KR20190045290A

KR20190045290A - 잠금 차동장치 조립체

Info

Publication number: KR20190045290A
Application number: KR1020197009460A
Authority: KR
Inventors: 차드 로버트 힐맨; 조단 로버트 알렌
Original assignee: 이턴 인텔리전트 파워 리미티드
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2017-09-16
Publication date: 2019-05-02
Also published as: KR102565735B1; BR112019004987A2; CN109690138A; WO2018057437A1; AU2017332673B2; CN109690138B; AU2017332673A1; DE112017004128T5; US20190226566A1; US10816072B2; RU2731585C1

Abstract

잠금 차동장치 조립체는 회전축을 한정하는 차동장치 케이스를 포함한다. 제1 사이드 기어가 차동장치 케이스의 제1 단부에 있다. 제2 사이드 기어가 차동장치 케이스의 제2 단부에 있다. 고정자가 제1 단부에 배치된다. 솔레노이드가 고정자에 고정식으로 부착된다. 고정자는 솔레노이드에 의해 축방향 병진 거리를 병진하도록 선택적으로 자기적으로 작동가능하다. 제1 사이드 기어가 차동장치 케이스에 대해 회전하는 것을 방지하기 위해 잠금 링이 제1 사이드 기어와 선택적으로 결합가능하다. 적어도 2개의 릴레이 핀이 잠금 링에 연결되고 고정자와 접촉하여 잠금 링을 고정자로부터 적어도 미리결정된 거리로 이격시킨다.

Description

잠금 차동장치 조립체

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2016년 9월 20일자로 출원된 미국 가출원 제62/397,205호의 이익을 주장하며, 상기 출원의 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

잠금 차동장치(locking differential)는 종래의 "개방형(open)" 자동차용 차동장치와 비교하여 추가의 능력을 가질 수 있다. 잠금 차동장치를 갖는 차량은 "개방형" 차동장치를 갖는 차량에 비해 구동 휠들에서의 견인력의 증가된 사용을 경험할 수 있다. 견인력의 사용은, 각각의 휠에서 취해진 이용가능한 견인력 또는 도로 경로와 무관하게, 액슬(axle) 상의 2개의 구동 휠들 각각을 동일한 회전 속도로 제한함으로써 증가될 수 있다. 잠금 차동장치는 액슬 상의 양쪽 휠들 모두가 공통 액슬 샤프트 상에 있는 것처럼 함께 선회(turn)하게 한다.

개방형 차동장치 또는 잠금해제형 잠금 차동장치는 액슬 상의 각각의 휠이 상이한 속도로 회전하도록 허용한다. 차량이 선회하려고 할 때, 더 작은 (내부) 반경의 휠은 더 큰 (외부) 반경의 휠보다 더 느리게 회전한다. 잠금해제형 또는 개방형 차동장치가 없는 경우, 타이어들 중 하나는 선회 시에 스쿠핑(scuffing)될 수 있다. 개방형 차동장치의 경우, 액슬의 하나의 휠이 미끄러운 노면 상에 있을 때, 미끄러운 노면 상의 휠은 스핀하려는 경향이 있을 수 있는 반면, 다른 휠에는 차량을 이동시키기에 충분한 토크가 인가되지 않을 수 있다. 예를 들어, 개방형 차동장치들을 갖는 일부 차량은, 다른 휠 아래에 있는 포장도로가 얼마나 건조한가에 상관없이, 휠들 중 하나 아래에 젖은 얼음이 있는 언덕을 올라가지 못할 수 있다(이는 스플릿-뮤(split-mu) 표면으로서 알려질 수 있음).

대조적으로, 잠금형 차동장치는 동일한 액슬의 양 측부 상에 있는 휠들이 동일한 속도로 함께 회전하도록 강제한다. 따라서, 각각의 휠은 휠/도로 견인력과 파워트레인 용량이 허용하는 만큼 큰 토크를 적용할 수 있다. 차량이 스플릿-뮤 표면을 갖는 언덕에 있는 예에서, 잠금형 차동장치는, 다른 방식의 동일한 차량이 개방형 차동장치로 올라갈 수 없는 언덕을 그 차량이 올라갈 수 있게 한다. 잠금 차동장치들은 또한, 소정 조건 하에서, 예를 들어 드래그 레이싱(drag racing), 또는 제설(snow plow) 작업에서 개선된 차량 성능을 야기하는 더 양호한 견인력을 제공할 수 있다.

일부 차량들은 잠금해제 상태로부터 잠금 상태로 재구성될 수 있는 차동장치들을 갖는다. 그러한 차량은, 예를 들어, 선회 시에 타이어 스쿠핑을 방지하기 위해 정상 조건에 대해 잠금해제 상태의 차동장치로 작동될 수 있고, 휠 미끄러짐에 직면하게 될 때 잠금형 차동장치로 작동하도록 재구성될 수 있다.

본 발명의 예들의 특징들은 유사한 도면 부호들이 동일하거나 유사한(아마도 완전히 동일하지는 않는) 구성요소들에 대응하는 하기의 상세한 설명 및 도면들을 참조함으로써 명백해질 것이다. 간결함을 위해, 앞서 기술된 기능을 갖는 도면 부호들 또는 특징부들은 그들이 나타나는 다른 도면과 관련하여 기술될 수 있거나 기술되지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 잠금 차동장치 시스템을 갖는 차량의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 잠금 차동장치의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 잠금 차동장치의 분해도이다.
도 4a는 도 2에 도시된 잠금 차동장치의 측단면도이다.
도 4b는 도 4a에 나타낸 잠금 차동장치의 일부분의 상세 측단면도이다.
도 4c는 고정자 위치 센서가 도 4c의 접촉 스위치인 것을 제외하고는 도 4b와 유사한, 도 4a에 나타낸 잠금 차동장치의 일부분의 상세 측단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 릴레이 핀들을 갖는 잠금 링의 일례의 우측 사시도이다.
도 5b는 차동장치 케이스 내에 결합된 잠금 링의 일례를 도시한 단부 단면도이다.
도 5c는 도 5a에 도시된 릴레이 핀들을 갖는 잠금 링의 예의 좌측 사시도이다.
도 5d는 도 5a에 도시된 잠금 링의 단부도이다.
도 5e는 릴레이 핀이 압입 끼워맞춤에 의해 잠금 링에 고정된 상태의 릴레이 핀 및 잠금 링의 일례의 분해 단면도이다.
도 5f는 릴레이 핀이 스크류 나사들에 의해 잠금 링에 고정된 상태의 릴레이 핀 및 잠금 링의 일례의 분해 단면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 예의 잠금 구성요소들의 단면 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 단일편 크로스-샤프트의 일례의 사시도이다.

본 발명은 일반적으로 잠금 차동장치들에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 차량 구동 액슬에 사용되는 전자 제어식 잠금 차동장치들에 관한 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전자 제어식 잠금 차동장치는 전자 신호에 응답하여 잠금해제 상태와 잠금 상태 사이에서 변화하는 차동장치를 의미한다. 잠금 상태에서, 차동장치에 연결된 양쪽 액슬 샤프트들 모두는 동일한 속도로 동일한 방향으로 함께 회전한다. 전자 신호는 차량 조건, 예를 들어, 휠 미끄러짐의 검출에 응답하여 자동으로 생성될 수 있다. 전자 신호는 또한 조작자로부터의 요구에 응답하여 생성될 수 있으며, 예를 들어, 조작자는 차량의 제어 패널 상의 버튼을 누를 수 있다.

본 발명의 예들은 차동장치들이 유사한 크기의 기존의 잠금 차동장치들보다 더 높은 토크로 동작하게 할 수 있다. 잠금 메커니즘을 작동시키는 시간은 또한 기존의 전자 잠금 차동장치와 비교하여 감소될 수 있다. 또한, 상태 표시기는 본 발명의 전자 제어식 잠금 차동장치 시스템의 작동에 관하여 보다 상세하고 정확한 정보를 제공함으로써 보다 만족스러운 사용자 경험을 제공할 수 있다.

도 1을 참조하면, 차량(70)을 위한 파워트레인(5)은 모터(6), 모터에 연결된 프로펠러 샤프트(7), 및 액슬 조립체(8)를 포함한다. 프로펠러 샤프트(7)는 예를 들어 액슬 하우징(9) 내부의 액슬 샤프트들(13, 13')을 회전 구동하기 위해 기어장치(도시되지 않음)에 의해 연결된다. 액슬 조립체(8)는 액슬 하우징(9), 액슬 하우징(9) 내에 지지된 잠금 차동장치 조립체(10), 및 제1 및 제2 구동 휠들(98, 98')에 각각 연결된 액슬 샤프트들(13, 13')을 포함한다. 차동장치 케이스(12) 내에 배치된 기어 세트(97)는 차동장치 케이스(12)로부터 액슬 샤프트들(13, 13')로 회전 동력을 전달하고, 액슬 샤프트들(13, 13') 사이의 상대 회전을 선택적으로 허용한다. 도 1에 도시된 잠금 차동장치 조립체(10)가 후륜 구동 차량에 적용되어 있지만, 본 발명은 전륜 구동 차량에서 사용하기 위한 트랜스액슬들, 4륜 구동 차량에서 사용하기 위한 트랜스퍼 케이스, 또는 임의의 차량 파워트레인에 사용될 수 있다.

도 2, 도 3, 도 4a 및 도 4b를 함께 참조하면, 잠금 차동장치 조립체(10)를 포함하는 본 발명의 일례가 도시되어 있다. 잠금 차동장치 조립체(10)는 회전축(14) 및 기어 챔버(16)를 한정하는 차동장치 케이스(12)를 갖는다. 차동장치 케이스(12)는 액슬 하우징(9)(도 1 참조) 내에서 회전축(14)을 중심으로 회전한다. 제1 사이드 기어(18)가 차동장치 케이스(12)의 제1 단부(19)에 그에 대한 선택가능한 상대 회전을 위해 배치된다. 제2 사이드 기어(20)가 차동장치 케이스(12)에 대한 선택가능한 회전을 위해 제1 단부(19)의 반대편에 있는 차동장치 케이스(12)의 제2 단부(21)에 배치된다.

제1 사이드 기어(18)는, 제1 사이드 기어(18)의 후방 면(24) 상에 한정된 사이드 기어 도그(side gear dog)(22)들을 갖는다. 제1 사이드 기어(18)의 후방 면(24)은 제1 사이드 기어(18)의 기어이(gear tooth) 면(66)의 반대편에 있다. 적어도 2개의 피니언 기어(26)가 기어 챔버(16) 내에 회전가능하게 지지된다. 적어도 2개의 피니언 기어(26) 각각은 제1 사이드 기어(18) 및 제2 사이드 기어(20)와 맞물림 결합(meshing engagement) 상태에 있다.

잠금 차동장치 조립체(10)는 차동장치 케이스(12)의 제1 단부(19)에 배치된 고정자(32)를 포함한다. 솔레노이드(28)는 고정자(32)에 의해 한정된 환형 솔레노이드 공동(60) 내에 보유된다. 솔레노이드(28)는 예를 들어 접착제 또는 체결구에 의해 고정자(32)에 고정식으로 부착될 수 있다. 고정자(32)는 강자성 재료로 형성된다. 차동장치 케이스(12)는 회전축(14)을 중심으로 고정자(32)에 대해 회전가능하다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 고정자(32)는 회전축(14)과 동축인 길이방향 벽 축(35)을 갖는 환형 벽(33)을 갖는다. 제1 고정자 환형 플랜지(36)가 제1 고정자 환형 플랜지(36)의 제1 내경(38)에서 환형 벽(33)으로부터 길이방향 벽 축(35)에 평행하게 연장된다. 제1 고정자 환형 플랜지(36), 환형 벽(33), 및 제2 고정자 환형 플랜지(37)는 환형 솔레노이드 공동(60)을 한정한다. 환형 솔레노이드 공동(60)은 환형 벽(33)의 원위에서 개방 단부(63)를 갖는다.

도 4a 및 도 4b가 길이방향 벽 축(35)에 평행하게 연장되는 제1 고정자 환형 플랜지(36)를 도시하지만, 환형 플랜지(36)가 환형 벽(33)과 이루는 각도는 90도에서 벗어날 수 있다. 예를 들어, 그 각도는 환형 솔레노이드 공동(60)이 환형 벽(33)에서보다 개방 단부(63)에서 더 넓도록 45도일 수 있다. 환형 솔레노이드 공동(60)이 제1 고정자 환형 플랜지(36), 환형 벽(33) 및 제2 고정자 환형 플랜지(37)에 의해 한정되는 한, 제1 고정자 환형 플랜지(36)와 환형 벽(33) 사이의 각도는 임의의 각도일 수 있다.

제2 고정자 환형 플랜지(37)는 축방향 병진 거리(82)보다 큰 원통형 연장 길이(83)만큼 제1 고정자 환형 플랜지(36)보다 더 멀리 환형 벽(33)으로부터 연장된다. 제2 고정자 환형 플랜지(37)는 제1 고정자 환형 플랜지(36)로부터 반경방향 외향으로 이격되고, 제1 고정자 환형 플랜지(36)에 평행할 수 있다. 도 4a 및 도 4b가 환형 솔레노이드 공동(60)을 실질적으로 직사각형인 단면을 갖는 것으로 도시하고 있지만, 그 표면들은 본 발명의 예들에서 둥글거나 경사질 수 있다. 일례에서, 솔레노이드(28)는 별개의 보빈(bobbin)(도시되지 않음) 상에 권취될 수 있고 개방 단부(63)를 통해 환형 솔레노이드 공동(60) 내에 배치될 수 있다. 다른 예에서, 보빈이 없는 솔레노이드가 사용될 수 있다.

도 3 및 도 6은, 도 4a 및 도 4b의 상반부에 도시된 결합해제 위치(44)를 향해 잠금 링(40)을 편의시키기 위해 제1 사이드 기어(18)와 잠금 링(40) 사이에 배치된 스프링(34)을 도시한다. 도 4a 및 도 4b의 하반부는 결합 위치(45)에서의 잠금 링(40)을 도시한다. 도 3에 도시된 예에서, 차동장치 케이스(12)는 크로스-샤프트 중심들(52)에서 분할선(51)을 갖는 2개의 피스(piece)들을 포함한다. 차동장치 케이스(12)의 2개의 피스들 중 하나는 링 기어(도시되지 않음)를 부착하기 위한 부착 플랜지(105)를 갖는 플랜지형 피스(100)이다. 차동장치 케이스(12)의 2개의 피스들 중 다른 하나는 고정자(32) 및 잠금 링(40)이 장착되는 제2 피스(106)이다. 사이드 기어 스러스트 와셔(101)가 플랜지형 피스(100)와 제2 사이드 기어(20) 사이에 배치된다. 스러스트 와셔들(104)은 피니언 기어들(26, 26')과 차동장치 케이스(12) 사이에 배치된다.

도 4a, 도 4b 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 예들에서, 고정자(32)는 솔레노이드(28)의 활성화에 의해 축방향 병진 거리(82)를 병진이동하도록 선택적으로 자기적으로 작동된다. 고정자 중심 환형 플랜지(62)는 제1 고정자 환형 플랜지(36)로부터 반경방향 내향으로 연장된다.

제2 고정자 환형 플랜지(37)는 축방향 병진 거리(82)보다 큰 원통형 연장 길이(83)만큼 제1 고정자 환형 플랜지(36)보다 더 멀리 환형 벽(33)으로부터 연장된다. (예컨대, 도 4b 참조.) 차동장치 케이스(12)는 환형 단부 표면(86)을 갖는다. 환형 단부 표면(86)은 자기적으로 응답한다. 고정자 수용 홈(89)이 제2 고정자 환형 플랜지(37)의 침투 부분(90)을 수용하기 위해 차동장치 케이스(12)의 환형 단부 표면(86) 내에 한정된다. 고정자 수용 홈(89)과 제2 고정자 환형 플랜지(37) 사이의 간극(47)은 고정자 결합 위치(67)와 고정자 결합해제 위치(102)에서 차동장치 케이스(12)와 제2 고정자 환형 플랜지(37) 사이의 접촉을 방지한다. 고정자 수용 홈(89)과 제2 고정자 환형 플랜지(37) 사이의 간극(47)은 기계적 간극을 제공하기에 충분히 작지만, 자속이 제2 고정자 환형 플랜지(37)를 통해 간극(47)을 가로질러 그리고 고정자 수용 홈(89)을 통해 고정자(32) 내로 효율적으로 유동하게 한다. 제2 고정자 환형 플랜지(37)가 고정자 수용 홈(89)에 관통하는 본 발명의 예들에서, 차동장치 케이스(12)에 대한 고정자(32)의 자기 인력은, 고정자 수용 홈(89) 내로의 환형 플랜지(37)의 침투 없이 있게 될 자기 인력보다 더 강하다. 더 강한 자기 인력은 솔레노이드(28)에 동력공급하는 데 사용되는 전기 에너지의 보다 효율적인 사용을 가능하게 한다. 전기 에너지의 보다 효율적인 사용의 일례로서, 이것은 회전축(14)을 따라 축방향 병진 거리(82)(도 4b)를 병진이동하도록 고정자(32)를 작동시키기 위해 스프링(34)의 편의력을 극복하기에 충분히 강한 자기 인력을 발생하는 데 있어서 더 작은 전류를 필요로 한다. 다시 말하면, 이것은 잠금 차동장치 조립체를 잠그게 하는 데 더 적은 전기 에너지를 필요로 한다. 전기 에너지의 보다 효율적인 사용의 다른 태양은, 동일한 양의 전류가 더 강한 자기 인력을 산출하여 잠금 차동장치 조립체(10)의 더 빠른 잠금을 야기한다는 것이다.

고정자 결합 위치(67)는 잠금 링(40)의 결합 위치(45)에 대응하는 고정자(32)의 제1 축방향 위치이다. 고정자 결합해제 위치(102)는 잠금 링(40)의 결합해제 위치(44)에 대응하는 고정자(32)의 제2 축방향 위치이다. 제1 고정자 환형 플랜지(36)는, 고정자(32)가 고정자 결합 위치(67)에 있을 때, 차동장치 케이스(12)의 환형 단부 표면(86)과 접촉한다. 고정자(32)는 도 4a의 하반부 및 도 4b의 하반부에서 고정자 결합 위치(67)에 있는 것으로 도시되어 있다. 고정자(32)는 도 4a의 상반부 및 도 4b의 상반부에서 고정자 결합해제 위치(102)에 있는 것으로 도시되어 있다.

일례에서, 적어도 2개의 릴레이 핀(50)은, 솔레노이드(28)에 동력공급될 때, 잠금 링(40)을 제1 사이드 기어(18)와의 결합을 향해 구동하기 위해 고정자 중심 환형 플랜지(62)와 접촉한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "동력공급"은 전류가 솔레노이드(28)를 통해 흐르는 것을 의미한다. 적어도 2개의 릴레이 핀(50)은 잠금 링(40)에 연결되고 고정자(32)와 접촉하여 잠금 링(40)을 고정자(32)로부터 적어도 미리결정된 거리로 이격시킬 수 있다. 따라서, 잠금 링(40)과 고정자(32)는 함께 견고하게 부착되어 단일 강성체로서 함께 이동한다. 예들에서, 잠금 링(40)과 고정자(32) 사이의 미리결정된 거리는 약 15 mm 내지 약 100 mm일 수 있다.

본 발명의 예들에서, 고정자(32)는 회전축(14)을 따라 축방향 병진 거리(82)(도 4b)를 병진이동하도록 선택적으로 자기적으로 작동가능하다. 일례에서, 축방향 병진 거리(82)는 약 1 mm 내지 약 12 mm일 수 있다. 축방향 병진 거리(82)는, 잠금 링(40)의 상보형 도그들(42)을, 사이드 기어 도그들(22)로부터 완전히 결합해제되는 것으로부터 상보형 도그들(42)과 사이드 기어 도그들(22) 사이의 완전한 결합까지 이동시키도록 크기설정될 수 있다. 상보형 도그들(42) 및 사이드 기어 도그들(22)이 완전히 결합해제될 때, 상보형 도그들(42)과 사이드 기어 도그들(22) 사이에 접촉이 없다. 솔레노이드(28)는, 솔레노이드(28)에 동력공급될 때 고정자(32)를 작동시킨다. 스프링(34)은 잠금 링(40)을 결합해제 위치(44)를 향해 편의시키지만; 솔레노이드(28)에 의해 야기된 차동장치 케이스(12)의 환형 단부 표면(86)에 대한 고정자(32)의 자기 인력은, 동력공급되었을 때, 스프링(34)의 편의력보다 더 강하다. 솔레노이드(28)에 동력공급될 때, 차동장치 케이스(12)의 환형 단부 표면(86)에 대한 고정자(32)의 자기 인력은 스프링의 편의력을 극복하고 고정자(32)를 작동시켜, 회전축(14)을 따라 축방향 병진 거리(82)(도 4b)를 병진이동시킨다.

일부 기존의 잠금 차동장치 시스템에서, 고정자는 회전축을 따라 차동장치 케이스로부터 고정된 거리에 유지된다. 플런저는, 차동장치 케이스(및 고정자, 차동장치 케이스와 고정자가 고정된 축방향 관계를 갖기 때문임)에 대해 회전축을 따라 플런저를 축방향으로 이동시키도록 고정자에 연결된 솔레노이드에 의해 작동된다. 플런저는, 플런저에 연결된 잠금 링, 마찰 클러치 팩(friction clutch pack)을 통해, 또는 사이드 기어를 플런저와 직접 결합시킴으로써 잠금 메커니즘과 선택적으로 결합한다.

본 발명의 예들은 그러한 플런저를 갖지 않는다. 본 발명의 고정자(32)는, 솔레노이드(28)에 동력공급될 때, 차동장치 케이스(12)에 대해 직접 자기적으로 끌어당겨진다. 고정자(32)는 회전축(14)을 따라 축방향으로 병진이동한다.

도 4b, 도 5a, 도 5c 및 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 2개의 릴레이 핀(50)은 각각, 포스트 단부(77) 및 포스트 단부(77)의 반대편에 있는 고정자 단부(79)를 갖는 원통형 로드 부분(74)을 포함하고, 원통형 로드 부분(74)은 원통형 로드 부분(74)의 중심에서 길이방향 로드 축(75)을 한정한다. 원통형 로드 부분(74)의 중심은 원통형 로드 부분(74)의 축방향 중심이다. 릴레이 핀들(50) 각각은 고정자 중심 환형 플랜지(62)를 지지하기 위해 원통형 로드 부분(74) 상에 한정된 견부(91)를 갖는다. 각각의 릴레이 핀(50)은 고정자 단부(79)에 한정된, 원통형 로드 부분(74)의 로드 부분 직경(94)보다 더 작은 목부(neck) 직경(68)을 갖는 릴레이 핀 목부(93)를 갖는다. 보유 링 홈(73)이 릴레이 핀 목부(93) 내에 한정된다. 보유 링 홈(73)은 고정자 중심 환형 플랜지(62)의 거의 플랜지 두께(30)만큼 견부(91)로부터 이격된다. 릴레이 핀들(50) 각각은 포스트 단부(77)에 한정된 원통형 로드 부분(74)의 로드 부분 직경(94)보다 더 작은 포스트 직경(80)을 갖는 포스트(78)를 갖는다. 포스트(78)는 원통형 로드 부분(74)과 동심이다. 포스트(78)는 원통형 로드 부분(74)의 포스트 단부(77)로부터 연장되어 잠금 링(40) 내에 한정된 각자의 릴레이 핀 부착 보어(84)와 결합한다.

이제 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 및 도 6을 함께 참조하면, 본 발명의 예들에서, 잠금 차동장치 조립체(10)는 잠금 링(40)을 갖는다. 잠금 링(40)은, 잠금 링(40)의 결합 면(43) 주위에 한정된 상보형 도그들(42)을 포함한다. 상보형 도그들(42)은, 잠금 링(40)을 결합해제 위치(44)로부터 결합 위치(45)로 회전축(14)을 따라 병진이동시킴으로써 사이드 기어 도그들(22)과 선택적으로 결합가능하다. 잠금 링(40)은, 잠금 링(40)의 외측 표면(110) 상에 한정된 복수의 러그(lug)(46)를 갖는다. 각각의 러그(48)는 결합 위치(45)와 결합해제 위치(44) 사이에서 잠금 링(40)의 병진이동을 안내하기 위해 차동장치 케이스(12) 내에 한정된 각자의 상보형 슬롯(49) 내에서 활주하기 위한 것이다. (도 5b 참조.) 각자의 상보형 슬롯들(49) 내의 복수의 러그(46)의 끼워맞춤은 또한, 차동장치 케이스(12)에 대한 잠금 링(40)의 회전을 방지한다.

도 4a의 상반부 및 도 4b의 상반부는 잠금 링(40)이 결합해제 위치(44)에 있는 본 발명의 일례를 도시한다. 도 4a의 하반부 및 도 4b의 하반부는 결합 위치(45)에 있는 잠금 링(40)을 도시한다. 본 발명의 예들에서, 제1 사이드 기어(18)는, 잠금 링(40)이 결합 위치(45)에 있을 때, 차동장치 케이스(12)에 대해 회전하는 것이 실질적으로 방지된다. 제1 사이드 기어(18)는, 잠금 링(40)이 결합해제 위치(44)에 있을 때, 차동장치 케이스(12)에 대해 자유롭게 회전한다. 잠금 링(40)은 회전축(14)에 평행한 잠금 링 두께(41)(도 5a)를 갖는다.

잠금 링(40)은 릴레이 핀(50)의 양과 동일한 양의 릴레이 핀 부착 보어(84)를 한정한다. 릴레이 핀 부착 보어들(84)은 각자의 러그(48)의 중심을 통해 회전축(14)으로부터 미리결정된 반경(31)에서 반경방향 라인 상에 중심설정된다(도 5d). 각각의 릴레이 핀(50)은 각자의 릴레이 핀 부착 보어(84) 내에 보유된다. 일례에서, 복수의 러그(46)는 6개의 러그(48)의 양을 갖고, 릴레이 핀들(50)의 양은 3개다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단어 "양"은 유사한 대상물들의 전체 수를 지칭하며, 전체 수의 부분집합이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도 5d의 복수의 러그(46)는 6개의 러그(48)의 양을 갖는다.

도 5e에 도시된 바와 같이, 일례에서, 각각의 릴레이 핀(50)의 포스트(78)의 포스트 직경(80)은, 각각의 릴레이 핀(50)의 포스트(78)와 각자의 릴레이 핀 부착 보어(84) 사이에 압입 끼워맞춤을 형성하기 위해 각각의 릴레이 핀 부착 보어(84)의 보어 직경(39)보다 더 크다. 일례에서, 각각의 릴레이 핀(50)의 포스트(78)와 각자의 릴레이 핀 부착 보어(84) 사이에 ANSI B4.2-1978 H7/s6 미디엄 구동 끼워맞춤(medium drive fit)이 있다.

도 5f에 도시된 바와 같이, 일례에서, 각각의 릴레이 핀(50)의 포스트(78)는 그 상에 한정된 제1 스크류 나사(87)를 갖는다. 각각의 릴레이 핀 부착 보어(84)는 그 내에 한정된 제1 스크류 나사(87)에 상보적인 제2 스크류 나사(85)를 가질 수 있다. 각각의 릴레이 핀(50)은 제1 스크류 나사(87)와 제2 스크류 나사(85)의 결합을 통해 잠금 링(40)에 나사식으로 체결될 수 있다.

각각의 러그(48)는 회전축(14)에 수직인 반경방향 라인(81)을 중심으로 대칭으로 배열된 2개의 대향 면들(107)을 가질 수 있다. 2개의 대향 면들은 각각, 회전축(14)으로부터 각자의 러그(48)의 중심을 통해 반경방향 라인(81) 상에 중심(72)을 갖는 원의 원호들일 수 있다. 예들에서, 2개의 대향 면들 사이의 각도(99)는 약 28도 내지 약 32도일 수 있다. 2개의 대향 면들(107)이 원의 원호들인 예들에서, 2개의 대향 면들 사이의 각도(99)는 원호들의 각자의 중간점들에서 원호들에 대한 접선(tangent)들 사이의 각도로서 본 명세서에서 정의된다.

잠금 차동장치 시스템(11)은 고정자(32)의 위치를 검출함으로써 잠금 링(40)의 상태를 결정하기 위한 고정자 위치 센서(15)를 포함할 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 일례에서, 고정자 위치 센서(15)는 차동장치 케이스(12)에 연결된 회전-방지 브래킷(95) 상에 배치되는 비-접촉식 위치 센서(15')일 수 있다. 본 발명의 예들에서, 비-접촉식 위치 센서(15')는 임의의 비-접촉식 위치 센서 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어, 자기 변형(magnetostriction), 자기 저항, 홀 효과, 또는 다른 자기 감지 기술들에 기초한 비-접촉식 위치 센서가 본 발명에 따른 잠금 차동장치 시스템(11)에 포함될 수 있다. 추가로, 광학, 적외선, 또는 유압 감지에 기초한 비-접촉식 위치 센서가 또한 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 이 예에서, 비-접촉식 위치 센서(15')는 고정자(32)의 축방향 위치 또는 고정자(32)에 부착된 타깃(96)을 검출한다. 타깃(96)은, 센서가 자기 감지 기술을 사용하는 경우, 비-접촉식 위치 센서(15')에 의해 검출가능하도록 자기적으로 응답할 수 있다.

도 4c에 도시된 예에서, 고정자 위치 센서(15)는 차동장치 케이스(12)에 연결된 회전-방지 브래킷(95) 상에 배치되는 접촉 스위치(15")일 수 있다. 접촉 스위치(15")는 고정자(32)의 축방향 위치 또는 고정자(32)에 부착된 타깃(96')을 검출하기 위한 것이다. 고정자 위치 센서(15)가 접촉 스위치(15")이기 때문에, 타깃(96')이 자기적으로 응답할 필요는 없다. 타깃(96')은 자기적으로 응답하거나 자기적으로 응답하지 않을 수 있다. 접촉 스위치(15")는 개방 상태 및 폐쇄 상태를 갖는다. 접촉 스위치(15")는 개방 상태에서 전기 회로를 개방하고; 접촉 스위치(15")는 폐쇄 상태에서 전기 회로를 폐쇄한다. 접촉 스위치(15")는 고정자(32) 또는 고정자(32)에 부착된 타깃(96')과의 접촉에 의해 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 기계적으로 전환된다. 일례에서, 타깃(96')은 기계적 작동 특징부, 예컨대 캠 표면, 노치, 레버, 범프, 또는 접촉 스위치(15")를 기계적으로 작동시킬 수 있는 임의의 다른 구조적 특징부일 수 있다.

본 발명의 예들은 차동장치 케이스(12)의 회전축(14)에 수직으로 배치된 크로스-샤프트(108)를 가져서, 크로스-샤프트(108) 상에서의 적어도 2개의 피니언 기어(26)의 대향 쌍(27)의 회전을 위해 적어도 2개의 피니언 기어(26)의 대향 쌍(27)을 지지할 수 있다. 도 3 및 도 7을 참조하면, 4-피니언 차동장치를 갖는 본 발명의 예들에서, 차동장치 조립체(10)는 복수의 스터브 샤프트(92)를 포함할 수 있다. 각각의 스터브 샤프트(92)는 환형 요크(109) 주위에 동일하게 이격될 수 있다. 복수의 스터브 샤프트(92)는 차동장치 케이스(12)의 회전축(14)에 수직으로 배치될 수 있다. 복수의 스터브 샤프트(92) 및 요크(109)는 단일 단조품(forging)을 구성할 수 있다. 복수의 스터브 샤프트(92)는, 각자의 스터브 샤프트(92) 상에서의 4개의 피니언 기어(26)의 회전을 위해 적어도 2개의 피니언 기어(26)의 대향 쌍(27) 및 적어도 2개의 피니언 기어(26)의 다른 대향 쌍(27')을 지지한다.

다시 도 1로 돌아가면, 전기 스위치(17)가 솔레노이드(28)에 전력을 제공하기 위해 회로(23)를 선택적으로 폐쇄하도록 차량(70)에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 스위치(17)는 로커 스위치(rocker switch)이지만, 솔레노이드(28)를 통한 전력의 흐름을 제어할 수 있는 임의의 스위치가 사용될 수 있다. 스위치(17)는 솔레노이드(28)를 통해 전력을 직접 제어하는 트랜지스터 또는 릴레이를 제어하는 저전류 스위치일 수 있다. 전자식 상태 표시기(29)가 차량(70) 내에 배치될 수 있다. 전자식 드라이버 회로(25)가 전자식 상태 표시기(29)에 전력을 공급하여 잠금 차동장치 시스템(11)의 상태를 나타내기 위해 차량(70)에 배치될 수 있다. 일례에서, 이 상태는 적어도 3가지 상태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자식 상태 표시기(29)는 선택적 조명식 표시기(88)일 수 있고, 그 상태는 플래시 코드에 의해 표시될 수 있다. 예시하기 위해, 선택적 조명식 표시기(88)는 발광 다이오드, 백열 램프, 형광 램프, 또는 다른 선택적으로 조명가능한 광원을 포함할 수 있다.

용어들 "연결하다/연결된/연결" 및/또는 그와 유사한 종류의 용어들은 다양한 분기 연결식 배열들 및 조립 기법들을 포괄하도록 본 명세서에서 폭넓게 한정된다는 것을 이해하여야 한다. 이들 배열들 및 기법들은, (1) 하나의 구성요소와 다른 구성요소 사이에 어떠한 구성요소들도 개재하지 않는 상태에서의 그들 사이의 직접적인 연통(communication); 및 (2) 다른 구성요소에 "연결되어 있는" 하나의 구성요소가 (그들 사이에 하나 이상의 추가 구성요소들이 존재함에도 불구하고) 어떻게든 다른 구성요소와 작동적으로 연통 상태에 있는 한, 하나의 구성요소와 다른 구성요소 사이에 하나 이상의 구성요소를 갖는 상태에서의 하나의 구성요소와 다른 구성요소의 연통을 포함하지만 이들로 한정되지 않는다.

본 명세서에 개시된 예들을 기술하고 청구함에 있어서, 단수 형태("a", "an", 및 "the")는 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다.

본 명세서에 제공된 범위는 언급된 범위 및 언급된 범위 내의 임의의 값 또는 하위 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 약 28도 내지 약 32도의 범위는 약 28도 내지 약 32도의 명시적으로 인용된 한계뿐만아니라, 29도, 30.4도, 31도 등과 같은 개별 값, 및 약 29도 내지 약 31도 등과 같은 하위 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, "약"이 소정 값을 설명하는 데 이용될 때, 이는 언급된 값으로부터의 작은 변동(최대 +/-10%)을 포괄하는 것을 의미한다.

또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 예", "다른 예", "일례" 등에 대한 언급은, 그 예와 연관되어 설명되는 특정 요소(예컨대, 특징부, 구조, 및/또는 특성)가 본 명세서에 기술된 적어도 하나의 예에 포함되고, 다른 예들 내에 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 임의의 예에 대한 기술된 요소들은 다양한 예들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있음이 이해되어야 한다.

몇몇 예들이 상세히 설명되었지만, 개시된 예들은 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 전술한 설명은 비제한적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims

잠금 차동장치 조립체(locking differential assembly)로서,
회전축을 한정하는 차동장치 케이스;
상기 차동장치 케이스의 제1 단부에 그에 대한 선택가능한 상대 회전을 위해 배치되는 제1 사이드 기어;
상기 차동장치 케이스에 대한 선택가능한 회전을 위해 상기 제1 단부의 반대편에 있는 상기 차동장치 케이스의 제2 단부에 배치되는 제2 사이드 기어;
상기 제1 단부에 배치된 고정자;
상기 고정자에 고정식으로 부착되는 솔레노이드 - 상기 고정자는 상기 솔레노이드에 의해 축방향 병진 거리를 병진이동하도록 선택적으로 자기적으로 작동가능함 -;
상기 제1 사이드 기어가 상기 차동장치 케이스에 대해 회전하는 것을 선택적으로 방지하도록 상기 제1 사이드 기어와 선택적으로 결합가능한 잠금 링; 및
상기 잠금 링에 각각 연결되고 상기 고정자와 접촉하여 상기 잠금 링을 상기 고정자로부터 적어도 미리결정된 거리로 이격시키는 적어도 2개의 릴레이 핀을 포함하는, 잠금 차동장치 조립체.
제1항에 있어서,
상기 제1 사이드 기어의 기어이(gear tooth) 면의 반대편에 있는 상기 제1 사이드 기어의 후방 면 상에 한정된 사이드 기어 도그(side gear dog)들;
상기 잠금 링의 결합 면 상에 한정되고, 상기 잠금 링을 상기 회전축을 따라 결합해제 위치로부터 결합 위치로 병진이동시킴으로써 상기 사이드 기어 도그들과 선택적으로 결합가능한 상보형 도그들;
상기 잠금 링을 결합해제 위치를 향해 편의시키기 위해 상기 제1 사이드 기어와 상기 잠금 링 사이에 배치된 스프링; 및
상기 잠금 링의 외측 표면 상에 한정된 복수의 러그(lug) - 각각의 러그는 상기 결합 위치와 상기 결합해제 위치 사이에서 상기 잠금 링의 병진이동을 안내하기 위해 그리고 상기 차동장치 케이스에 대한 상기 잠금 링의 회전을 방지하기 위해 상기 차동장치 케이스 내에 한정된 각자의 상보형 슬롯 내에서 활주함 - 를 추가로 포함하고,
상기 제1 사이드 기어는, 상기 잠금 링이 상기 결합 위치에 있을 때, 상기 차동장치 케이스에 대해 회전하는 것이 실질적으로 방지되고, 상기 제1 사이드 기어는, 상기 잠금 링이 상기 결합해제 위치에 있을 때, 상기 차동장치 케이스에 대해 자유롭게 회전하고, 상기 잠금 링은 상기 회전축에 평행한 잠금 링 두께를 갖는, 잠금 차동장치 조립체.
제1항에 있어서, 상기 고정자는,
상기 회전축과 동축인 길이방향 벽 축을 갖는 환형 벽;
제1 내경에서 상기 환형 벽으로부터 연장되는 제1 고정자 환형 플랜지;
상기 제1 고정자 환형 플랜지로부터 반경방향 외향으로 이격된, 상기 환형 벽으로부터 연장되는 제2 고정자 환형 플랜지; 및
상기 제1 고정자 환형 플랜지로부터 반경방향 내향으로 연장되는 고정자 중심 환형 플랜지를 포함하고,
여기서,
상기 제1 고정자 환형 플랜지와, 상기 환형 벽 및 상기 제2 고정자 환형 플랜지는 환형 솔레노이드 공동을 한정하고,
상기 고정자는 강자성 재료로 형성되고,
상기 차동장치 케이스는 상기 회전축을 중심으로 상기 고정자에 대해 회전가능하고,
상기 적어도 2개의 릴레이 핀은, 솔레노이드에 동력공급될 때, 상기 잠금 링을 상기 제1 사이드 기어와의 결합을 향해 구동하기 위해 상기 고정자 중심 환형 플랜지와 접촉하는, 잠금 차동장치 조립체.
제3항에 있어서,
상기 제2 고정자 환형 플랜지는 상기 축방향 병진 거리보다 큰 원통형 연장 길이만큼 상기 제1 고정자 환형 플랜지보다 더 멀리 상기 환형 벽으로부터 연장되고,
상기 차동장치 케이스는 환형 단부 표면을 갖고,
상기 환형 단부 표면은 자기적으로 응답하고,
상기 제2 고정자 환형 플랜지의 침투 부분을 수용하기 위해 고정자 수용 홈이 상기 차동장치 케이스의 상기 환형 단부 표면 내에 한정되고,
상기 고정자 수용 홈과 상기 제2 고정자 환형 플랜지 사이의 간극이 고정자 결합 위치와 고정자 결합해제 위치에서 상기 차동장치 케이스와 상기 제2 고정자 환형 플랜지 사이의 접촉을 방지하고,
상기 고정자 결합 위치는 상기 잠금 링의 상기 결합 위치에 대응하는 상기 고정자의 제1 축방향 위치이고,
상기 고정자 결합해제 위치는 상기 잠금 링의 상기 결합해제 위치에 대응하는 상기 고정자의 제2 축방향 위치이고,
상기 제1 고정자 환형 플랜지는, 상기 고정자가 상기 고정자 결합 위치에 있을 때, 상기 차동장치 케이스의 상기 환형 단부 표면과 접촉하는, 잠금 차동장치 조립체.
제3항에 있어서,
상기 적어도 2개의 릴레이 핀들 각각은:
포스트 단부 및 상기 포스트 단부의 반대편에 있는 고정자 단부를 갖는 원통형 로드 부분 - 상기 원통형 로드 부분은 상기 원통형 로드 부분의 중심에서 길이방향 로드 축을 한정함 -;
상기 고정자 중심 환형 플랜지를 지지하기 위해 상기 원통형 로드 부분 상에 한정된 견부;
상기 원통형 로드 부분의 로드 부분 직경보다 더 작은 목부(neck) 직경을 가지며, 상기 고정자 단부에 한정된 릴레이 핀 목부;
상기 릴레이 핀 목부 내에 한정되고, 상기 고정자 중심 환형 플랜지의 거의 플랜지 두께만큼 상기 견부로부터 이격된 보유 링 홈; 및
상기 포스트 단부에 한정된 상기 원통형 로드 부분보다 더 작은 포스트 직경을 가지며, 상기 원통형 로드 부분과 동심인 포스트를 포함하는, 잠금 차동장치 조립체.
제5항에 있어서, 상기 잠금 링은 상기 릴레이 핀들의 양과 동일한 양의 릴레이 핀 부착 보어들을 한정하고, 상기 릴레이 핀 부착 보어들은 각자의 러그의 중심을 통해 상기 회전축으로부터 반경방향 라인 상에 중심설정되며, 각각의 릴레이 핀은 상기 각자의 릴레이 핀 부착 보어 내에 보유되는, 잠금 차동장치 조립체.
제6항에 있어서, 각각의 릴레이 핀의 상기 포스트의 포스트 직경은 각각의 릴레이 핀의 상기 포스트와 상기 각자의 릴레이 핀 부착 보어 사이에 압입 끼워맞춤을 형성하기 위해 각각의 릴레이 핀 부착 보어의 보어 직경보다 더 큰, 잠금 차동장치 조립체.
제6항에 있어서, 각각의 릴레이 핀의 상기 포스트는 그 상에 한정된 제1 스크류 나사를 갖고, 각각의 릴레이 핀 부착 보어는 그 내에 한정된 상기 제1 스크류 나사에 상보적인 제2 스크류 나사를 갖고, 상기 각각의 릴레이 핀은 상기 제1 스크류 나사와 상기 제2 스크류 나사의 결합을 통해 상기 잠금 링에 나사식으로 체결되는, 잠금 차동장치 조립체.
제8항에 있어서, 상기 복수의 러그는 6개의 러그의 양을 갖고, 릴레이 핀들의 양은 3개인, 잠금 차동장치 조립체.
제2항에 있어서,
각각의 러그는 상기 회전축에 수직인 반경방향 라인을 중심으로 대칭으로 배열된 2개의 대향 면들을 갖고;
상기 2개의 대향 면들 사이의 각도는 약 28도 내지 약 32도인, 잠금 차동장치 조립체.
제10항에 있어서, 상기 복수의 러그는 6개의 러그의 양을 갖는, 잠금 차동장치 조립체.
잠금 차동장치 시스템으로서,
회전축을 한정하는 차동장치 케이스;
상기 차동장치 케이스의 제1 단부에 그에 대한 선택가능한 상대 회전을 위해 배치되는 제1 사이드 기어;
상기 차동장치 케이스에 대한 선택가능한 회전을 위해 상기 제1 단부의 반대편에 있는 상기 차동장치 케이스의 제2 단부에 배치되는 제2 사이드 기어;
상기 제1 단부에 배치된 고정자;
상기 고정자에 고정식으로 부착되는 솔레노이드 - 상기 고정자는 상기 솔레노이드에 의해 축방향 병진 거리를 병진이동하도록 선택적으로 자기적으로 작동가능함 -;
상기 제1 사이드 기어가 상기 차동장치 케이스에 대해 회전하는 것을 선택적으로 방지하도록 상기 제1 사이드 기어와 선택적으로 결합가능한 잠금 링;
상기 잠금 링에 각각 연결되고 상기 고정자와 접촉하여 상기 잠금 링을 상기 고정자로부터 적어도 미리결정된 거리만큼 이격시키는 적어도 2개의 릴레이 핀; 및
상기 고정자의 위치를 검출함으로써 상기 잠금 링의 상태를 결정하는 고정자 위치 센서를 포함하는, 잠금 차동장치 시스템.
제12항에 있어서,
상기 고정자 위치 센서는 상기 차동장치 케이스에 연결된 회전-방지 브래킷 상에 배치되는 비-접촉식 위치 센서이고,
상기 비-접촉식 위치 센서는 상기 고정자의 축방향 위치 또는 상기 고정자에 부착된 타깃을 검출하기 위한 것인, 잠금 차동장치 시스템.
제13항에 있어서, 상기 비-접촉식 위치 센서는 홀 효과(Hall-Effect) 위치 센서인, 잠금 차동장치 시스템.
제12항에 있어서,
상기 고정자 위치 센서는 상기 차동장치 케이스에 연결된 회전-방지 브래킷 상에 배치되는 접촉 스위치이고,
상기 접촉 스위치는 상기 고정자의 축방향 위치 또는 상기 고정자에 부착된 타깃을 검출하기 위한 것이고,
상기 접촉 스위치는 개방 상태 및 폐쇄 상태를 갖고,
상기 접촉 스위치는 상기 개방 상태에서 전기 회로를 개방하고,
상기 접촉 스위치는 상기 폐쇄 상태에서 상기 전기 회로를 폐쇄하고,
상기 접촉 스위치는 상기 고정자 또는 상기 고정자에 부착된 상기 타깃과의 접촉에 의해 상기 개방 상태로부터 상기 폐쇄 상태로 기계적으로 전환되는, 잠금 차동장치 시스템.