KR20160119790A - 도그 클러치용 액추에이터 및 이의 제어를 위한 방법 - Google Patents

Abstract

축방향으로 이동 가능한 클러치 슬리브(3)에 의해 두 개의 동축 샤프트(1, 2) 사이에서 도그 클러치를 연결하고 분리하기 위한 액추에이터는 전기 모터를 포함한다. 모터의 모터 샤프트(8)는 회전 가능한 액추에이터 로드(7)에 연결된다. 액추에이터 로드(7)는 이의 단부에서 클러치 슬리브(3)와의 협력을 위한 편심 핀(5)을 구비함으로써, 클러치 슬리브(3)의 하나의 축방향 종료 위치에 해당하는 회전 위치로부터 클러치 슬리브(3)의 다른 하나의 축방향 종료 위치에 해당하는 회전위치까지 모터에 의한 액추에이터 로드(7)의 180° 이하의 회전이 도그 클러치의 연결 또는 분리를 유발한다.

Description

도그 클러치용 액추에이터 및 이의 제어를 위한 방법{AN ACTUATOR FOR A DOG CLUTCH AND A METHOD FOR ITS CONTROL}

본 발명은 축방향으로 이동 가능한 클러치 슬리브(clutch sleeve)에 의해 두 개의 동축 샤프트(coaxial shaft) 사이에서 도그 클러치(dog clutch)를 연결하고 분리하기 위한 액추에이터에 관한 것으로, 상기 액추에이터는 전기 모터를 포함한다. 본 발명은 또한 이러한 액추에이터를 제어하는 방법에 관한 것이다.

상기한 유형의 도그 클러치는 많은 응용에서 사용될 수 있고, 이의 전형적인 예는 4륜 구동(All Wheel Drive, AWD) 차량에서의 응용이며, 이에 대한 언급이 다음에서 이루어진다.

AWD 차량의 구동 시스템은 엔진, 차동장치(differential) 및 중간 샤프트 또는 카르단 샤프트(cardan shaft)를 구비하는 프런트 액슬, 및 차동장치를 구비하는 리어 액슬을 포함할 수 있다. 구동 조건에 따라 프런트 액슬뿐만 아니라 리어 액슬에 대한 토크 분배를 제어하기 위해, 전자 제어식 습식 디스크 커플링이 동력전달장치(driveline)에서 리어 액슬에, 보통은 차동 장치 가까운 중간 샤프트 내에 배치된다.

AWD 모드에서 차량을 구동할 때의 커플링의 기능이, 예를 들어, WO 2011/043722 등에 설명되어 있다.

전륜 구동(Forward Wheel Drive, FWD) 모드에서 AWD 차량을 구동하는 것이 바람직한 경우, 디스크 커플링은 분리된다, 즉, 이의 디스크는 토크 전달을 방지하기 위해 서로 분리된다. 커플링은 분리 모드에 있다고 말할 수 있다. 이러한 분리 효과를 향상시키기 위해, 커플링 디스크의 윤활 및 냉각을 위해 일반적으로 커플링 내에 구비되는 오일이 커플링으로부터 제거될 수 있다. 중간 프로펠러 샤프트의 회전 질량의 가속을 줄이고 따라서 베어링 및 씰링 내의 드래그 토크를 제거하기 위해, 바람직하게 프런트 액슬의 차동장치에 가까이에 클러치가 구비되어 중간 샤프트가 차량의 FWD 모드에서 정지되게 할 수 있다.

이 클러치는 바람직하게 두 개의 별도의 위치, 즉, 연결 및 분리 위치를 갖는 도그 클러치이다. 연결 또는 분리되는 두 개의 동축 샤프트는 엔드 스플라인(end spline)을 구비할 수 있고, 클러치의 기계적 제어를 위해 축방향으로 이동 가능한 클러치 슬리브가 사용될 수 있다.

다양한 특허 공개공보, 예를 들어, US 2010/0089685에서 도그 클러치의 신속하고 효과적인 연결과 분리를 위한 액추에이터를 개시하고 있다. 이러한 설계에서, 클러치 슬리브는 클러치를 연결하기 위한 방향, 즉, 반응 요건이 가장 높은 방향에서 스프링에 의해 축방향으로 이송된다. 분리 이동을 위해 그리고 스프링을 로딩하기 위해 전기 모터가 사용된다. 종료 위치에서, 스냅 메커니즘(snap mechanism)은 슬리브를 고정시키고, 모터는 정지한다. 클러치의 연결이 다시 필요한 경우, 모터는 스냅 기능을 해제하기 위해 회전되고, 따라서, 스프링에 의해 클러치를 연결하기 위해 클러치 슬리브가 축방향으로 자유롭게 이동한다.

이러한 기술의 문제점은 모터의 회전이 클러치 슬리브의 축방향 이동에 대해 실제적인 연결을 갖지 않고, 모터 회전이 클러치 슬리브의 위치에 대한 어떠한 정보도 제공하지 않는다는 것이다. 중요한, 그리고 이 경우, 결여된 정보는 슬리브의 정확한 종료 위치에 도달하였는지 또는 스플라인 톱니가 서로에 인접함으로써 도그 클러치의 연결을 차단하는지에 대한 것이다.

이러한 이유로, 추가의 축방향 위치 센서가 필요하다.

상기한 유형의 공지된 액추에이터의 상기한 그리고 다른 문제는 본 발명에 따라 해결될 수 있고, 여기서 모터의 모터 샤프트는 회전 가능한 액추에이터 로드에 연결되고, 이 로드는 이의 단부에서 클러치 슬리브와의 협력을 위한 편심 핀을 구비함으로써, 클러치 슬리브의 하나의 축방향 종료 위치에 해당하는 회전 위치로부터 클러치 슬리브의 다른 하나의 축방향 종료 위치에 해당하는 회전위치까지 모터에 의한 액추에이터 로드의 180° 이하의 회전이 도그 클러치의 연결 또는 분리를 유발한다.

바람직한 실시형태에서, 편심 핀은 클러치 슬리브 내의 원주 홈 내에 배치되는 시프트 부싱 내의 직사각형 홀 내부로 연장된다.

그러나, 편심 핀의 회전 이동을 클러치 슬리브의 축방향 이동으로 변환하기 위한 다른 실제적인 해결책이 실현 가능하다.

클러치 슬리브와 협력하고, 클러치 슬리브의 원하는 축방향 이동을 달성하기 위해 180° 이하(실제의 경우 135°)로 회전하는 편심 핀을 갖는 이러한 설계에서, 연결 및 분리 위치를 향하고 이 위치에 있는 짧은 레버 암은 전기 모터의 전류에 대해 최대의 증가를 유발한다. 이 전류 피크는 본 발명의 중요한 양태에 따라 감지될 수 있고 모터의 전원을 끊기 위한 신호로 사용될 수 있다. 감지된 전류 피크는 시프트 부싱 및 이에 따라 도크 클러치에 대해 정확하게 달성된 종료 위치의 신뢰할 수 있는 지표를 제공한다.

원통형 액추에이터 로드는 바람직하게 도그 클러치에서 또는 이의 주위에서 액추에이터 하우징에 저널링될 수 있다.

제 1 실시형태에서, 모터와 편심 핀 간에 기어 변속이 달성되지 않도록 모터 샤프트는 액추에이터 로드에 직접 연결된다.

동력 전달 및 종료 위치에서 일정한 탄성을 제공하기 위해, 모터 샤프트와 액추에이터 로드 사이에 스프링 완충 메커니즘이 배치될 수 있다.

이러한 스프링 완충 메커니즘의 실제 설계에서, 모터 샤프트에 연결되는 스프링 디스크가 액추에이터 하우징 내에 회전 가능하게 배치되고, 액추에이터 로드에 연결되는 로드 디스크로부터 두 개의 스프링 사이의 자유 공간으로 연장되는 스프링 핀과의 협력을 위한, 바람직하게 약간 프리스트레스된 압축 스프링의 쌍들과 함께 접선 포켓을 구비한다.

세 쌍의 스프링이 구비될 수 있다.

제 2 실시형태에서, 모터 샤프트와 액추에이터 로드 사이에, 바람직하게 유성 기어장치의 형태로 기어 감속이 제공된다.

유성 기어장치를 갖는 실제 설계에서, 모터 샤프트는, 예를 들어, 세 개의 유성 기어와 결합되고, 다시 액추에이터 하우징 내의 링 기어와 결합되는 선 기어를 구비하고, 유성 기어는 액추에이터 로드에 연결되는 디스크 모양의 유성 캐리어 상의 기어 샤프트 상에서 회전할 수 있다.

유성 기어장치의 기어 감속은 예를 들어 네 가지일 수 있다.

또한, 제 2 실시형태에서, 액추에이터는 상기한 스프링 완충 메커니즘을 구비할 수 있고, 유성 캐리어는 스프링 디스크이다.

제 3 실시형태에서, 모터 샤프트로부터 액추에이터 로드까지의 동력 전달 체인 내에 적어도 하나의 잠금 해제될 수 있는 원웨이 클러치를 구비하는 축방향 원웨이 클러치 장치가 구비된다.

두 개의 원웨이 클러치를 갖는 실제 실시형태에서, 상기 장치는, 모터 샤프트가 내부에서 결합하는 원통형 내부 허브, 상기 허브의 중간 부분 상에 회전 가능하게 배치되고 상기한 유성 기어장치의 일부인 선 기어, 허브의 상부 및 선 기어와 견고하게 결합되는 상부 잠금 스프링, 선 기어 및 허브의 하부와 견고하게 결합되는 하부 잠금 스프링을 포함하고, 잠금 스프링 모두는 동일한 방향으로 권취된다.

또한, 이러한 실제 실시형태에서, 상부 잠금 스프링 슬리브는 상부 잠금 스프링을 둘러싸고 하부 잠금 스프링 슬리브는 하부 잠금 스프링을 둘러싸며, 이들 슬리브는 액추에이터 하우징 내에서 각각의 정지 부재와 결합하기 위한 외측으로 연장되는 탭을 구비한다.

바람직하게, 각각 달성한 종료 위치에서 편심 핀을 탄성적으로 고정하기 위한 스냅-링 메커니즘이 제공된다. 이에 따라, 종료 위치는 심지어 충격 및 진동에서도 유지될 수 있다.

두 가지 제 1 실시형태에서, 스냅 핀이 로드 디스크에 부착되고, 이 로드 디스크로부터 액추에이터 로드가 연장되며, 부분적으로 원형인 엔드 스톱 스프링이 액추에이터 하우징의 내부에 대해 배치되고 이에 부착되고, 상기 스프링은 스냅 핀과 결합하기 위한 두 개의 내측으로 연장되는 스프링 보스를 구비하며, 하우징은 스프링 보스 근처에서 스냅 핀을 위한 두 개의 엔드 스톱을 구비한다.

제 3 실시형태에서, 대체로 원형인 몸체가 유성 기어장치의 유성 기어 샤프트에 장착되고, 상기 몸체는 액추에이터 하우징의 내주에서 각각 두 개의 톱니모양과 결합하기 위한 엔드 노브를 구비하는 탄성 암을 갖는다.

본 발명은 또한 액추에이터 내의 전기 모터에 의해 축방향으로 이동 가능한 클러치 슬리브에 의해 두 개의 동축 샤프트 사이에서 도그 클러치를 연결하고 분리하기 위한 액추에이터를 제어하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 모터는 클러치를 연결하고 분리하기 위해 사용되고, 모터의 샤프트의 회전 이동을 각각 클러치를 연결하고 분리하는 양방향에서 클러치 슬리브의 축방향 이동으로 변환하기 위한 수단이 제공된다. 또한, 각각 달성된 연결 및 분리시 및/또는 모터의 회전시 모터 전류의 변화가 모터를 제어하기 위해 사용된다.

또한, DC 브러시 모터 내의 회전하는 세그먼트화된 정류자 상의 브러시의 전환에서 발생하는 전류 펄스의 수가 모터 회전의 측정치로서 검출될 수 있다.

상기한 두 가지 제 1 실시형태에서, 각각 달성된 연결 및 분리시 발생하는 전류 피크가 검출될 수 있고 모터의 전원을 끊기 위해 사용될 수 있다.

제 3 실시형태에서, 각각 달성된 연결 및 분리시 발생하는 전류 강하가 검출될 수 있고 모터의 전원을 끊기 위해 사용될 수 있다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다, 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 액추에이터를 갖는 도그 클러치의 부분적인 단면에서의 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 액추에이터의 제 1 실시형태의 부분적인 단면에서의 등각투상도이고,
도 3은 도 2에 도시된 액추에이터의 일부의 부분적인 단면에서의 등각투상도이고,
도 4는 본 발명에 따른 액추에이터의 제 2 실시형태의 부분적인 단면에서의 등각투상도이고,
도 5는 도 4에 도시된 액추에이터의 일부의 부분적인 단면에서의 등각투상도이고,
도 6은 본 발명에 따른 액추에이터의 제 3 실시형태의 부분적인 단면에서의 등각투상도이고,
도 7은 도 6에 도시된 액추에이터의 구성 요소인 원웨이 클러치 장치의 부분적인 단면에서의 등각투상도이고,
도 8은 도 6에 도시된 액추에이터의 일부의 부분적인 단면에서의 등각투상도이고, 및
도 9는 도 2 내지 도 5에 도시된 액추에이터의 일부의 부분적인 단면에서 그리고 아래로부터의 등각투상도이다.

4륜 구동(All Wheel Drive, AWD) 차량의 구동 시스템은 본 기술 분야에 널리 알려져 있다.

전형적인 예는 WO 2011/043722에 도시되어 있다. 이러한 시스템은 엔진, 차동장치 및 중간 샤프트 또는 카르단 샤프트를 구비하는 프런트 액슬, 및 차동장치를 구비하는 리어 액슬을 갖는다. 구동 조건에 따라 프런트 액슬뿐만 아니라 리어 액슬에 토크를 분배하기 위해, 전자 제어식 습식 디스크 커플링이 동력전달장치에서 리어 액슬에, 보통은 차동 장치 가까운 중간 샤프트 내에 배치된다.

AWD 모드에서 차량을 구동할 때의 커플링의 기능이, 예를 들어, WO 2011/043722 등에 설명되어 있다.

전륜 구동(FWD) 모드에서 AWD 차량을 구동하는 것이 바람직한 경우, 디스크 커플링은 분리된다, 즉, 이의 디스크는 토크 전달을 방지하기 위해 서로 분리된다. 커플링은 분리 모드에 있다고 말할 수 있다. 이러한 분리 효과를 향상시키기 위해, 커플링 디스크의 윤활 및 냉각을 위해 일반적으로 커플링 내에 구비되는 오일은 커플링으로부터 제거될 수 있다. 중간 프로펠러 샤프트의 회전 질량의 가속을 줄이고 이를 위한 베어링 및 씰링 내의 드래그 토크를 제거하기 위해, 바람직하게 프런트 액슬의 차동장치에 가까이에 클러치가 구비되어 중간 샤프트가 차량의 FWD 모드에서 정지되게 할 수 있다.

본 발명은 이러한 연결/분리 도크 클러치에 관한 것이다.

도 1은 회전을 위해 저널링된 일반 샤프트(1)와 중공 샤프트(2)를 연결 또는 분리하기 위한 도그 클러치 장치의 개략도이다. 일반 샤프트(1)는 외부 스플라인을 구비하고, 이와 함께 클러치 슬리브(3) 내의 내부 스플라인이 협력한다. 클러치 슬리브(3)는 또한 중공 샤프트(2)의 내부 톱니와의 협력을 위한 외부 톱니를 구비한다. 도 1에 도시된 왼쪽 위치에 있는 클러치 슬리브에, 두 개의 샤프트(1 및 2) 사이의 도그 클러치가 연결된다. 반면에 클러치 슬리브(3)가 도 1의 오른쪽으로 가는 경우, 두 개의 샤프트(1 및 2) 사이의 도그 클러치는 분리된다.

본 발명은 연결 및 분리 위치 사이에서 클러치 슬리브(3)의 축방향 이동을 달성하기 위한 수단에 관한 것이다.

로터리 타입의 클러치 액추에이터(4) 또는 간단히 로터리 클러치 액추에이터는 도그 클러치를 둘러싸는 하우징에 고정되고 편심 핀(5)에 의해 종료되며, 이 편심 핀은, 도시된 실시형태에서, 하우징에 의해 안내되고 클러치 슬리브(3) 내의 원주 홈 내에 배치되는 시프트 부싱(6) 내로 연장된다. 시프트 부싱(6)은 편심 핀(5)이 이동할 수 있도록 직사각형 홀을 갖는다. 편심 핀(5)은 액추에이터 하우징 내에 저널링된 원통형 액추에이터 로드(7)의 단부에 편심되게 장착된다. 핀(5), 부싱(6), 및 로드(7) 중 하나 또는 전부를 도 2 내지 도 6에서 볼 수 있다.

편심 핀(5)의 회전 이동을 클러치 슬리브(3)의 축방향 이동으로 변환하기 위한 다른 실제적인 해결책이 실현 가능하다.

편심 핀(5)이 완전 왼쪽에 있고 도그 클러치가 이의 완전히 연결된 상태에 있을 때 편심 핀(5)과 함께 로드(7)가 도 1에서 이의 위치로부터 180° 회전되는 경우, 핀(5)은 이의 완전 오른쪽 위치에 도달할 것이고 도그 클러치는 완전히 분리된다.

180°보다 작은 편심 핀(5)의 회전(예를 들어 135°)이 가능할 수 있다. 그러나, 클러치 슬리브(3) 상의 모터로부터의 동력이 분리 이동의 초반에 최대가 되도록 핀(5)이 도그 클러치의 연결 위치에서 완전히 왼쪽에 있는 것이 중요하다. 또한, 연결 이동은, 예를 들어, 135°의 짧은 회전으로 빨라질 것이다.

로터리 클러치 액추에이터(4)의 제 1 실시형태가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 이 실시형태에서, 모터 샤프트(8)로부터 액추에이터 로드(7)로의 기어 감속은 없지만, 이들 부재는 바람직하게 특히 도 3을 참조하여 설명되는 스프링 완충 메커니즘에 의해 연결된다.

스프링 디스크(9)는 액추에이터 하우징(10) 내에 회전 가능하게 배치되고 모터 샤프트(8)에 연결된다(도 2). 따라서 적절한 접선 포켓(tangential pocket) 내에서, 스프링 디스크(9)는, 액추에이터 로드(7)에 연결되는 로드 디스크(13)로부터 두 개의 스프링(11) 사이의 자유 공간으로 연장되는 스프링 핀(12)과의 협력을 위한, 바람직하게 약간 프리스트레스된(prestressed) 압축 스프링(11)의 쌍들을 구비한다. 도시된 예에, 세 쌍의 스프링(11)이 존재한다.

결과는 액추에이터 로드(7)가 일반적으로 모터 샤프트(8)의 회전 이동을 따른다는 것이다. 그러나, 개시된 스프링 완충 메커니즘은 동력 전달 및 엔드 스톱(end stop)에 대해 약간의 탄성을 제공할 것이다. 특히, 메커니즘은 스플라인 결합에서 톱니 간의 연결 작업에 유용하다.

본 발명에 따른 액추에이터의 제 2 실시형태가 도 4 및 도 5에 도시되어 있다. 제 1 실시형태와 관련하여 주요 차이점은 모터 샤프트(8)와 액추에이터 로드(7) 사이에 기어 감속을 제공하는 것이다. 이 기어 감속은 본원에서 유성 기어장치로 예시되지만, 다른 기어 구조도 동일하게 실현 가능하다.

선 기어(16)가 모터 샤프트(8)에 연결된다. 예를 들어, 세 개의 유성 기어(17)가, 제 1 실시형태와 관련하여 설명된 스프링 디스크(9)인 유성 캐리어에 회전 가능하게 저널링된다. 기어 샤프트(18) 상에서 회전 가능한 두 개의 유성 기어(17)만이 도 5에 도시되어 있다. 스프링 디스크(9)와 로드 디스크(13) 간의 상대적인 회전 이동이 제한되도록, 제 3 기어 샤프트(18)는 유성 기어가 로드 디스크(13) 내의 긴 홀(19) 내부로 연장되는 것을 보여주기 위해 유성 기어 없이 도시되어 있다. 링 기어(20)는 액추에이터 하우징(10)에 연결된다.

도시된 예에서, 선택된 기어 감속은 여섯 가지일 수 있지만, 다른 감속도 동일하게 실현 가능하다.

도 4 및 도 5에 따른 제 2 실시형태는 제 1 실시형태와 동일한 유형의 스프링 완충 메커니즘을 구비하는 것으로 보이지만, 명료성을 위해 이 구성에 대한 참조 번호들이 도 4 및 도 5에서 반드시 사용되지는 않는다.

본 발명에 따른 액추에이터의 제 3 실시형태가 도 6 내지 도 8에 도시되어 있다. 전체 액추에이터가 도 6에 도시되지 않았고, 적절한 전반적인 이해를 위해 중요한 이의 일부만이 도시되어 있다. 본 실시형태에서, 사용은 제 2 실시형태와 동일한 유형의 유성 기어장치로 이루어질 수 있다. 반면에, 제 3 실시형태는 제 1 및 제 2 실시형태와 같은 스프링 완충 메커니즘을 구비하지 않는 것으로 도시되어 있다. 그 이유는, 명백해 지듯이, 모터가 종료 위치에서 분리되기 때문이다. 그러나, 톱니 간의 연결 상태는 여전히 발생할 수 있고, 이는 모터 샤프트(8) 상에서 또는 다른 곳에서 추가 원웨이 슬립 커플링이 구비될 필요가 있을 수 있다는 것을 의미한다. 대안으로, 스프링 메커니즘이 제공될 수 있다.

또한, 제 2 및 제 3 실시형태에서, 스프링 완충 메커니즘은 유성 기어장치 내의 다른 곳에 구비될 수 있다.

특히 도 7을 참조하여 설명되는 원웨이 클러치 장치(25) 내부로 연장되는 모터 샤프트(8)가 도 6에 도시되어 있다. 선 기어(16A)는 원웨이 클러치 장치(25)의 일부이고, 유성 캐리어(9A) 상의 유성 기어(17A)와 기어 결합되며, 이 유성 캐리어는 다시 원통형 액추에이터 로드(7)에 연결된다. 유성 기어(17A)는 또한 액추에이터 하우징(10A) 내에서 링 기어(20)와 기어 결합된다.

원웨이 클러치 장치(25)는 도 7에 도시되어 있으며 원통형 내부 허브(26)를 갖는다. 제조 상의 이유로, 이 허브(26)는, 핀(27)에 의해 서로에 대해 회전 가능하게 잠기는 제 1 허브(26')와 제 2 허브(26"), 이 두 부분으로 구성된다.

선 기어(16A)는 허브(26)의 중간 부분 상에 회전 가능하게 배치된다.

선 기어(16A)는 양방향에서 축방향으로 연장되는 원통형 선 기어 플랜지(16A')를 갖는다. 이들 두 개의 플랜지(16A')의 외경은 허브(26)의 외경과 동일하다.

허브(26)는 공통 회전을 위해 모터 샤프트(8)와 결합하기 위한 결합 수단(28)을 내부에 구비한다.

상부 잠금 스프링(29)은 상부 선 기어 플랜지(16A') 및 허브(26)의 상부와 견고하게 결합되는 반면, 하부 잠금 스프링(30)은 하부 선 기어 플랜지(16A') 및 허브(26)의 하부와 견고하게 결합된다. 잠금 스프링(29, 30) 모두는 오른쪽으로 권취될 수 있다.

상부 잠금 스프링(29)의 상단은 (상부 잠금 스프링(29)을 둘러싸는) 상부 잠금 스프링 슬리브(31)와 결합되는 반면, 이의 하단은 상부 선 기어 플랜지(16A')와 결합된다. 상대적으로, 하부 잠금 스프링(30)의 하단은 (하부 잠금 스프링(30)을 둘러싸는) 하부 잠금 스프링 슬리브(32)와 결합되는 반면, 이의 상단은 하부 선 기어 플랜지(16A')와 결합된다.

상부 잠금 스프링 슬리브(31)는 액추에이터 하우징(10A)내에서 제 1 정지 부재와의 잠금 스프링 개구부 결합을 위해 외측으로 연장되는 탭(31')을 구비하는 반면, 하부 잠금 스프링 슬리브(32)는 액추에이터 하우징(10A)내에서 제 2 정지 부재와의 잠금 스프링 개구부 결합을 위해 외측으로 연장되는 탭(32')을 구비한다.

본 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 본 출원에서 사용되는 유형의 잠금 스프링은 두 부재 사이에 회전 잠금을 제공할 것이고, 이는 하나의 회전 방향으로 권취되고 반대 회전 방향으로 저 마찰 토크를 갖는 프리-휠링 효과(free-wheeling effect)를 갖는다.

허브(26)가 모터 샤프트(8)에 의해 일 방향으로 회전할 때, 잠금 스프링 중 하나의 잠금 스프링(29 또는 30)은, 관련된 잠금 스프링(29 또는 30)의 잠금 효과가 사라지도록, 관련된 슬리브(31 또는 32)의 탭(31' 또는 32')이 액추에이터 하우징(10A) 내에서 이의 정지 부재에 도달할 때까지, 선 기어(16A)에 토크를 전달한다. 선 기어(16A)는 이의 회전을 정지하고, 허브(26)는 일정한 마찰만으로 함께 회전할 수 있다(잠금 스프링은 프리-휠링 방향으로 습동(slip)한다.

이제, 모터 전류는 급격히 떨어지고, 이는 종료 위치에 도달한 것을 분명히 나타낸다. 모터는 정지될 수 있다.

이후 모터가 다른 방향으로 회전되는 경우, 잠금 스프링 중 다른 하나(29 또는 30)는, 다른 탭(31' 또는 32')이 액추에이터 하우징(10A) 내에서 이의 정지 부재에 도달할 때까지, 선 기어(16A)에 토크를 전달한다. 두 탭(31' 및 32') 간의 회전 거리는 320°일 수 있다.

잠금 스프링(29 및 30)이 오른쪽으로 권취되는 경우, 하부 잠금 스프링(30)은 잠기고, 모터가 위에서 보았을 때 시계방향으로 회전되는 경우, 그 반대도 마찬가지이다.

제 3 실시형태에서, 도시되고 개시된 두 개의 원웨이 클러치가 제공된다. 변경이 가능하다. 그러나 클러치 결합에서 안전 신호를 달성하기 위해 적어도 하나의 원웨이 클러치가 잠금 해제될 수 있는 것이 중요하다.

도 6에, 액추에이터 하우징(10A) 내에 장착되고, 하부 탭(32')의 정지 부재를 구성하는, 내측으로 연장되는 노브(33')를 구비하는 활 모양의 요소(33)가 도시되어 있다.

제 3 실시형태를 위한 스냅-링 메커니즘이 도 8에 도시되어 있지만, 도 6에서도 덜 명확하게 도시되어 있다. 이 메커니즘의 목적은 탄성 엔드 스톱을 제공하고, 모터가 제로 전류를 갖는 경우, 예를 들어, 진동과 충격에 대해 각각 달성한 종료 위치에서 편심 핀(5)을 탄성적으로 고정하기 위한 것이다.

이 메커니즘은, 세 개의 기어 샤프트(18)에 장착되고 세 개의 암(arm, 36)을 갖는, 대체로 원형인 몸체(35)로 구성될 수 있고, 각각의 암은 편심 핀(5)의 각각의 종료 위치에서 액추에이터 하우징(10A)의 내주(inner periphery)에서 두 개의 톱니모양(indentation, 37) 중 하나와 결합하기 위한 엔드 노브(end knob)를 구비한다. 스냅-링 메커니즘은 바람직하게 암(36)에 일정한 탄성을 제공하기 위해 플라스틱으로 형성될 수 있지만, 원하는 탄성은 또 다른 방식으로 획득될 수 있다. 메커니즘을 세 개의 기어 샤프트(18)에 장착함으로써, 편심 핀(5)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.

도 2 내지 도 5에 따른 두 가지 제 1 실시형태를 위한 약간 다른 스냅-링 메커니즘이 도 9에 도시되어 있다. 이 메커니즘의 목적은 도 8에 도시된 것과 대체로 동일하다.

이 메커니즘은 아래로부터 도시되어 있다. 도 9에서, 액추에이터 하우징(10), 액추에이터 로드(7), 편심 핀(5), 및 로드 디스크(13)를 볼 수 있다.

바람직하게 회전 가능한 링(40')을 구비하는 스냅 핀(40)이 로드 디스크(13)에 부착된다. 대체로 부분적으로 원형인 엔드 스톱 스프링(42)이 액추에이터 하우징(10)의 내부에 대해 배치되고 이에 부착된다. 스프링(42)은 서로에 대해 180°보다 약간 작은 각거리(angular distance)에서 두 개의 내측으로 연장되는 스프링 보스(spring boss, 42')를 구비한다.

액추에이터 하우징(10)은 내부 하우징부(43)를 구비하고, 이는 액추에이터 로드(7)를 둘러싸고, 이를 따라 액추에이터 로드(7)의 회전시 스냅 핀이 이동한다. 하우징부(43)는 서로에 대해 180°보다 약간 큰 각거리에서 두 개의 엔드 스톱(43')을 구비한다.

스프링 보스(42')를 통과하고 나면, 회전하는 액추에이터 로드(7)의 스냅 핀(40)은 각각의 엔드 스톱(43')에 의해 정지되고 이 위치에서 각각의 스프링 보스(42')에 의해 탄성적으로 고정될 것이다.

도시되고 개시된 클러치 액추에이터(4)에서 사용되는 전기 모터는 바람직하게 양방향으로 회전하는 DC 모터이고, 이에 따라 편심 핀(5)이 연결 및 분리 위치 사이에서 앞뒤의 축방향으로 클러치 슬리브(3)를 이동시킬 수 있다. 사용되는 모터는, 정류자와 결합하는 브러시(일반적으로 두 개의 브러시)에 의해 회전부에 전류가 전송되는, 브러시 모터이다. 정류자는 다수의 세그먼트를 갖는다. 세그먼트 사이의 브러시의 전환(transition)에서 일정한 전류 피크 또는 펄스가 발생하고, 이는 액추에이터에 연결되는 ECU 내에서 검출될 수 있다.

제 1 및 제 2 실시형태에서, 완전히 연결된 클러치는 다음 중 하나 이상에 의해 검출될 수 있다:

- 정류자 펄스 계수(예를 들어, 18 펄스);

- 전압 및 전류의 측정으로부터 회전 계산;

- 종료 위치에서의 고전류 측정; 및

- 센서에 의한 프로펠러 또는 카르단 샤프트의 속도 검출.

완전히 분리된 클러치는 다음에 의해 검출될 수 있다:

- 프로펠러 샤프트의 속도 검출; 및

- 정류자 펄스 계수 및 종료 위치에서의 회전 및 고전압 계산.

제 1 및 제 2 실시형태에서, 각각의 종료 위치에 도달하였을 때, 이동을 정지시키기 위한 탄성 정지 수단이 존재한다.

제 3 실시형태에서, 각각의 종료 위치에 도달하였을 때, 클러치는 분리될 것이다. 모터는 계속 회전할 수 있지만, 종료 위치에 도달하였을 때, 전류 강하로 인해 실제적으로는 전원이 꺼질 것이다.

첨부된 청구 범위 내에서 변경이 가능하다.

Claims (22)

1. 축방향으로 이동 가능한 클러치 슬리브(3)에 의해 두 개의 동축 샤프트(1, 2) 사이에서 도그 클러치를 연결하고 분리하기 위한 액추에이터에 있어서, 상기 액추에이터(4)는 전기 모터를 포함하고, 상기 모터의 모터 샤프트(8)는 회전 가능한 액추에이터 로드(7)에 연결되고, 상기 액추에이터 로드(7)는 이의 단부에서 상기 클러치 슬리브(3)와의 협력을 위한 편심 핀(5)을 구비함으로써, 클러치 슬리브(3)의 하나의 축방향 종료 위치에 해당하는 회전 위치로부터 클러치 슬리브(3)의 다른 하나의 축방향 종료 위치에 해당하는 회전위치까지 모터에 의한 액추에이터 로드(7)의 180° 이하의 회전이 상기 도그 클러치의 연결 또는 분리를 유발하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 편심 핀(5)은 클러치 슬리브(3) 내의 원주 홈 내에 배치되는 시프트 부싱(6) 내의 직사각형 홀 내부로 연장되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 원통형 액추에이터 로드(7)는 도그 클러치에서 또는 이의 주위에서 액추에이터 하우징(10) 내에 저널링되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 모터 샤프트(8)는 액추에이터 로드(7)에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 모터 샤프트(8)와 액추에이터 로드(7) 사이에 스프링 완충 메커니즘(9-13)이 배치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 모터 샤프트(8)에 연결되는 스프링 디스크(9)는 액추에이터 하우징(10) 내에 회전 가능하게 배치되고, 액추에이터 로드(7)에 연결되는 로드 디스크(13)로부터 두 개의 스프링 사이의 자유 공간으로 연장되는 스프링 핀(12)과의 협력을 위한, 바람직하게 약간 프리스트레스된(prestressed) 압축 스프링(11)의 쌍들과 함께 접선 포켓(tangential pocket)을 구비하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   세 쌍의 스프링(11)이 존재하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
8. 제 3 항에 있어서,
   상기 모터 샤프트(8)와 액추에이터 로드(7) 사이에 기어 감속이 제공되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 기어 감속은 유성 기어장치(16-20)의 형태인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 모터 샤프트(8)는, 예를 들어, 세 개의 유성 기어(17)와 결합되고, 다시 액추에이터 하우징(10) 내의 링 기어(20)와 결합되는 선 기어(16)를 구비하고, 상기 유성 기어(17)는 액추에이터 로드(7)에 연결되는 디스크 모양의 유성 캐리어(9) 상의 기어 샤프트(18) 상에서 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유성 기어장치(16-20)의 기어 감속은 여섯 가지인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
    
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 제 5 항에 따른 스프링 완충 메커니즘을 구비하고, 상기 유성 캐리어는 스프링 디스크(9)인 것을 특징으로 하는 액추에이터.
    
13. 제 3 항에 있어서,
    상기 모터 샤프트(8)로부터 액추에이터 로드(7)까지의 동력 전달 체인 내에 적어도 하나의 잠금 해제될 수 있는 원웨이 클러치를 구비하는 축방향 원웨이 클러치 장치(25)가 구비되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 원웨이 클러치 장치는, 모터 샤프트(8)가 내부에서 결합하는 원통형 내부 허브(26), 상기 허브(26)의 중간 부분 상에 회전 가능하게 배치되고 제 8 항 내지 제 10 항에 따른 유성 기어장치의 일부인 선 기어(16A), 허브(26)의 상부 및 선 기어(16)와 견고하게 결합되는 상부 잠금 스프링(29), 선 기어(16) 및 허브(26)의 하부와 견고하게 결합되는 하부 잠금 스프링(30)을 포함하고, 상기 잠금 스프링(29, 30) 모두는 동일한 방향으로 권취되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상부 잠금 스프링 슬리브(31)는 상부 잠금 스프링(29)을 둘러싸고 하부 잠금 스프링 슬리브(32)는 하부 잠금 스프링(30)을 둘러싸며, 이들 슬리브는 액추에이터 하우징(10A) 내에서 각각의 정지 부재와 결합하기 위한 외측으로 연장되는 탭(31', 32')을 구비하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
    
16. 제 3 항에 있어서,
    각각 달성한 종료 위치에서 편심 핀(5)을 탄성적으로 고정하기 위한 스냅-링 메커니즘이 제공되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
    
17. 제 4 항, 제 9 항, 및 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스냅 핀(40)이 로드 디스크(13)에 부착되고, 이 로드 디스크(13)로부터 액추에이터 로드(7)가 연장되며, 부분적으로 원형인 엔드 스톱 스프링(42)이 액추에이터 하우징(10)의 내부에 대해 배치되고 이에 부착되고, 상기 스프링(42)은 스냅 핀(40)과 결합하기 위한 두 개의 내측으로 연장되는 스프링 보스(42')를 구비하며, 상기 하우징(10)은 스프링 보스(42') 근처에서 스냅 핀(40)을 위한 두 개의 엔드 스톱(43')을 구비하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
    
18. 제 14 항 및 제 16 항에 있어서,
    대체로 원형인 몸체(35)가 유성 기어장치의 유성 기어 샤프트(18)에 장착되고, 상기 몸체(35)는 액추에이터 하우징(10A)의 내주(inner periphery)에서 각각 두 개의 톱니모양(indentation, 37)과 결합하기 위한 엔드 노브(end knob)를 구비하는 탄성 암(36)을 갖는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
    
19. 액추에이터 내의 전기 모터에 의해 축방향으로 이동 가능한 클러치 슬리브(3)에 의해 두 개의 동축 샤프트(1, 2) 사이에서 도그 클러치를 연결하고 분리하기 위한 액추에이터를 제어하는 방법에 있어서, 상기 모터는 클러치를 연결하고 분리하기 위해 사용되고, 모터의 샤프트(8)의 회전 이동을 각각 클러치를 연결하고 분리하는 양방향에서 클러치 슬리브(3)의 축방향 이동으로 변환하기 위한 수단이 제공되고, 각각 달성된 연결 및 분리시 및/또는 모터의 회전시 모터 전류의 변화가 모터를 제어하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
20. 제 19 항에 있어서,
    DC 브러시 모터 내의 회전하는 세그먼트화된 정류자 상의 브러시의 전환(transition)에서 발생하는 전류 펄스의 수가 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
21. 제 4 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 액추에이터를 제어하기 위한 제 19 항에 따른 방법에 있어서,
    각각 달성된 연결 및 분리시 발생하는 전류 피크가 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
22. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 액추에이터를 제어하기 위한 제 19 항에 따른 방법에 있어서,
    각각 달성된 연결 및 분리시 발생하는 전류 강하가 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.

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