구성된 리니어 작동기를 갖춘 드라이브라인 구성요소를 구비한 예시적인 차량이 전반적으로 도면 부호 10에 의해 표시된다. 차량(10)은 파워 트레인(power train)(12)과 드라이브 라인 또는 드라이브 트레인(drive train)(14)을 구비할 수 있다. 파워 트레인(12)은 종래식으로 구성될 수 있고, 동력원(power source)(16)과 변속기(transmission)(18)를 포함할 수 있다. 동력원(16)은 추진력을 제공하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 내연 기관 및/또는 전기 모터를 포함할 수 있다. 변속기(18)는 동력원(16)으로부터 추진력을 수용할 수 있고, 드라이브 트레인(14)에 동력을 출력할 수 있다. 변속기(18)는 복수의 자동 또는 수동 선택식 기어비를 가질 수 있다. 제공된 특정 예의 드라이브 트레인(14)은 전륜 구동(all-wheel drive) 구성을 갖지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 개시 내용의 교시 내용이 사륜 구동(four-wheel drive) 구성, 후륜 구동(rear-wheel drive) 구성, 및 전륜 구동(front-wheel drive) 구성을 비롯한 다른 드라이브 트레인 구성에 적용가능한 것을 인식할 것이다. 드라이브 트레인(14)은 전방 액슬 조립체(20), 동력 인출 장치(power take-off unit)(PTU)(22), 프로펠러 샤프트(prop shaft)(24) 및 후방 액슬 조립체(26)를 포함할 수 있다. 전방 액슬 조립체(20)는 전방 빔 액슬(front beam axle) 또는 독립 전륜 구동 액슬(independent front drive axle)과 같이 임의의 원하는 방식으로 구성될 수 있다. 변속기(18)의 출력부가 전방 액슬 조립체(20)의 입력부에 결합되어 전방 액슬 조립체(20)의 입력 부재(30)를 구동시킬 수 있다. PTU(22)는 전방 액슬 조립체(20)의 입력 부재(30)로부터 회전력을 수용할 수 있는 PTU 입력 부재(32)와, 회전력을 프로펠러 샤프트(24)에 전달할 수 있는 PTU 출력 부재(34)를 구비할 수 있다. 프로펠러 샤프트(24)는 PTU(22)에 의해 출력된 회전력이 후방 액슬 조립체(26)에 의해 수용되도록 PTU 출력 부재(34)를 후방 액슬 조립체(26)에 결합시킬 수 있다. 후방 액슬 조립체(26)는 후방 빔 액슬(rear beam axle), 독립 후륜 구동 액슬(independent rear drive axle), 또는 후륜 구동 모듈(rear drive module)과 같이 임의의 원하는 방식으로 구성될 수 있다. 전방 액슬 조립체(20)는 차량 전륜(40)을 구동시키도록 풀-타임(full-time)으로 구동될 수 있는 한편, 하나 이상의 클러치가 후방 액슬 조립체(26)와 차량 후륜(42)으로의 동력 전달을 선택적으로 차단시키기 위해 채용될 수 있다. 제공된 특정 예에서, 드라이브 트레인(14)은 PTU(22)를 통한 회전력의 전달을 차단시키도록(예컨대, PTU 입력 부재(32)로부터 전방 액슬 조립체(20)의 입력 부재(30)를 분리시키도록) 구성될 수 있는 제1 클러치(46)와, 차동장치 조립체(52)의 사이드 기어(side gear)(50)와 차량 후륜들 중 관련 후륜(42a) 사이의 동력 전달을 차단시키도록 구성될 수 있는 제2 클러치(48)를 포함한다. 제2 클러치(48)는 본 개시 내용의 교시 내용에 따라 구성되는 작동기 조립체(54)를 포함할 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 작동기 조립체(54)는 제1 샤프트(60), 제2 샤프트(62), 및 작동기 하우징(70), 제1 작동기 부재(72), 제2 작동기 부재(74), 시프트 부재(76), 인덱싱 가이드(78), 각각 제1 및 제2 인덱싱 링(80, 82), 스러스트 부재(thrust member)(84), 제1 편향 스프링(86), 제2 편향 스프링(88) 및 모터(90)를 갖춘 작동기(64)를 포함할 수 있다. 제1 샤프트(60)는 사이드 기어들(50) 중 하나에 그것과 함께 회전하기 위해 결합될 수 있는 제1 단부와, 제1 작동기 부재(72)에 확고하게 그리고 회전 불가능하게 결합될 수 있는 반대편 제2 단부를 구비할 수 있다. 제2 샤프트(62)는 후륜들 중 하나(42a)(도 1)에 그것과 함께 회전하기 위해 결합될 수 있는 제1 단부와, 제2 작동기 부재(74)에 확고하게 그리고 회전 불가능하게 결합될 수 있는 반대편 제2 단부를 구비할 수 있다.
작동기 하우징(70)은 제1 및 제2 샤프트(60, 62)의 제2 단부와 작동기(64)의 나머지의 전부 또는 일부가 그 내에 수용될 수 있는 공동(100)을 한정할 수 있다. 제1 및 제2 샤프트(60, 62)는 작동기 하우징(70)에 대해 회전가능할 수 있고, 그들의 종축이 작동기 하우징(70)에 의해 한정될 수 있는 축(102)과 일치하도록 배치될 수 있다.
제1 작동기 부재(72)는 제1 샤프트(60)에 확고하게 그리고 회전 불가능하게 결합될 수 있고, 복수의 원주방향으로 이격된 제1 치형부(110)를 포함할 수 있다. 유사하게, 제2 작동기 부재(74)는 제2 샤프트(62)에 확고하게 그리고 회전 불가능하게 결합될 수 있고, 복수의 원주방향으로 이격된 제2 치형부(112)를 포함할 수 있다. 원한다면, 일단의 조종(piloting) 특징부가 제1 및 제2 샤프트(60, 62)의 제2 단부와 제1 및 제2 작동기 부재(72, 74)를, 그들의 회전축이 일치하도록 하는 위치에 유지시키기 위해 채용될 수 있다. 제공된 특정 예에서, 이러한 일단의 조종 특징부는 제1 샤프트(60)의 종축과 동심으로 제1 샤프트(60)의 제2 단부와 제1 작동기 부재(72) 내에 형성되는 구멍(116)과, 제2 샤프트(62)의 제2 단부 반대편에 있는 측면 상에서 제2 작동기 부재(74)로부터 연장되는 섕크(shank)(118)(즉, 이로써 제2 작동기 부재(74)가 섕크(118)와 제2 샤프트(62)의 제2 단부 사이에 배치됨)를 포함한다. 섕크(118)는 제2 샤프트(62)의 종축을 중심으로 동심으로 배치되고, 구멍(116) 내에 수용된다. 섕크(118)와 구멍(116)은 제1 및 제2 샤프트(60, 62)의 종축을 서로 정렬시키도록(그리고 이에 따라 축(102)과 일치하도록) 크기설정된다.
작동기(64)의 출력부(출력 부재)일 수 있는 시프트 부재(76)는 축(102)을 따라 공동(100) 내에서 이동가능할 수 있고, 복수의 제3 치형부(120), 복수의 제4 치형부(122), 제1 스프링 플랜지(124) 및 제2 스프링 플랜지(126)를 구비할 수 있다. 제3 치형부(120)는 제1 치형부(110)와 축방향으로 그리고 치합되게 맞물리도록 구성될 수 있는 한편, 제4 치형부(122)는 제2 치형부(112)와 축방향으로 그리고 치합되게 맞물리도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 스프링 플랜지(124, 126)는 임의의 원하는 위치에서 시프트 부재(76) 상에 배치될 수 있다. 제공된 예에서, 제1 스프링 플랜지(124)는 시프트 부재의 제1 축방향 측면 상에 그리고 반경방향으로 제3 치형부(120)와 제2 치형부(112) 사이에 형성되는 한편, 제2 스프링 플랜지(126)는 제3 치형부(120)의 반경방향 외향으로 시프트 부재(76)의 반대편 제2 축방향 측면 상에 형성된다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 제1 스프링 플랜지(124) 및/또는 제2 스프링 플랜지(126)가 상이하게 위치될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 제1 스프링 플랜지(124)가 제3 치형부(120)의 반경방향 외향으로 시프트 부재(76)의 제1 축방향 측면 상에 위치될 수 있다. 대안적으로, 제2 스프링 플랜지(126)가 반경방향으로 제3 치형부(120)와 제4 치형부(122) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제1 치형부(110) 및/또는 제2 치형부(112)가 제공된 특정 예에 도시된 것과 상이하게 크기설정될 수 있으며, 이는 제1 스프링 플랜지(124) 및/또는 제2 스프링 플랜지(126)의 배치에 대한 다른 기회를 제공할 수 있다.
인덱싱 가이드(78)는, 축(102)을 중심으로 배치되고 제2 작동기 부재(74)에 회전 불가능하게 결합될 수 있는 환형 구조체일 수 있다. 제공된 특정 예에서, 인덱싱 가이드(78)는 그의 내부 표면 상에서, 제2 치형부(112)와 맞물려 인덱싱 가이드(78)와 제2 작동기 부재(74) 사이의 상대 회전을 억제하면서 인덱싱 가이드(78)가 제2 작동기 부재(74) 상에 활주가능하게 장착되도록 허용하는 복수의 제5 치형부(130)를 한정한다. 도 4를 참조하면, 인덱싱 가이드(78)는 인덱싱 가이드(78)의 외부 표면 주위에 원주방향으로 이격될 수 있는 복수의 가이드 홈(150)과 복수의 제1 캠 치형부(152)를 구비할 수 있는 제1 캠(C1)을 한정할 수 있다. 또한 도 5를 참조하면, 제1 캠 치형부들(152) 각각은 인덱싱 가이드(78)의 축방향 단부 상에 형성될 수 있고, 가이드 홈(150)의 인접 쌍 사이에 배치될 수 있다. 제1 캠 치형부들(152) 각각은 제1 램프(ramp)(160), 제1 밸리(valley)(162), 맞닿음 벽(164) 및 제2 램프(166)를 포함할 수 있다. 제1 램프(160)는 가이드 슬롯들(150) 중 제1 가이드 슬롯으로부터, 반경방향으로 가이드 슬롯들(150) 중 인접 가이드 슬롯을 향하는 그리고 축방향으로 인덱싱 가이드(78)의 반대편 제2 축방향 단부를 향하는 방향으로 연장될(테이퍼질) 수 있다. 맞닿음 벽(164)은 축(102)에 대체로 평행하게 연장될 수 있고, 제1 램프(160)와 협동하여 제1 밸리(162)(즉, 여기서 제1 램프(160)가 맞닿음 벽(164)과 교차함)를 한정할 수 있다. 제2 램프(166)는 맞닿음 벽(164)으로부터 가이드 슬롯들(150) 중 인접 가이드 슬롯까지 연장될 수 있고, 맞닿음 벽(164)으로부터, 반경방향으로 가이드 슬롯들(150) 중 인접 가이드 슬롯을 향하는 그리고 축방향으로 인덱싱 가이드(78)의 반대편 제2 축방향 단부를 향하는 방향으로 가이드 슬롯들(150) 중 인접 가이드 슬롯을 향해 연장될(테이퍼질) 수 있다. 따라서, 제1 캠 치형부들(152) 각각은 환형 원통 톱(annular hole saw)의 2개의 대체로 V자형 톱니와 유사한 방식으로 형상화될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 제1 및 제2 인덱싱 링(80, 82)은 그들의 구성이 동일할 수 있으며, 따라서, 제1 인덱싱 링(80)의 상세한 논의가 둘 모두에 충분할 것이다. 혼동을 피하기 위해, 제2 인덱싱 링(82)의 구성요소 또는 특징부와 관련된 도면 부호가 프라임 기호로 식별될 것이지만, 그 외에는 제1 인덱싱 링(80)의 그러한 구성요소 또는 특징부에 채용된 바와 동일한 도면 부호를 사용할 것이다. 또한 도 6을 참조하면, 제1 인덱싱 링(80)은 제1 축방향 단부(170)와, 복수의 제2 캠 치형부(174)를 갖춘 제2 캠(C2)이 그 상에 형성될 수 있는 제2 축방향 단부(172)를 구비하는 환형 구조체일 수 있다. 제2 캠 치형부들(174) 각각은 제3 램프(176), 제4 램프(178) 및 제3 램프(176)와 제4 램프(178) 사이의 제2 밸리(180)를 갖춘 대체로 V자형이다. 복수의 스플라인 치형부(184)가 제1 인덱싱 링(80)의 내부 표면 상에 형성될 수 있다.
도 3과 도 4를 참조하면, 제1 인덱싱 링(80)은 스플라인 치형부(184)가 가이드 슬롯(150) 내에 수용되고 제2 캠 치형부(174)가 인덱싱 가이드(78)의 제2 축방향 단부로부터 멀어지는 방향을 향하도록 인덱싱 가이드(78) 상에 활주가능하게 수용될 수 있다. 제1 인덱싱 링(80)은 인덱싱 가이드(78) 상에서 병진하도록, 그러나 인덱싱 가이드(78)에 대해 회전하지 않도록 구성된다. 제2 인덱싱 링(82)은 제2 인덱싱 링(82) 상의 제2 캠 치형부(174')가 제1 인덱싱 링(80) 상의 제2 캠 치형부(174)를 향하도록 제2 작동기 부재(74) 주위에 수용될 수 있다. 아래에서 더욱 상세히 논의될 바와 같이, 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')는 작동기(64)가 맞물린 상태에 있을 때 제1 캠(152) 내의 제1 밸리(162) 내에 수용되도록 그리고 작동기(64)가 맞물림 해제된 상태에 있을 때 가이드 슬롯(150) 내에 수용되도록 구성되는 한편, 제2 인덱싱 링(82) 상의 제2 캠 치형부(174')에 대한 제1 인덱싱 링(80) 상의 제2 캠 치형부(174)의 맞물림은 인덱싱 가이드(78)와 제1 인덱싱 링(80)에 대한 제2 인덱싱 링(82)의 회전 운동을 개시하도록 구성된다.
제1 편향 스프링(86)은 제2 작동기 부재(74) 주위에 동축으로 장착될 수 있고, 제2 인덱싱 링(82)을 축(102)을 따라 시프트 부재(76)로부터 멀어지게 편향시키기 위해 시프트 부재(76)와 제2 인덱싱 링(82) 사이에 배치될 수 있다. 제1 편향 스프링(86)은 제1 스프링 플랜지(124)에 맞닿을 수 있다. 원한다면, 시프트 부재(76)는 제1 편향 스프링(86)이 그 상에서 조종되는 허브(200)(도 3)를 한정할 수 있다. 와셔 또는 스러스트 베어링일 수 있는 스러스트 부재(84)는 제1 편향 스프링(86)과 제2 인덱싱 링(82) 사이에 배치될 수 있다. 스러스트 부재(84)는 제2 인덱싱 링(82)의 제1 축방향 단부(170')에 맞닿을 수 있다.
제2 편향 스프링(88)은 제1 작동기 부재(72) 주위에 동축으로 배치될 수 있고, 시프트 부재(76)를, 시프트 부재(76) 상의 제3 치형부(120)가 제1 작동기 부재(72) 상의 제1 치형부(110)로부터 맞물림 해제되는 위치를 향해 편향시키도록 구성될 수 있다. 환언하면, 제2 편향 스프링(88)은 시프트 부재(76)를 맞물림 해제된 상태에서 작동기(64)의 작동과 관련된 위치로 편향시키도록 구성될 수 있다. 제2 편향 스프링(88)은 제2 스프링 플랜지(126)에 대해 맞닿을 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 모터(90)는 제1 인덱싱 링(80)을 축(102)을 따라 제1 작동기 부재(72)를 향해 선택적으로 이동시켜 작동기(64)가 맞물린 상태 및 맞물림 해제된 상태에서 교번하여 작동되게 하도록 구성될 수 있다. 모터(90)는 제1 인덱싱 링(80)을 축방향으로 이동시키도록 구성될 수 있는 임의의 유형의 장치일 수 있다. 제공된 특정 예에서, 모터(90)는 전자기 유도 코일(210)과 전기자(212)를 갖춘 솔레노이드를 포함한다. 코일(210)은 작동기 하우징(70)에 확고하게 그리고 회전 불가능하게 장착될 수 있는 환형 구조체일 수 있다. 코일(210)은 제2 샤프트(62) 및/또는 제2 작동기 부재(74) 주위에 수용될 수 있다. 전기자(212)는 제2 샤프트(62) 및/또는 제2 작동기 부재(74) 주위에 그리고 코일(210) 내에 수용될 수 있다. 전기자(212)는 제1 인덱싱 링(80)의 제1 축방향 단부(170)에 맞닿을 수 있다.
맞물림 해제된 상태(도 3에 도시됨)에서, 제1 및 제2 편향 스프링(86, 88)이 제2 인덱싱 링(82)을 인덱싱 가이드(78)를 향해 가압시키고, 제2 인덱싱 링(82) 상의 스플라인 치형부(184')가 인덱싱 가이드(78) 내의 가이드 홈(150) 내에 수용된다. 모터(90)는 예를 들어 모터(90)가 전기자(212)를 축(102)을 따라 제1 작동기 부재(72)를 향하는 방향으로 구동시킴으로써, 작동기(64)의 상태를 맞물림 해제된 상태로부터 맞물린 상태로 변화시키도록 작동될 수 있다. 제1 인덱싱 링(80)은 전기자(212)에 의해 축(102)을 따라 이동되어 제2 캠 치형부(174)의 제3 램프들(176)(도 6)이 서로 접촉하게 하고 제2 인덱싱 링(82) 상의 스플라인 치형부(184')를 제1 밸리(162)(도 5) 밖으로 구동시킬 수 있다. 제3 램프(176)(도 6)는 제1 및 제2 인덱싱 링(80, 82)이 제1 작동기 부재(72)를 향하는 방향으로 축방향으로 함께 이동될 때 제2 인덱싱 링(82)이 미리 결정된 회전 방향으로 회전하게 할 힘을 생성하도록 구성되고; 가이드 슬롯(150)의 측벽(230)(도 4)에 대한 스플라인 치형부(184')의 맞닿음은 제1 인덱싱 링(80)에 대한 제2 인덱싱 링(82)의 회전을 억제한다. 제2 인덱싱 링(82)이 축방향으로 제1 작동기 부재(72)를 향해, 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')가 가이드 슬롯(150)의 측벽(230)(도 4)과 맞물림 해제된 지점까지 이동된 때, 제1 및 제2 인덱싱 링(80, 82) 상의 제3 램프들(176)(도 6) 사이의 접촉에 의해 생성되는 회전력이 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')를 제1 캠 치형부(152) 상의 제1 램프(160)(도 5)로 배향시키는, 인덱싱 가이드(78)에 대한 제2 인덱싱 링(82)의 회전을 유발한다. 제1 램프(160)(도 5)의 경사진 구성과 제1 및 제2 편향 스프링(86, 88)에 의해 제2 인덱싱 링(82)에 인가되는 축방향으로 지향된 힘으로 인해, 제2 인덱싱 링(82)이 미리 결정된 회전 방향으로 어느 정도 회전할 수 있으며, 이는 제3 램프들(176)(도 6)이 서로의 위에 타게 그리고 제4 램프들(178)(도 6)을 서로 배향시키게 할 수 있다. 다양한 램프형(ramped) 표면의 기하학적 구조에 따라, 인덱싱 가이드(78)에 대한 제2 인덱싱 링(82)의 회전이 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')를 인덱싱 가이드(78) 내의 제1 밸리(162)(도 5)에 정렬시키는 데 충분할 수 있다. 모터(90)는 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')가 제1 밸리(162)(도 5) 내에 잘 수용되고 인덱싱 가이드(78)의 제1 축방향 단부에 대해 맞닿도록 전기자(212)를 축방향으로 제1 작동기 부재(72)로부터 멀어지게 구동시키도록(또는 전기자(212)가 예컨대 제1 편향 스프링(86)을 통해 구동되게 허용하도록) 작동될 수 있다. 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')가 전기자(212)의 스트로크의 종료시 제1 밸리(162)(도 5)에 정렬되지 않았으면, 전기자(212)가 제1 작동기 부재(72)로부터 멀어지게 후퇴될 때 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')가 제1 램프(160)(도 5)를 따라 타고 가서, 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')가 제1 밸리(162)(도 5) 내에 수용될 수 있도록 제2 인덱싱 링(82)이 미리 결정된 방향으로 약간 회전하게 할 것이 인식될 것이다. 이 상태에서, 작동기(64)는 맞물린 상태(도 7에 도시됨)에 있고, 동력(예컨대, 전력)이 작동기(64)를 맞물린 상태로 유지시키기 위해 모터(90)에 제공될 필요가 없다.
작동기(64)를 맞물림 해제된 상태에서 작동시키기 위해, 모터(90)는 전기자(212)를 제1 작동기 부재(72)를 향해 이동시키도록 작동된다. 제1 인덱싱 링(80)은 전기자(212)에 의해 축(102)을 따라 이동되어 제2 캠 치형부(174)의 제3 램프들(176)(도 6)이 서로 접촉하게 하고 제2 인덱싱 링(82) 상의 스플라인 치형부(184')를 제1 밸리(162)(도 5) 밖으로 구동시킬 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 제3 램프(176)(도 6)는 제1 및 제2 인덱싱 링(80, 82)이 제1 작동기 부재(72)를 향하는 방향으로 축방향으로 함께 이동될 때 제2 인덱싱 링(82)이 미리 결정된 회전 방향으로 회전하게 할 힘을 생성하도록 구성되고; 제1 캠 치형부(152)의 맞닿음 벽(164)(도 5)에 대한 스플라인 치형부(184')의 맞닿음은 인덱싱 가이드(78)에 대한 제2 인덱싱 링(82)의 회전을 억제한다. 제2 인덱싱 링(82)이 축방향으로 제1 작동기 부재(72)를 향해, 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')가 인덱싱 가이드(78)의 맞닿음 벽(164)(도 5)과 맞물림 해제된 지점까지 이동된 때, 제1 및 제2 인덱싱 링(80, 82) 상의 제3 램프들(176)(도 6) 사이의 접촉에 의해 생성되는 회전력이 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')를 제1 캠 치형부(152) 상의 제2 램프(166)(도 5)로 배향시키는, 인덱싱 가이드(78)에 대한 제2 인덱싱 링(82)의 회전을 유발한다. 제2 램프(166)(도 5)의 경사진 구성과 제1 및 제2 편향 스프링(86, 88)에 의해 제2 인덱싱 링(82)에 인가되는 축방향으로 지향된 힘으로 인해, 제2 인덱싱 링(82)이 미리 결정된 회전 방향으로 어느 정도 회전할 수 있으며, 이는 제3 램프들(176)(도 6)이 서로의 위에 타게 그리고 제4 램프들(178)(도 6)을 서로 배향시키게 할 수 있다. 다양한 램프형 표면의 기하학적 구조에 따라, 인덱싱 가이드(78)에 대한 제2 인덱싱 링(82)의 회전이 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')를 인덱싱 가이드(78) 내의 가이드 슬롯(150)에 정렬시키는 데 충분할 수 있다. 모터(90)는 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')가 인덱싱 가이드(78) 내의 가이드 슬롯(150) 내에 잘 수용되도록 전기자(212)를 축방향으로 제1 작동기 부재(72)로부터 멀어지게 구동시키도록(또는 전기자(212)가 예컨대 제1 편향 스프링(86)을 통해 구동되게 허용하도록) 작동될 수 있다. 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')가 전기자(212)의 스트로크의 종료시 가이드 슬롯(150)에 정렬되지 않았으면, 전기자(212)가 제1 작동기 부재(72)로부터 멀어지게 후퇴될 때 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')가 제2 램프(166)(도 5)를 따라 타고 가서, 제2 인덱싱 링(82)의 스플라인 치형부(184')가 가이드 슬롯(150) 내에 수용될 수 있도록 제2 인덱싱 링(82)이 미리 결정된 방향으로 약간 회전하게 할 것이 인식될 것이다. 이 상태에서, 작동기(64)는 맞물림 해제된 상태에 있고, 동력(예컨대, 전력)이 작동기(64)를 맞물림 해제된 상태로 유지시키기 위해 모터(90)에 제공될 필요가 없다.
제3 치형부(120)가 제1 치형부(110)와 맞물릴 수 없도록 시프트 부재(76)가 제1 작동기 부재(72)에 (회전) 오정렬될 때 제1 편향 스프링(86)이 전기자(212)의 완전 이동(full movement)을 허용할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 유사하게, 제2 편향 스프링(88)이 시프트 부재(76)를 제1 작동기 부재(72)와의 맞물림 상태로부터 벗어나게 편향시키기 위해 채용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
전술된 작동기가 동축 배열이 요구되는 다른 장치에 적용된다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 전술된 작동기는 다른 유형의 동축 작동기, 예를 들어 미국 특허 제7,832,739호에 도시된 클러치 조립체(62), 또는 비-동축 작동기, 예를 들어 미국 특허 제8,047,323호에 도시된 작동기(70) 또는 미국 특허 제7,775,928호에 도시된 작동기(332)를 대체할 수 있다. 위에 언급된 특허들 각각은 마치 본 명세서에 상세히 완전하게 기재된 것처럼 참고로 포함된다.
모터(90)가 코일과 전기자를 갖춘 솔레노이드를 포함하는 것으로 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 유체 동력식 모터(예컨대, 공압 및 유압 모터)를 비롯한 다양한 다른 유형의 모터가 대안적으로 채용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
또한, 작동기(64)가 제1 및 제2 샤프트(60, 62)와 동축인 것으로 설명되었지만, 작동기(64)가 도 8에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 샤프트(60, 62)의 회전축으로부터 편위될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이 예에서, 시프트 부재(76')는 시프트 포크(shift fork)(300) 및 시프트 포크(300)에 그와 함께 이동하기 위해 결합되는 치형성된 칼라(toothed collar)(302)를 포함한다. 따라서, 도 8의 작동기(64')는 그 개시 내용이 마치 본 명세서에 상세히 완전하게 기재된 것처럼 참고로 포함되는, 미국 특허 제7,775,928호에 도시된 작동기(332), 미국 특허 제8,047,323호에 도시된 작동기(70), 또는 미국 특허 제6,428,019호에 도시된 클러치 조립체(42)를 대체할 수 있다.
실시예의 전술한 설명은 예시와 설명의 목적으로 제공되었다. 그것은 완전하거나 본 개시 내용을 제한하도록 의도되지 않는다. 특정 실시예의 개별 요소 또는 특징부는 일반적으로 그러한 특정 실시예로 제한되는 것이 아니라, 적용가능한 경우, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않더라도, 교환가능하고 선택된 실시예에 사용될 수 있다. 이러한 것들은 또한 많은 방식으로 변형될 수 있다. 그러한 변형은 본 개시 내용으로부터 벗어난 것으로 간주되지 않아야 하며, 모든 그러한 변형은 본 개시 내용의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 작동기(64)이며,
    작동축(102)을 따라 배치되는 환형 인덱싱 가이드(78) - 인덱싱 가이드(78)는 복수의 제1 캠 치형부(152)와 복수의 가이드 홈(150)을 갖춘 제1 캠(C1)을 한정하고, 제1 캠 치형부(152)는 인덱싱 가이드(78) 주위에 원주방향으로 이격되며, 가이드 홈(150)은 가이드 홈들(150) 각각이 한 쌍의 제1 캠 치형부(152) 사이에 배치되도록 인덱싱 가이드(78) 주위에 원주방향으로 이격됨 -;
    작동축(102)을 따른 왕복 운동을 위해 인덱싱 가이드(78) 상에 활주가능하게 수용되는 제1 인덱싱 링(80) - 제1 인덱싱 링(80)은 복수의 제1 스플라인 치형부(184), 제1 맞닿음 표면(170) 및 제2 캠(C2)을 한정하고, 제1 스플라인 치형부(184)는 제1 인덱싱 링(80)의 내부 표면 상에 배치되고 가이드 홈(150) 내에 수용되며, 제2 캠(C2)은 작동축(102)을 따라 제1 맞닿음 표면(170)으로부터 이격되고 복수의 제2 캠 치형부(174)를 구비함 -;
    작동축(102)을 따른 왕복 운동을 위해 인덱싱 가이드(78) 상에 활주가능하게 수용되는 제2 인덱싱 링(82) - 제2 인덱싱 링(82)은 복수의 제2 스플라인 치형부(184')와 제3 캠(C2')을 한정하고, 제2 스플라인 치형부는 제2 인덱싱 링(82)의 내부 표면 상에 배치되고 제1 캠(C1)과 맞물리며, 제3 캠(C2')은 제2 캠(C2)에 맞물림 -;
    작동기 출력부(76, 76');
    제2 인덱싱 링(82) 반대편의 작동기 출력부(76, 76')의 측면 상의 제1 스프링(88) - 제1 스프링(88)은 작동기 출력부(76, 76')를 제2 인덱싱 링(82)을 향해 편향시킴 -;
    제1 인덱싱 링(80)을 작동축(102)을 따라 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키도록 구성되는 모터 출력 부재(212)를 갖춘 모터(90) - 제2 스플라인 치형부(184')는 제1 인덱싱 링(80)이 제1 위치에 있을 때 제1 캠 치형부(152)에 맞물리지 않고, 제2 스플라인 치형부(184')는 제1 인덱싱 링(80)이 제2 위치에 있을 때 제1 캠 치형부(152) 상에 배치됨 -
    를 포함하는 작동기(64).
  2. 제1항에 있어서, 작동기 부재(76, 76')와 제2 인덱싱 링(82) 사이에 배치되는 제2 스프링(84)을 더 포함하고, 제2 스프링(84)은 제2 인덱싱 링(82)을 작동기 출력부(76, 76')로부터 멀어지게 그리고 제1 인덱싱 링(80)을 향해 편향시키는 작동기(64).
  3. 제2항에 있어서, 제2 인덱싱 링(82)은 작동축(102)을 따라 제3 캠(C2')으로부터 이격되는 제2 맞닿음 표면(170')을 한정하고, 제2 맞닿음 표면(170')은 제2 스프링(84)으로부터 가해지는 힘을 수용하도록 구성되는 작동기(64).
  4. 제3항에 있어서, 제2 맞닿음 표면(170')은 제2 인덱싱 링(82)의 축방향 단부 상에 형성되는 작동기(64).
  5. 제1항에 있어서, 모터(90)는 리니어 모터인 작동기(64).
  6. 제5항에 있어서, 리니어 모터는 전기자(212) 및 전기자(212)를 이동시키도록 구성되는 전자석(210)을 포함하는 작동기(64).
  7. 제6항에 있어서, 전기자(212)는 제1 맞닿음 표면(170)에 맞닿는 작동기(64).
  8. 제1항에 있어서, 작동기 출력부(76)는 복수의 치형부(120, 122)를 한정하는 작동기(64).
  9. 제1항에 있어서, 작동기 출력부(76')는 포크(300)를 포함하는 작동기(64).
  10. 제9항에 있어서, 포크(300)는 스플라인형 슬리브(302)에 장착되어, 포크(300)의 병진이 스플라인형 슬리브(302)의 대응하는 병진을 유발하는 작동기(64).
  11. 작동기(64)이며,
    작동축(102)을 따라 배치되는 환형 인덱싱 가이드(78) - 인덱싱 가이드(78)는 복수의 제1 캠 치형부(152)와 복수의 가이드 홈(150)을 갖춘 제1 캠(C1)을 한정하고, 제1 캠 치형부(152)는 인덱싱 가이드(78) 주위에 원주방향으로 이격되며, 가이드 홈(150)은 가이드 홈들(150) 각각이 한 쌍의 제1 캠 치형부(152) 사이에 배치되도록 인덱싱 가이드(78) 주위에 원주방향으로 이격됨 -;
    작동축(102)을 따른 왕복 운동을 위해 인덱싱 가이드(78) 상에 활주가능하게 수용되는 제1 인덱싱 링(80) - 제1 인덱싱 링(80)은 복수의 제1 스플라인 치형부(184), 제1 맞닿음 표면(170) 및 제2 캠(C2)을 한정하고, 제1 스플라인 치형부(184)는 제1 인덱싱 링(80)의 내부 표면 상에 배치되고 가이드 홈(150) 내에 수용되며, 제2 캠(C2)은 작동축(102)을 따라 제1 맞닿음 표면(170)으로부터 이격되고 복수의 제2 캠 치형부(174)를 구비함 -;
    인덱싱 가이드(78) 상에 회전가능하게 그리고 활주가능하게 수용되는 제2 인덱싱 링(82) - 제2 인덱싱 링(82)은 복수의 제2 스플라인 치형부(184')와 제3 캠(C2')을 한정하고, 제2 스플라인 치형부(184')는 제2 인덱싱 링(82)의 내부 표면 상에 배치되고 제1 캠(C1)과 맞물리며, 제3 캠(C2')은 제2 캠(C2)에 맞물림 -;
    작동기 출력부(76, 76');
    작동기 출력부(76, 76')와 제2 인덱싱 링(82) 사이의 제1 스프링(84) - 제1 스프링(84)은 제2 인덱싱 링(82)을 작동기 출력부(76, 76')로부터 멀어지게 그리고 제1 인덱싱 링(80)을 향해 편향시킴 -;
    제1 스프링(84) 반대편의 작동기 출력부(76, 76')의 측면 상의 제2 스프링(88) - 제2 스프링(88)은 작동기 출력부(76, 76')를 제2 인덱싱 링(82)을 향해 편향시킴 -;
    제1 인덱싱 링(80)을 작동축(102)을 따라 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키도록 구성되는 모터 출력 부재(212)를 갖춘 모터(90) - 제1 인덱싱 링(80)이 제1 위치와 제2 위치 사이에서 반복적으로 왕복운동될 때 제2 및 제3 캠 치형부(174, 174')의 맞물림이, 제2 스플라인 치형부(184')가 제1 캠 치형부(152)와 가이드 홈(150)에 교번하여 정렬될 수 있도록 작동기 축(102)을 중심으로 하는 제2 인덱싱 링(82)의 회전을 유발함 -
    를 포함하는 작동기(64).
  12. 제11항에 있어서, 제1 캠 치형부들(152) 각각은 제1 램프(160), 밸리(162), 맞닿음 벽(164) 및 제2 램프(166)를 한정하고, 작동기 출력부(76, 76')가 제1 위치에 있고 제2 스플라인 치형부(184')가 제1 램프(160) 상에 수용될 때 제1 스프링(84)에 의해 제2 인덱싱 링(82) 상에 가해지는 힘이, 제2 스플라인 치형부(184')가 밸리(162) 내에 수용되고 맞닿음 벽(164)에 대해 맞닿도록 작동축(102)을 중심으로 하는 제2 인덱싱 링(82)의 회전을 유발하며, 작동기 출력부(76, 76')가 제1 위치에 있고 제2 스플라인 치형부(184')가 제2 램프(166) 상에 수용될 때 제1 스프링(84)에 의해 제2 인덱싱 링(82) 상에 가해지는 힘이, 제2 스플라인 치형부(184')가 가이드 홈(150) 내에 수용되도록 제1 작동축(102)을 중심으로 하는 제2 인덱싱 링(82)의 회전을 유발하는 작동기(64).
  13. 제11항에 있어서, 제2 인덱싱 링(82)은 작동축(102)을 따라 제3 캠(C2')으로부터 이격되는 제2 맞닿음 표면(170')을 한정하고, 제2 맞닿음 표면(170')은 제1 스프링(84)으로부터 가해지는 힘을 수용하도록 구성되는 작동기(64).
  14. 제13항에 있어서, 제2 맞닿음 표면(170')은 제2 인덱싱 링(82)의 축방향 단부 상에 형성되는 작동기(64).
  15. 제11항에 있어서, 모터(90)는 리니어 모터인 작동기(64).
  16. 제15항에 있어서, 리니어 모터는 전기자(212) 및 전기자(212)를 이동시키도록 구성되는 전자석(210)을 포함하는 작동기(64).
  17. 제16항에 있어서, 전기자(212)는 제1 맞닿음 표면(170)에 맞닿는 작동기(64).
  18. 제11항에 있어서, 작동기 출력부(76)는 복수의 치형부(120, 122)를 한정하는 작동기(64).
  19. 제11항에 있어서, 작동기 출력부(76')는 포크(300)를 포함하는 작동기(64).
  20. 제9항에 있어서, 포크(300)는 스플라인형 슬리브(302)에 장착되어, 포크(300)의 병진이 스플라인형 슬리브(302)의 대응하는 병진을 유발하는 작동기(64).
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