KR20220129507A - 최종 구동 기어에 대한 부하를 공유하는 병렬 트윈 기어 쌍을 갖는 변속기를 구비한 전기 구동 모듈 - Google Patents

최종 구동 기어에 대한 부하를 공유하는 병렬 트윈 기어 쌍을 갖는 변속기를 구비한 전기 구동 모듈 Download PDF

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KR20220129507A
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제임스 피. 다운즈
폴 제이. 밸런트
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아메리칸 액슬 앤드 매뉴팩쳐링, 인코포레이티드
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Abstract

전기 모터, 차동 조립체, 및 전기 모터와 차동 조립체 사이에서 회전 동력을 전달하는 변속기를 포함하는 전기 구동 모듈. 변속기는 제1 및 제2 감속부를 갖는다. 제1 감속부는 제1 축을 중심으로 회전가능한 구동 기어, 및 각각의 제2 축을 중심으로 회전가능한 구동 기어에 각각 맞물림 결합되는 한 쌍의 제1 감속 기어를 갖는다. 제2 축은 서로 이격되고 제1 축에 대해 평행하다. 제2 감속부는 피동 기어와 한 쌍의 제2 감속 기어를 갖는다. 피동 기어는 제1 축에 대해 평행한 제3 축을 중심으로 회전가능하다. 각각의 제2 감속 기어는 피동 기어에 맞물림 결합되고 제1 감속 기어 중 연관된 하나에 회전불가능하게 커플링된다.

Description

최종 구동 기어에 대한 부하를 공유하는 병렬 트윈 기어 쌍을 갖는 변속기를 구비한 전기 구동 모듈{ELECTRIC DRIVE MODULE WITH TRANSMISSION HAVING PARALLEL TWIN GEAR PAIRS SHARING LOAD TO A FINAL DRIVE GEAR}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2019년 12월 2일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/942496호의 이익을 향유하는 2020년 11월 30일자로 출원된 국제 특허 출원 제PCT/US2020/062541호의 우회 일부 계속 출원이다. 본 출원은 또한 2021년 3월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/161218호 및 2021년 3월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/161164호의 이익을 향유한다. 위에서 인용된 출원의 개시내용은 마치 각각의 출원이 본원에서 상세하게 충분히 설명되는 것처럼 참조로 포함된다.
분야
본 개시내용은 최종 구동 기어에 대한 부하를 공유하는 병렬 기어 쌍을 갖는 변속기를 갖는 전기 구동 모듈에 관한 것이다.
본 섹션은 반드시 종래 기술은 아닌 본 개시내용에 관련된 배경 정보를 제공한다.
변속기를 통해 차동 조립체를 구동하는 전기 모터를 갖는 전기 구동 모듈을 제공하는 것이 본 기술분야에 공지되어 있다. 공지된 전기 구동 모듈 구성은 전기 모터의 출력 샤프트, 차동 조립체 및 변속기의 입력부 및 출력부가 공통 회전축을 중심으로 배치되는 동축 배열, 또는 전기 모터의 출력 샤프트, 차동 조립체 및 변속기의 입력부 및 출력부가 서로 평행한 2개 이상의 회전축을 중심으로 배치되는 배열을 가질 수 있다. 이러한 구성은 이들의 의도된 목적에 양호하게 적합되지만, 이들은 측방향 또는 측면 대 측면 방향 또는 반경 방향에서 불충분한 공간이 존재할 수 있기 때문에 특정 차량 내로 패키징되거나 끼워지는 것이 다소 어려울 수 있다. 따라서, 본 기술분야에는 비교적 소형 설계의 전기 구동 모듈에 대한 필요성이 남아 있다.
본 섹션은 본 개시내용의 전체적인 개요를 제공하고 본 개시내용의 완전한 범주 또는 특징들 전부의 포괄적인 개시는 아니다.
일 형태에서, 본 개시내용은 전기 모터, 차동 조립체, 및 전기 모터와 차동 조립체 사이에서 회전 동력을 전달하는 변속기를 포함하는 전기 구동 모듈을 제공한다. 변속기는 제1 및 제2 감속부를 갖는다. 제1 감속부는 제1 축을 중심으로 회전가능한 구동 기어, 및 각각의 제2 축을 중심으로 회전가능한 구동 기어에 각각 맞물림 결합되는 한 쌍의 제1 감속 기어를 갖는다. 제2 축은 서로 이격되고 제1 축에 대해 평행하다. 제2 감속부는 피동 기어와 한 쌍의 제2 감속 기어를 갖는다. 피동 기어는 제1 축에 대해 평행한 제3 축을 중심으로 회전가능하다. 각각의 제2 감속 기어는 피동 기어에 맞물림 결합되고 제1 감속 기어 중 연관된 하나에 회전불가능하게 커플링된다.
추가의 응용 분야가 본원에 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 요약의 설명 및 특정 예는 예시의 목적으로만 의도되고, 본 개시내용의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다.
본원에서 설명되는 도면은 모든 가능한 구현예가 아닌 단지 선택된 실시예들을 예시할 목적이고, 본 개시내용의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1은 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 전기 구동 모듈을 갖는 예시적인 차량의 개략도이다.
도 2는 전기 모터와 변속기를 더 상세하게 도시하는 도 1의 전기 구동 모듈의 부분적으로 단편화된 부분의 사시도이다.
도 3은 변속기 및 차동 조립체의 최종 구동 기어를 도시하는 도 1의 전기 구동 모듈의 일부의 단면도이다.
도 4는 도 1과 유사한 전기 구동 모듈의 일부의 개략도이지만, 전기 모터, 변속기 및 차동 조립체의 일반적인 상대 위치설정을 도시한다.
도 4a는 도 2에 도시되는 전기 모터, 변속기 및 차동 조립체의 상대 위치설정을 도시하는 도 1의 전기 구동 모듈의 일부의 개략도이다.
도 5는 임의적인 주차 잠금 기구를 도시하는 도 1의 전기 구동 모듈의 일부의 사시도이다.
도 6은 전기 구동 모듈의 카운터샤프트(countershaft)를 고정하도록 한 쌍의 주차 기어와 결합되어 배치된 폴(pawl)을 도시하는 주차 잠금 기구의 일부의 평면도이다.
도 7은 주차 잠금 기구의 일부를 통해 취한 단면도로서, 제1 회전 위치에 배향된 캠 플레이트와 연장 위치에 배치된 한 쌍의 플런저를 도시하는 단면도이다.
도 8은 전기 구동 모듈의 카운터샤프트의 회전을 허용하기 위해 한 쌍의 주차 기어로부터 결합해제된 폴을 도시하는 주차 잠금 기구의 일부의 사시도이다.
도 9는 주차 잠금 기구의 일부를 통해 취한 단면도로서, 제2 회전 위치에 배향된 캠 플레이트와 후퇴 위치에 배치된 한 쌍의 플런저를 도시하는 단면도이다.
도 10은 주차 잠금 기구의 부분 단면 사시도이다.
도 11은 캠 플레이트의 제1 면을 더 상세하게 도시하는 주차 잠금 기구의 일부의 사시도이다.
도 12는 잠금 액추에이터를 더 상세하게 도시하는 주차 잠금 기구의 일부의 단면도이다.
도 13은 캠 플레이트의 제2 면에 형성된 잠금 개구를 도시하는 캠 플레이트의 일부의 사시도이다.
도 14는 연장 위치에 있는 플런저와 결합 위치에 있는 폴을 도시하는 주차 잠금 기구의 일부의 사시도이다.
도 15는 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 다른 전기 구동 모듈의 사시도이다.
도 16은 도 15의 선 16-16을 따라 취한 단면도이다.
도 17은 도 15의 선 17-17을 따라 취한 단면도이다.
도 18은 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 또 다른 전기 구동 모듈의 사시도이다.
도 19는 도 18의 전기 구동 모듈의 단면도이다.
도 20은 구동 유닛의 일부를 더 상세하게 도시하는 도 18의 전기 구동 모듈의 일부의 입면도이다.
도 21은 구동 유닛의 일부를 더 상세하게 도시하는 도 18의 전기 구동 모듈의 일부의 사시도이다.
도 22는 변속기의 샤프트 부재 및 제1 감속 기어를 더 상세하게 도시하는 도 21에 도시되는 구동 유닛의 일부의 사시도이다.
도 23은 샤프트 부재 및 제1 감속 기어의 사시 단면도이다.
도 24는 샤프트 부재, 제1 감속 기어, 및 하우징을 포함하는 구동 유닛의 일부를 도시하는 사시 단면도이다.
도 25는 샤프트 부재, 제2 감속 기어, 및 하우징을 포함하는 구동 유닛의 일부를 도시하는 사시 단면도이다.
도 26은 도 18의 전기 구동 모듈의 하우징의 일부의 입면도이다.
도 27은 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 다른 전기 구동 모듈의 평면도이다.
도 28은 도 27의 전기 구동 모듈의 일부의 입면도이다.
도 29는 도 27의 전기 구동 모듈의 일부의 측면도이다.
대응하는 참조 부호는 여러 도면 전반에 걸쳐 대응하는 부분을 표시한다.
도면들 중 도 1을 참조하면, 본 개시내용의 교시에 따라 구성되는 구동 모듈을 갖는 예시적인 차량이 참조 부호 10으로 일반적으로 표시된다. 차량(10)은 전방 또는 1차 드라이브라인(driveline)(14) 및 후방 또는 2차 드라이브라인(16)을 포함할 수 있다. 전방 드라이브라인(14)은 엔진(18) 및 변속기(20)를 포함할 수 있으며 구동 휠(22)의 전방 또는 1차 세트를 구동하도록 구성될 수 있다. 후방 드라이브라인(16)은 필요에 따라 또는 "온디멘드(on demand)" 기반으로 구동 휠(26)의 후방 또는 2차 세트를 구동하도록 구성될 수 있는 전기 구동 모듈(24)을 포함할 수 있다. 본 예에서는 전방 휠(22)은 1차 드라이브라인(14)과 연관되고 후방 휠(26)은 2차 드라이브라인(16)과 연관되지만, 대안적으로 후방 휠은 1차 드라이브라인에 의해 구동될 수 있고 전방 휠은 2차 드라이브라인에 의해 구동될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 전기 구동 모듈(24)은 본 예에서 구동 휠의 2차 세트를 파트 타임 기반으로 구동하도록 구성되는 것으로 나타내었지만, 본 교시에 따라 구성된 구동 모듈은 차량을 위한 유일한 추진 수단으로서 또는 다른 추진 수단과 함께 구동 휠의 (전방, 후방 또는 다른) 세트(예를 들어, 전방 또는 휠의 세트)를 풀 타임 기반으로 구동하도록 채용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 전기 구동 모듈(24)은 구동 유닛(30) 및 한 쌍의 출력 샤프트(32)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 구동 유닛(30)은 하우징(40), 모터 조립체(42), 변속기(44), 및 차동 조립체(46)를 포함할 수 있다. 하우징(40)은 구동 유닛(30)의 다른 구성요소가 장착되는 구조체를 형성할 수 있다. 하우징(40)은, 예를 들어 복수의 나사산형 체결구를 통해서, 함께 고정식으로 커플링될 수 있는 2개 이상의 하우징 요소로 형성될 수 있다. 모터 조립체(42)는 영구 자석 모터와 같은 임의의 유형의 전기 모터를 포함할 수 있다. 모터 조립체(42)는 하우징(40) 상의 플랜지(구체적으로 도시되지 않음)에 장착될 수 있고, 모터 출력 또는 제1 회전축(58)(도 4)을 따라 배치되고 하우징(40) 내에 수용될 수 있는 모터 출력 샤프트(56)를 가질 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 변속기(44)는, 모터 조립체(42)의 출력 샤프트에 의해 구동되는 변속기 입력부 및 차동 조립체(46)를 구동하는 변속기 출력부를 제공하는 하나 이상의 변속기 스테이지 또는 감속부를 포함할 수 있다. 변속기(44)는 다수의 레벨의 기어 감속을 제공하기 위해 하나 이상의 변속기 스테이지 또는 감속부를 포함할 수 있고 임의적으로 하나 이상의 다속 변속기 스테이지를 포함할 수 있다. 또한, 임의적으로, 클러치(도시되지 않음)가 차동 조립체(46)를 모터 조립체(42)로부터 선택적으로 커플링해제(de-coupling)시키기 위해 변속기 출력부와 차동 조립체(46) 사이에 채용될 수 있다. 제공된 예에서, 변속기(44)는 구동 기어 또는 입력 피니언(60), 복수의 제1 감속 기어(62), 복수의 제2 감속 기어(64), 및 피동 기어 또는 최종 구동 기어(66)를 포함한다. 입력 피니언(60)은 모터 조립체(42)의 출력 샤프트에 그와 함께 회전하도록 커플링될 수 있다. 제1 감속 기어(62)는 입력 피니언(60)과 맞물림 결합되고, 입력 피니언(60)보다 더 많은 치형부를 가지며, 입력 피니언(60)의 피치 직경보다 비교적 더 큰 피치 직경을 갖는다. 각각의 제1 감속 기어(62)는 복합 감속 (트윈) 기어(70)를 형성하도록 제2 감속 기어(64) 중 연관된 하나에 고정식으로 커플링될 수 있다. 제2 감속 기어(64)는 제1 감속 기어(62)보다 피치 직경이 더 크고 더 많은 치형부를 갖는다. 각각의 복합 감속 기어(70)는 제1 회전축(58)에 평행하고 그로부터 오프셋된 제2 회전축(74)을 중심으로 회전하도록 하우징(40)에 장착되는 카운터샤프트 또는 차축(72) 상에 배치될 수 있다. 각각의 카운터샤프트(72)는 하우징(40)에 장착될 수 있는 한 쌍의 베어링에 의해 지지될 수 있다. 각각의 카운터샤프트(72)는 복합 감속 기어(70) 중 대응하는 하나에 조립될 수 있는 별개의 구성요소로서 형성될 수 있거나, 복합 감속 기어(70) 중 대응하는 하나와 단일체로 그리고 일체로 형성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 도 2에 도시되는 예에서, 복합 기어(70)의 회전축(74) 및 제1 회전축(58)은 평면(P)에 배치된다. 도 4는 모든 3개의 축이 공통 평면에 배치되지 않도록 제2 회전축(74)이 제1 회전축(58)에 대해 평행하지만 그로부터 오프셋되어 있는 변속기(44)의 일반적인 예를 도시하고 있다. 도 4a는 도 4의 도면과 유사하지만 제1 및 제2 회전축(58, 74)의 위치를 더 정확하게 도시하는 도면이다.
최종 구동 기어(66)는 출력축(76)을 중심으로 회전하도록 하우징(40)에 의해 지지될 수 있다. 제공된 예에서, 출력축(76)은 제2 회전축(74) 및 제1 회전축(58)에 대해 평행하고 그로부터 오프셋되며; 입력 피니언(60), 제1 감속 기어(62), 제2 감속 기어(64) 및 최종 구동 기어(66)는 헬리컬 기어이고, 제1 감속 기어(62) 및 제2 감속 기어(64)는 입력 피니언(60)과 제1 감속 기어(62) 사이 그리고 제2 감속 기어(64)와 최종 구동 기어(66) 사이의 회전 동력의 전달과 연관되는 복합 감속 기어(70) 상의 축방향 힘을 상쇄시키도록 반대 배향식(opposite handed)이다. 변속기(44)는 헬리컬 기어를 채용하는 것으로 설명되었지만, 이들 기어의 일부 또는 전부가 스퍼 기어로서 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 3을 참조하면, 차동 조립체(46)는 차동 입력 부재와 한 쌍의 차동 출력 부재를 포함할 수 있다. 차동 입력 부재는 출력축(76)을 중심으로 그와 함께 회전하도록 최종 구동 기어(66)에 커플링될 수 있으며, 한편 각각의 차동 출력 부재는 출력 샤프트(32) 중 대응하는 하나와 함께 회전하도록 커플링될 수 있다. 제공되는 특정 예에서, 차동 조립체(46)는 차동 케이스(80) 및 차동 기어세트(82)를 포함한다. 차동 케이스(80)는 차동 입력 부재로서 기능할 수 있고 한 쌍의 베어링(84)에 의해 출력축(76)을 중심으로 하우징(40) 상에 회전하도록 지지될 수 있다. 베어링(84)은 제공된 예에서 테이퍼형 롤러 베어링인 것으로서 도시되어 있지만, 베어링(84)은 대안예에서 앵귤라 볼 베어링(angular ball bearing)으로서 또는 볼 베어링으로서 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 차동 기어세트(82)는 한 쌍의 차동 피니언(90) 및 한 쌍의 사이드 기어(92)를 포함할 수 있다. 차동 피니언(90)은 차동 케이스(80)에 수용될 수 있고, 차동 케이스(80)에 장착되는 크로스 핀(94) 상에 회전가능하게 배치된다. 크로스 핀(94)은 차동 케이스(80)를 통해 적어도 부분적으로 연장될 수 있고 출력축(76)에 직각으로 배향된다. 사이드 기어(92)는 제공된 예에서 차동 출력 부재이다. 사이드 기어(92)는 차동 케이스(80)에 수용되고, 출력축(76)을 중심으로 차동 케이스(80)에 대해 회전가능하다. 각각의 사이드 기어(92)는 차동 피니언(90)과 맞물림 결합된다.
각각의 출력 샤프트(32)는 사이드 기어(92) 중 대응하는 하나에 회전불가능하게 하지만 축방향으로 활주가능하게 결합될 수 있다. 제공된 예에서, 각각의 출력 샤프트(32)는 사이드 기어(92) 중 대응하는 하나의 내부 스플라인 개구(102)에 맞물림 결합되는 수형 스플라인 세그먼트(100)를 갖는다. 각각의 출력 샤프트(32)는 사이드 기어(92) 중 하나와 차량 휠 중 연관된 하나 사이에서 회전 동력을 전달하도록 구성된다.
구동 유닛(30)은 미리결정된 범위의 회전 속도가 미리결정된 최대 값 또는 크기를 갖는 미리결정된 범위의 회전 속도에 걸쳐 차동 출력 부재(예를 들어, 사이드 기어(92)) 및 출력 샤프트(32)를 구동하도록 구성된다. 변속기(44)는, 구동 유닛(30)이 미리결정된 최대 크기와 동일한 회전 속도로 차동 출력 부재를 구동할 때, 모터 출력 샤프트(56)가 1분당 19,000 회전 이상의 회전 속도로 회전하지만, 임의의 맞물림 기어 세트 사이의(즉, 구동 기어(60)와 제1 감속 기어(62) 사이의, 또는 제2 감속 기어(64)와 피동 기어(66) 사이의) 피치 라인 속도가 1초당 37 미터 이하가 되도록 구성된다. 바람직하게는, 구동 유닛(30)이 미리결정된 최대 크기와 동일한 회전 속도로 차동 출력 부재를 구동하도록 동작될 때, 모터 출력 샤프트(56)의 회전 속도가 1분당 20,000 회전 이상, 더 바람직하게는 1분당 22,000 회전 이상, 더욱 더 바람직하게는 1분당 24,000 회전 이상인 경우 각각의 맞물림 기어 세트 사이의 피치 라인 속도는 1초당 37 미터 이하이다. 바람직하게는, 각각의 맞물림 기어의 세트 사이의 피치 라인 속도는, 구동 유닛(30)이 미리결정된 최대 크기와 동일한 회전 속도로 차동 출력 부재를 구동하도록 동작될 때(즉, 모터 출력 샤프트(56)의 회전 속도가 상기 설명에서 상세하게 설명되는 임의의 회전 속도 이상일 때) 1초당 35 미터 이하이다. 전술한 내용의 관점에서, 변속기(44)는, 크기가 비교적 작고 비교적 작은 토크 및 비교적 빠른 회전 속도를 갖는 출력 용량을 갖는 모터 조립체(즉, 비교적 덜 고가인 모터 조립체)의 사용을 유리하게 허용한다. 또한, 변속기(44)의 구성은 2개의 기어(즉, 제2 감속 기어(64))와 최종 구동 기어(66)의 결합으로 인해 또한 중요하다. 이와 관련하여, 2개의 제2 감속 기어(64)와 최종 구동 기어(66)의 결합은 최종 구동 기어(66)의 치형부에 대한 부하를 감소시킨다. 달리 말하면, 서로 평행한 복합 또는 트윈 기어(70)는 최종 구동 기어(66)에 전달되는 부하를 공유한다. 이는 최종 구동 기어(66)의 모든 외부 치수가 최종 구동 기어(66)가 단일 기어에 의해 결합되는 구성에 비해 숫자 2의 제곱근과 동일한 계수만큼(즉, 26%만큼) 감소되게 한다. 이러한 크기의 감소는 변속기(44)의 전체 크기를 감소시켜 변속기가 차량 내에 더 용이하게 패키징될 수 있도록 하는데 매우 유리할 수 있다.
변속기(44)의 구성은 여러 양태에서 유리하다. 예를 들어, 복합 감속 기어(70)는 비교적 고속의 전기 모터 및 비교적 작은 입력 피니언의 사용을 허용하고, 이것은 피치 라인 속도를 낮추고 그에 따라 긍정적인 방식으로 입력 피니언(60) 및 제1 감속 기어(62)의 굽힘 응력, 부하 용량 및 사용 수명에 영향을 미친다. 다른 예로서, 최종 구동 기어(66)에 대한 부하는 제2 감속 기어(64)에 걸쳐 공유되며, 이는 (전체 부하가 단일 기어에 의해 최종 구동 기어(66)에 전달되는 구성과 대조적으로) 제2 감속 기어(64)의 크기의 감소를 허용한다. 결과적으로, 모터 조립체(42)와 최종 구동 기어(66) 사이의 기어링의 배열은 구동 유닛(30)의 패키지 크기의 감소를 허용하고, 또한 이들 기어는 공지된 전기 구동 유닛의 구성요소보다 비교적 더 작게 및/또는 덜 비싼 재료로 형성될 수 있어 전기 구동 모듈(24)의 비용 및 질량을 감소시킨다.
원하는 경우, 주차 잠금 기구(도시되지 않음)가 전기 구동 모듈(24)에 통합될 수 있다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 주차 잠금 기구는 하우징(40)에 피벗가능하게 커플링되는 폴과, 최종 구동 기어(66)에 또는 출력축(76)을 중심으로 회전가능한 차동 조립체(46)의 구성요소에 회전가능하게 커플링되는 치형 로킹 휠을 갖는 종래의 방식으로 구성될 수 있다. 폴은 하우징(40)에 대한 최종 구동 기어(66)의 회전을 억제하기 위해 치형 로킹 휠 상의 치형부와 결합되게 그리고 결합해제되게 피벗될 수 있다. 대안적으로, 주차 잠금 기구는 카운터샤프트(72)를 하우징(40)에 선택적으로 잠그도록 구성될 수 있다. 가위형 기구 또는 시소형 레버 기구(teeter-totter lever mechanism)가 하우징(40)에 카운터샤프트(72)를 동시에 잠그기 위해 채용될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 임의적인 주차 잠금 기구(200)가 구동 유닛(30)에 통합될 수 있다. 주차 잠금 기구(200)는 한 쌍의 주차 기어(202), 폴(204), 한 쌍의 플런저(206), 한 쌍의 플런저 편향 스프링(208), 및 액추에이터(210)를 포함할 수 있다.
각각의 주차 기어(202)는 카운터샤프트(72) 중 연관된 하나에 회전불가능하게 커플링될 수 있고 복수의 치형부(216) 및 복수의 골부(218)를 형성할 수 있다. 각각의 골부(218)는 각각 쌍의 치형부(216) 사이에 배치된다.
폴(204)은 폴 본체(220) 및 폴 본체(220)의 양 단부에 배치되는 한 쌍의 폴 치형부(222)를 포함한다. 폴 본체(220)는, 각각의 폴 치형부(222)가 주차 기어(202) 중 연관된 하나에 결합되어(즉, 각각의 폴 치형부(222)가 주차 기어(202)의 연관된 하나의 골부(218) 내로 수용되어) 주차 기어(202) 및 카운터샤프트(72)를 하우징(40)에 대해 회전 잠금하는 결합 위치(도 6)와 폴(204)이 하우징(40)에 대한 주차 기어(202) 또는 카운터샤프트(72)의 회전을 억제하지 않도록 각각의 폴 치형부(222)가 주차 기어(202) 중 연관된 하나 상의 치형부(216)를 벗어나는 결합해제 위치(도 8) 사이에서 폴(204)이 이동될 수 있도록, 구동 유닛(30)의 하우징(40)에 피벗가능하게 커플링된다. 제공된 예에서, 피벗 차축(226)이 하우징(40)에 장착되고 폴(204)을 통해 액추에이터(210) 내로 연장된다. 폴(204)은 주차 잠금 기구(200)를 통해 전달되는 부하가 주차 기어(202)에 의해 균등하게 그리고 폴 치형부(222)에 의해 균등하게 공유되는 것을 보증하도록 피벗 차축(226) 상에 다소 느슨하게 수용될 수 있다. 폴(204)은 결합해제 위치와 같은 원하는 회전 위치를 향해 피벗 차축(226)을 중심으로 편향될 수 있다. 제공된 예에서, 나선형 비틀림 스프링(258)이 피벗 차축(226) 주위에 배치되고 하우징(40) 및 폴 본체(220)에 결합된다.
도 7을 참조하면, 각각의 플런저(206)는 안내 부분(230), 제1 본체 부분(232), 천이 부분(234), 및 제2 본체 부분(236)을 구비한 플런저 본체를 가질 수 있다. 안내 부분(230)은 플런저(206)의 제1 축방향 단부 상에 배치될 수 있고 제1 직경을 갖는 원통 형상일 수 있다. 제1 본체 부분(232)은 안내 부분(230)과 천이 부분(234) 사이에 배치될 수 있고 원하는 방식으로 크기설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 본체 부분(232)은 제1 직경과 같은 원하는 직경을 갖는 대체적 원통 형상일 수 있다. 제공된 예에서, 제1 본체 부분(232)은 제1 직경과 동일한 직경 및 제1 본체 부분(232)의 외부 표면이 2도 내지 30도, 바람직하게는 5도 내지 15도와 같은 원하는 양만큼 안내 부분(230)과 천이 부분(234) 사이에서 플런저(206)의 중심 축을 향해 내향으로 테이퍼지게 하는 비교적 얕은 원추각을 갖는 (제1 본체 부분(232)이 안내 부분(230)과 교차하는) 기부를 갖는 절두 원추 형상이다.
제2 본체 부분(236)은 또한 원통 형상일 수 있지만, 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는다. 천이 부분(234)은 제1 본체 부분(232)과 제2 본체 부분(236) 사이에서 테이퍼지도록 절두 원추형으로 형성될 수 있다. 스프링 개구(240)가 플런저(206)의 제1 축방향 단부에 형성될 수 있고, 내부에 플런저 편향 스프링(208) 중 대응하는 하나를 수용하도록 크기설정된다. 제공된 예에서, 각각의 플런저 편향 스프링(208)은 나선형 코일 압축 스프링이지만, 다른 유형의 스프링이 나선형 코일 압축 스프링 대신에 또는 이에 추가하여 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
각각의 플런저(206) 및 플런저 편향 스프링(208)은 하우징(40)의 플런저 개구(244) 내에 수용된다. 도시되는 예에서, 하우징(40)은 경화강과 같은 적합한 재료로 형성될 수 있는 임의적인 쌍의 플런저 부싱(246)을 포함한다. 각각의 플런저 부싱(246)은 플런저(206) 중 대응하는 하나의 제1 본체 부분(232) 및 플런저 편향 스프링(208) 중 대응하는 하나를 수용하도록 크기설정되는 플런저 개구(244)를 형성한다. 플런저 개구(244)는 플런저 부싱(246)이 플런저 편향 스프링(208) 중 대응하는 하나의 단부가 맞닿을 수 있는 내부 벽(248)을 형성하도록 블라인드 구멍(blind hole)일 수 있다.
각각의 플런저(206)는 각각의 플런저(206)의 제1 본체 부분(232)이 폴 본체(220)의 회전 경로에 배치되는 연장 위치(도 6 및 도 7에 도시됨)와 후퇴 위치(도 8 및 도 9에 도시됨) 사이에서 하우징(40)에 대해 그의 길이방향 축을 따라 이동가능하다. 플런저(206)를 연장 위치에 위치시키기 위해, 폴 치형부(222)는 주차 기어(202)에 결합되어야 한다. 제1 본체 부분(232)의 외부 표면이 테이퍼형(절두 원추형)인 경우, 플런저 편향 스프링(208)은 각각의 플런저(206)의 제1 본체 부분(232)의 외부 표면이 폴 본체(220)에 접촉하도록 플런저 개구(244)로부터 외향으로 플런저(206)를 가압할 것이다. 플런저(206)가 그 후퇴 위치에 배치될 때, 폴(204)은 비틀림 스프링(258)을 통해 결합해제 위치로 회전될 수 있다. 폴(204)이 결합해제 위치에 있을 때, 폴(204)은 플런저(206) 중 하나 또는 양자 모두의 제2 본체 부분(236)에 접촉할 수 있다.
도 7 및 도 10을 참조하면, 액추에이터(210)는 연장 위치와 후퇴 위치 사이에서 플런저(206)의 이동을 제어하도록 구성된다. 액추에이터(210)는 한 쌍의 캠 종동부(250), 액추에이터 허브(252), 캠 플레이트(254), 베어링(256), 비틀림 스프링(258), 회전 액추에이터(260), 및 잠금 액추에이터(262)를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 9를 참조하면, 각각의 캠 종동부(250)는 플런저(206) 중 연관된 하나와 직렬로 배치될 수 있다. 제공된 예에서, 각각의 캠 종동부(250)는 플런저(206) 중 연관된 하나와 단일체로 그리고 일체로 형성된다. 더 구체적으로, 캠 종동부(250)는 제1 축방향 단부에 대향하는 플런저(206)의 제2 축방향 단부 상의 구형 반경일 수 있다.
액추에이터 허브(252)는 폴(204)이 그를 중심으로 피벗하는 축에 대해 동심으로 하우징(40)에 고정식으로 커플링될 수 있다. 제공된 예에서, 액추에이터 허브(252)는 피벗 차축(226)에 압입된다. 액추에이터 허브(252)는 중앙 부분(270), 베어링 장착부(272) 및 잠금 액추에이터 장착부(274)를 포함할 수 있다. 중앙 부분(270)은 공통축을 따라 정렬되는 피벗 차축 개구(280) 및 나사산형 개구(282)를 형성할 수 있다. 피벗 차축 개구(280)는 중앙 부분(270)의 제1 축방향 측면을 통해 형성되고 압입 방식으로 피벗 차축(226)에 결합되도록 크기설정된다. 나사산형 개구(282)는 중앙 부분(270)의 제2 대향 축방향 측면을 통해 형성된다. 베어링 장착부(272)가 중앙 부분(270) 주위에 동심으로 배치되고 플랜지 부재(284)를 통해서 또는 대안적으로 복수의 스포크(spoke) 또는 웨브(web)를 통해서 중앙 부분(270)에 커플링될 수 있다. 베어링 장착부(272)는 외부 원주방향 표면(286), 외부 원주방향 표면으로부터 반경방향 외향으로 연장되는 견부(288), 및 외부 원주방향 표면(286) 내로 형성되는 유지 링 홈(290)을 갖는다. 잠금 액추에이터 장착부(274)는, 도 5에서 가장 잘 보이는 콩모양(즉, 강낭콩) 형상을 가질 수 있고, 중앙 부분(270)으로부터 반경방향으로 오프셋되도록 베어링 장착부(272)에 고정식으로 커플링될 수 있다(예를 들어, 그와 단일체로 형성될 수 있다).
도 5, 도 7, 및 도 11을 참조하면, 캠 플레이트(254)는 환형 플레이트(300), 기어 부분(302), 비틀림 스프링 장착부(304), 및 한 쌍의 센서 타겟(306a, 306b)을 포함할 수 있다. 환형 플레이트(300)는 적합한 재료로 형성될 수 있다. 환형 플레이트(300)는 내부 원주방향 표면(310)을 가질 수 있고 한 쌍의 캠(312)을 형성할 수 있다. 각각의 캠(312)은 캠 종동부(250) 및 플런저(206)를 향하는 환형 플레이트(300)의 제1 면 내로 형성된다. 각각의 캠(312)은 환형 플레이트(300)의 제1 면 내의 원주방향 연장 홈일 수 있다. 각각의 캠(312)은 홈이 가장 깊은 홈의 제1 원주방향 단부(320)(도 11)와 홈이 가장 얕은 홈의 제2 대향 원주방향 단부(322)(도 11) 사이에서 테이퍼질 수 있다. 각각의 캠 종동부(250)는, 폴(204)이 피벗하는 축을 중심으로 한 캠 플레이트(254)의 회전이 플런저(206)의 대응하는 선형 운동을 야기하도록, 캠(312)(즉, 홈) 중 대응하는 하나 내로 수용될 수 있다. 더 구체적으로, 도 7에 도시되는 바와 같이 캠(312) 중 연관된 하나의 가장 깊은 부분(즉, 캠(312) 중 연관된 하나를 형성하는 홈의 제1 원주방향 단부(320)) 내로의 캠 종동부(250)의 배치는 플런저 편향 스프링(208) 중 대응하는 하나가 플런저(206) 중 연관된 하나를 그 연장 위치로 가압하도록 허용하며, 한편 도 9에 도시되는 바와 같이 캠(312) 중 연관된 하나의 가장 얕은 부분(즉, 캠(312) 중 연관된 하나를 형성하는 홈의 제2 원주방향 단부)에의 캠 종동부(250)의 배치는 플런저 편향 스프링(208) 중 대응하는 하나의 편향에 대항하여 플런저(206) 중 대응하는 하나를 그 후퇴 위치에 위치설정시킨다. 기어 부분(302)은 기어 치형부가 내부 원주방향 표면(310)과 동심이 되도록 환형 플레이트(300)에 고정식으로 커플링될 수 있는 복수의 기어 치형부를 포함할 수 있다. 제공된 예에서, 기어 치형부는 환형 플레이트(300)와 단일체로 및 일체로 형성된다. 기어 치형부는 제공된 예에 도시되는 바와 같이 환형 플레이트(300)의 전체 원주 둘레에 배치될 수 있거나, 환형 플레이트(300)의 하나의 섹터 둘레에 형성될 수 있다. 비틀림 스프링 장착부(304)는 제1 면에 대향하는 환형 플레이트(300)의 제2 면으로부터 연장될 수 있는 원통형 기둥 또는 돌출부일 수 있다. 각각의 센서 타겟(306a, 306b)은 환형 플레이트(300)에 장착될 수 있고, 캠 플레이트(254)가 하우징(40)에 대해 미리결정된 회전 위치에 있을 때 센서(328)(도 10)에 의해 감지되도록 구성된다. 제공된 예에서, 각각의 센서 타겟(306a, 306b)은 자석이고, 센서(328)는 하우징(40)에 커플링되는 홀 효과 센서이다.
도 7을 참조하면, 베어링(256)은 액추에이터 허브(252)에 대한 회전을 위해 캠 플레이트(254)를 지지하도록 구성된다. 베어링(256)은 내측 베어링 레이스(330), 외측 베어링 레이스(332), 및 내측부 베어링 레이스(330)와 외측 베어링 레이스(332) 사이에 수용되는 복수의 베어링 요소(334)를 포함할 수 있다. 내측 베어링 레이스(330)는 베어링 장착부(272)의 외부 원주방향 표면(286) 상으로 수용될 수 있고 견부(288)에 대해서 맞닿을 수 있다. 원하는 경우, 내측 베어링 레이스(330)는 베어링 장착부(272)의 외부 원주방향 표면(286)에 압입될 수 있다. 외부 유지 링(336)이 유지 링 홈(290) 내에 수용될 수 있고 견부(288)로부터 멀어지는 방향으로의 액추에이터 허브(252) 상의 내측 베어링 레이스(330)의 축방향 이동을 억제할 수 있다. 외측 베어링 레이스(332)는 임의의 원하는 방식으로 캠 플레이트(254)에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 외측 베어링 레이스(332)는 환형 플레이트(300)의 내부 원주방향 표면(310)에 압입 또는 접착식으로 접합될 수 있다. 대안적으로, 환형 플레이트가 플라스틱 재료로 형성되는 경우에, 환형 플레이트(300)는 외측 베어링 레이스(332)가 환형 플레이트(300)에 점착 접합되도록 외측 베어링 레이스(332) 상에 오버몰딩될 수 있다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 비틀림 스프링(258)은 중앙 부분(270) 둘레에 권취될 수 있고, 액추에이터 허브(252)에 대해 반발할 수 있는 제1 탱(tang)(340) 및 캠 플레이트(254) 상의 비틀림 스프링 장착부(304)에 대해 반발할 수 있는 제2 탱(342)을 가질 수 있다. 제공된 예에서, 제1 탱(340)은 플랜지 부재(284)에 형성되는 구멍 내로 수용된다. 비틀림 스프링(258)은 와셔(346) 및 중앙 부분(270)의 나사산형 개구(282)에 나사산결합되는 나사산형 체결구(348)를 통해 중앙 부분(270)에 고정될 수 있다. 비틀림 스프링(258)은 캠 플레이트(254)를 그 회전축을 중심으로 제1 회전 위치를 향해 회전 편향시키도록 구성되며, 제1 회전 위치는 캠(312)의 가장 깊은 부분을 캠 종동부(250)에 대해 배향시키는 위치일 수 있다. 대안적으로, 비틀림 스프링(258)은 캠 플레이트(254)를 그 회전축을 중심으로 캠(312)의 가장 얕은 부분이 캠 종동부(250)에 대해 배향되는 위치로 회전 편향시키도록 구성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 회전 액추에이터(260)는 제1 회전 위치와 제2 회전 위치 사이에서 캠 플레이트의 회전축을 중심으로 한 캠 플레이트(254)의 회전을 제어하도록 구성된다. 회전 액추에이터(260)는 회전 전기 모터(구체적으로 도시되지 않음) 및 캠 플레이트(254)의 기어 부분(302)의 기어 치형부에 맞물림 결합되는 출력 피니언(구체적으로 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 전기 모터는 하우징(40)에 커플링(예를 들어, 장착)될 수 있다. 출력 피니언은 전기 모터에 의해 직접적으로(예를 들어, 출력 피니언이 전기 모터의 출력 샤프트 상에 장착됨) 또는 전기 모터와 출력 피니언 사이의 동력 전달 경로에 배치되는 하나 이상의 기어(도시되지 않음)를 갖는 변속기(도시되지 않음)를 통해 구동될 수 있다.
전기 모터는 캠 플레이트(254)를 제2 회전 위치로 구동하도록 동작될 수 있으며, 제2 회전 위치는 캠(312)의 대향 원주방향 단부, 예컨대 캠(312)의 가장 얕은 부분을 캠 종동부(250)에 대해 배향시키는 위치일 수 있다. 일부 형태에서, 전기 모터는 캠 플레이트(254)를 원하는 회전 위치로 구동하고 그 후 캠 플레이트(254)를 이러한 회전 위치에 유지시키기 위해 채용될 수 있다. 선택적으로, 캠 플레이트(254)는 전기 모터가 캠 플레이트(254)를 원하는 회전 위치로 회전 또는 구동시킬 때에 하우징(40)에 커플링되는 정합 정지 부재(도시되지 않음)에 맞닿는 정지 부재(도시되지 않음)를 갖도록 구성될 수 있다. 그러나, 제공된 예에서, 센서 타겟(306b), 센서(328), 및 잠금 액추에이터(262)는 전기 모터에 대한 전력이 유지될 필요가 없도록 캠 플레이트(254)를 원하는 회전 위치에 유지하기 위해 채용된다.
제1 및 제2 회전 위치 각각 내로의 캠 플레이트(254)의 배치는 센서(328)에 의해 감지될 수 있고, 센서(328)는 이에 응답하여 대응하는 센서 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 회전 위치에의 캠 플레이트(254)의 배치는 센서 타겟(306a)을 센서(328)에 대해 배향시키고 센서(328)는 이에 응답하여 제1 센서 신호를 생성하며, 한편 제2 회전 위치에의 캠 플레이트(254)의 배치는 센서 타겟(306b)을 센서(328)에 대해 배향시키고 센서(328)는 이에 응답하여 제2 센서 신호를 생성한다. 제2 센서 신호의 수신에 응답하여, 컨트롤러(도시되지 않음)는 제2 회전 위치 밖으로의 캠 플레이트(254)의 회전을 억제하기 위해(즉, 비틀림 스프링(258)에 의해 캠 플레이트(254)에 인가되는 모멘트로 인함) 잠금 액추에이터(262)를 캠 플레이트(254)에 결합시키도록 잠금 액추에이터(262)를 제어할 수 있다.
도 10 및 도 12를 참조하면, 잠금 액추에이터(262)는 하우징(40)에 대한 캠 플레이트(254)의 회전을 억제하는 임의의 수단을 포함할 수 있다. 제공된 예에서, 잠금 액추에이터(262)는 솔레노이드 조립체(400) 및 잠금 개구(402)를 포함한다. 솔레노이드 조립체(400)는 하우징(40)에 커플링될 수 있고, 솔레노이드(410), 솔레노이드 플런저(412) 및 솔레노이드 스프링(414)을 포함할 수 있다. 솔레노이드 플런저(412)는 연장 또는 래칭(latched) 위치와 후퇴 또는 래칭해제 위치 사이에서 솔레노이드(410)에서 이동가능하다. 솔레노이드 스프링(414)은 솔레노이드 플런저(412)를 연장 또는 래칭 위치로 편향시킨다. 잠금 개구(402)는, 환형 플레이트(300)의 제2 면에 형성되며, 캠 플레이트(254)가 제2 회전 위치에 있을 때 솔레노이드 플런저(412)를 내부에 수용하도록 구성된다. 도시되는 예에서, 솔레노이드 플런저(412)는 구형 반경에 의해 형성되는 팁(420)을 가지며, 잠금 개구(402)는 절두 원추형 측벽(422)을 갖는다. 솔레노이드 플런저(412)의 팁(420)과 잠금 개구(402)의 측벽(422)의 윤곽은 솔레노이드(410) 또는 전기 모터에 전력이 제공되지 않을 때 비틀림 스프링(258)을 통해 솔레노이드 플런저(412)가 후퇴 또는 래칭해제 위치를 향해 구동되는 것을 허용한다.
도 5, 도 7, 및 도 12를 참조하면, 구동 유닛(30)의 동작 중에 전기 모터 또는 솔레노이드(410)에 전력이 제공되지 않을 때, 비틀림 스프링(258)은 도 7에 도시되는 바와 같이 캠(312)의 가장 깊은 부분이 캠 종동부(250)에 정렬되는 제1 회전 위치로 캠 플레이트(254)를 편향시키며, 따라서 도 6에 도시되는 바와 같이 플런저(206)는 제1 본체 부분(232)이 폴 본체(220)에 접촉하도록 그 연장 위치에 배치되며 폴(204)은 폴 치형부(222)가 주차 기어(202)에 결합되도록 피벗 차축(226) 주위에 배치된다. 이 상태에서, 카운터샤프트(72)는 하우징(40)에 사실상 회전불가능하게 잠기고, 주차 잠금 기구(200)의 구성으로 인해 각각의 폴 치형부(222) 및 각각의 주차 기어(202)를 통해 전달되는 부하는 동일하다. 이 상태에서, 센서 타겟(306a)은 센서(328)에 정렬되어, 센서(328)는 이에 응답하여 제1 센서 신호를 생성한다. 제1 센서 신호는 컨트롤러(도시되지 않음)에 의해 수신될 수 있고, 캠 플레이트(254)가 주차 잠금 기구(200)가 카운터샤프트(72)를 하우징(40)에 잠그게 하는 회전 위치에 있는 것을 결정하기 위해 채용될 수 있다. 잠금 액추에이터(262)의 솔레노이드 스프링(414)은 솔레노이드 플런저(412)의 팁(420)을 환형 플레이트(300)의 제2 면에 대해 편향시킨다.
하우징(40)에 대한 카운터샤프트(72)의 회전을 허용하도록 하우징(40)으로부터 카운터샤프트(72)를 잠금해제하기 위해, 캠 플레이트의 회전축을 중심으로 한 제1 회전 방향으로의 캠 플레이트(254)의 대응하는 회전을 야기하도록 출력 피니언을 구동하기 위해 전기 모터에 전력이 인가될 수 있다. 제1 회전 방향으로의 캠 플레이트(254)의 회전은 도 9에 도시되는 바와 같이 캠 종동부(250)에 대해 홈 또는 캠(312)의 점진적으로 더 얕은 부분을 정렬시켜, 플런저(206)가 그 연장 위치로부터 그 후퇴 위치를 향해 이동하게 한다. 플런저(206)의 제1 본체 부분(232) 및 천이 부분(234)의 테이퍼형 구성과 비틀림 스프링(258)에 의해 폴(204)에 인가되는 모멘트로 인해, 폴 치형부(222)는 플런저(206)가 그 후퇴 위치를 향해 점진적으로 이동함에 따라 주차 기어(202)의 치형부(216)로부터 멀어지게 점진적으로 이동된다. 도 8 및 도 9에 도시되는 바와 같이 플런저(206)의 제2 본체 부분(236)과 접촉하는 폴(204)의 배치는 주차 기어(202) 및 결과적으로 카운터샤프트(72)가 하우징(40)에 대해 자유롭게 회전할 수 있는 위치로 주차 기어(202)로부터 멀어지게 폴 치형부(222)를 위치시킨다. 제1 회전 방향에서 캠 플레이트(254)의 추가의 회전은 캠 플레이트(254)를 제2 회전 위치에 위치시키고, 제2 회전 위치는 센서 타겟(306b)을 센서(328)에 대해 배향시켜 센서(328)가 이에 응답하여 제2 센서 신호를 생성하게 한다. 제2 센서 신호의 수신에 응답하여, 컨트롤러는 솔레노이드 플런저(412)를 잠금 개구(402) 내로 구동하고 솔레노이드 플런저(412)를 이 위치에 유지시키도록 솔레노이드(410)에 전력을 제공할 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러는 또한 모터에 대한 전력의 공급을 종료할 수 있다. 캠 플레이트(254)를 제1 회전 위치를 향해 가압하도록 비틀림 스프링(258)에 의해 캠 플레이트(254)에 인가되는 모멘트는 솔레노이드(410)에 전력이 공급될 때 솔레노이드 플런저(412)를 잠금 개구(402) 밖으로 가압하기에 불충분하다.
하우징(40)에 대한 카운터샤프트(72)의 회전을 억제하도록 카운터샤프트(72)를 하우징(40)에 다시 잠금기 위해, 솔레노이드(410)에 대한 전력의 공급이 종료된다. 캠 플레이트(254)를 제1 회전 위치를 향해 가압하도록 비틀림 스프링(258)에 의해 캠 플레이트(254)에 인가되는 모멘트는 솔레노이드 스프링(414)에 의해 솔레노이드 플런저(412)에 인가되는 힘을 극복하고 솔레노이드 플런저(412)를 잠금 개구(402) 밖으로 가압하기에 충분하다. 비틀림 스프링(258)에 의해 캠 플레이트(254)에 인가되는 모멘트는 캠 플레이트(254)가 제1 회전 방향과 반대인 제2 회전 방향으로 회전하게 한다. 제2 회전 방향으로의 캠 플레이트(254)의 회전은 캠 플레이트(254)가 제1 회전 위치를 향해 그리고 제1 회전 위치로 회전함에 따라 기어 부분(302)의 기어 치형부가 출력 피니언을 백-구동(back-drive)하게 할 수 있다. 제2 회전 방향으로의 캠 플레이트(254)의 회전은 또한 캠 종동부(250)에 대해 홈 또는 캠(312)의 점진적으로 더 깊은 부분을 정렬시켜, 플런저(206)가 그 후퇴 위치로부터 그 연장 위치로 이동하게 한다. 각각의 플런저(206)의 천이 부분(234)과 제1 본체 부분(232)의 테이퍼형 구성으로 인해, 캠 플레이트(254)가 제2 회전 방향으로 회전될 때의 폴 본체(220)와 플런저(206) 사이의 접촉은 폴 치형부(222)가 그들 각각의 주차 기어(202)를 향해 회전되도록 피벗 차축(226)을 중심으로 폴(204)을 구동시킨다. 폴 치형부(222)는 주차 기어(202)가 수용 위치에 배향되는 상황에서 주차 기어(202)의 골부(218) 내로 직접 이동할 수 있다. 다른 상황에서, 골부(218) 내로의 폴 치형부(222)의 이동은, 주차 기어(202)가 각각의 폴 치형부(222)가 주차 기어(202) 중 연관된 하나의 치형부에 접촉하는 위치로 배향되기 때문에 차단될 수 있다. 그러나, 플런저 편향 스프링(208)은 카운터샤프트(72)가 약간 회전될 때 플런저(206)를 그 연장 위치(제1 본체 부분(232)의 외부 표면이 폴(204)에 결합되어 폴 치형부(222)를 주차 기어(202)에 결합되도록 구동하는 곳)로 구동하는 컴플라이언스를 제공한다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 본 개시내용의 교시에 따라서 구성된 다른 전기 구동 모듈이 전체적으로 참조 번호 24a로 표시되어 있다. 전기 구동 모듈(24a)은 변속기(44a)의 구성 및 변속기(44a)를 수용하기 위한 하우징(40a)에 대한 수정을 제외하고는 위에서 상세하게 설명되는 전기 구동 모듈(24)(도 1)과 대체로 유사하다. 변속기(44a)는 제2 감속 기어(64)가 최종 구동 기어(66)에 직접 맞물리지 않도록 제2 감속 기어(64)와 최종 구동 기어(66) 사이에 추가적인 감속을 채용한다. 더 구체적으로, 변속기(44a)는 복합 감속 기어(70)의 제2 감속 기어(64)에 맞물림 결합되는 제3 감속 기어(62a) 및 제3 감속 기어(62a)에 회전불가능하게 결합되고 최종 구동 기어(66)에 맞물림 결합되는 제4 감속 기어(64a)를 갖는 제2 복합 기어(70a)를 포함한다. 각각의 복합 기어(70, 70a)는 한 쌍의 베어링(도시되지 않음)에 의해 하우징(40a)에 대해 회전식으로 그리고 축방향으로 지지될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 18 및 도 19에서, 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 제3 예시적인 전기 구동 모듈은 전체적으로 도면부호 24b로 표시되어 있다. 본 명세서에 명시적으로 설명되지 않거나 첨부 도면에(부분적으로 또는 완전히) 도시되지 않은 전기 구동 모듈(24b)의 구성요소, 양태, 특징 및 기능은, 그 개시내용이 마치 본 명세서에 상세하게 충분히 설명되는 것처럼 참조로 포함되는, 2020년 1월 24일자로 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제16/751596호, 2020년 5월 4일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/865912호, 2020년 12월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 제17/128288호, 2020년 4월 24일자로 출원된 국제 특허 출원 제PCT/US2020/029925호, 2020년 11월 30일자로 출원된 국제 특허 출원 제PCT/US2020/062541호, 및/또는 2021년 3월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/159511호에 설명된 전기 구동 유닛의 구성요소, 양태, 특징 및/또는 기능과 유사한 방식으로 구성 또는 기능할 수 있다. 간략히, 전기 구동 모듈(24b)은 하우징(40b), 모터 조립체(42b), 변속기(44), 차동 조립체(46), 및 한 쌍의 출력 샤프트(32)를 포함한다.
하우징(40b)은 모터 조립체(42b), 변속기(44), 차동 조립체(46) 및 출력 샤프트(32)가 적어도 부분적으로 수납될 수 있는 하나 이상의 공동(구체적으로 도시되지 않음)을 형성할 수 있다. 도시되는 예에서, 하우징(40b)은 기어박스 커버(500), 기어박스(502), 모터 하우징(504), 모터 하우징 커버(506) 및 단부 커버(508)를 포함한다. 기어박스 커버(500) 및 기어박스(502)는 서로 맞닿고 변속기(44)와 차동 조립체(46)가 수용되는 공동을 형성하며, 한편 기어박스(502), 모터 하우징(504) 및 모터 하우징 커버(506)는 서로 맞닿아서 모터 조립체(42b)가 수용되는 공동을 형성한다.
특히 도 19를 참조하면, 모터 조립체(42b)는 전기 모터(510), 및 인버터(514)를 포함하는 모터 제어 유닛(512)을 포함한다. 전기 모터(510)는 고정자(516) 및 제1 회전축(58)을 중심으로 회전가능한 회전자(518)를 포함한다. 회전자(518)는 모터 출력 샤프트(56)를 포함한다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 변속기(44)는 모터 출력 샤프트(56)와 차동 조립체(46)의 차동 입력 부재(80b) 사이에서 회전 동력을 전달하도록 임의의 원하는 방식으로 구성될 수 있다. 변속기(44)는 임의의 원하는 유형의 하나 이상의 고정 감속부를 포함할 수 있거나, 2개 이상의 교번적으로 결합가능한 감속부(및 임의적으로 하나 이상의 고정 감속부)를 갖는 다속 변속기로서 구성될 수 있다. 고정 또는 다속 감속부는 모터 출력 샤프트(56)의 회전축이 원하는 방식으로(예를 들어, 평행 및 오프셋, 일치, 횡방향, 수직, 경사) 출력축(76)에 대해 배향되게 하도록 임의의 원하는 방식으로 구성될 수 있다.
도 20 및 도 21에 도시되는 예에서, 변속기(44)는 복수의 헬리컬 기어를 채용하는 단속, 다단 변속기이다. 변속기(44)는 모터 출력 샤프트(56)와 함께 회전하도록 커플링되는 변속기 입력 기어(60), 한 쌍의 복합 기어(70) 및 변속기 출력 기어(66)를 포함한다. 각각의 복합 기어(70)는, 제1 회전축(58)에 대해 평행하고 그로부터 오프셋되는 제2 회전축(74)을 중심으로 회전가능하고, 변속기 입력 기어(60)에 맞물림으로 결합될 수 있는 제1 감속 기어(62) 및 제1 감속 기어(62)와 함께 회전하도록 그에 커플링되고 변속기 출력 기어(66)에 맞물림 결합되는 제2 감속 기어(64)를 포함할 수 있다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 각각의 복합 기어(70)는 제2 감속 기어(64)가 샤프트 부재(530)와 단일체로 그리고 일체로 형성되고 제1 감속 기어(62)가 레이저 용접과 같은 원하는 방식으로 샤프트 부재(530)에 회전식으로 커플링되도록 구성될 수 있다. 그러나, 샤프트 부재(530)는 제2 감속 기어(64) 대신에 제1 감속 기어(62)와 단일체로 그리고 일체로 형성될 수 있거나, 샤프트 부재(530)는 제1 및 제2 감속 기어(62, 64) 모두가 회전식으로 커플링되는 별개의 구성요소일 수 있거나, 또는 제1 및 제2 감속 기어(62, 64)는 샤프트 부재(530)와 단일체로 그리고 일체로 형성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 샤프트 부재(530)는 제1 및 제2 감속 기어(62, 64) 각각으로부터 축방향 외향으로 연장될 수 있다. 제공된 특정 예에서, 샤프트 부재(530) 및 제2 감속 기어(64)는 각각의 복합 기어(70)에서 동일한 구성요소이다. 그러나, 샤프트 부재(530) 및 제2 감속 기어(64)는 각각의 복합 기어(70)에 대해 고유할 수 있거나, 또는 복합 기어(70)(즉, 제공된 예에서 제1 및 제2 감속 기어(62 및 64) 및 샤프트 부재(530))는 동일할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 상황에서, 각각의 제1 감속 기어(62) 상의 특정 치형부가 변속기 입력 기어(60) 상의 특정 골부에 맞물림 결합되도록(또는 그 반대로 되도록) 및/또는 각각의 제2 감속 기어(64) 상의 특정 치형부가 변속기 출력 기어(66) 상의 특정 골부와 맞물림 결합되도록(또는 그 반대로 되도록) 복합 기어(70)를 타이밍 조절하는 것이 필요하고 및/또는 바람직할 수 있다. 다른 상황에서, 복합 기어(70)가 변속기 입력 기어(60) 및 변속기 출력 기어(66) 중 어느 하나에 타이밍 조절될 필요가 없도록 변속기를 구성하는 것이 바람직할 수 있다.
도 20 및 도 21로 돌아가서, 제1 감속 기어(62)는 서로에 대해 반대 위상으로 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 감속 기어(62) 중 하나는 그 치형부 중 하나가 변속기 입력 기어(60) 상의 2개의 인접한 치형부 사이에 수용되고 그 사이에 중심설정되도록 위치설정될 수 있으며, 변속기 입력 기어(60)의 치형부 중 하나는 제1 감속 기어(62) 중 다른 하나 상의 2개의 인접한 치형부 사이에 배치된다. 그러나, 다른 위상설정이 채용될 수 있고, 제1 감속 기어(62) 양자 모두의 치형부가 서로 동위상(in-phase)일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제2 감속 기어(64)는 서로 동위상으로 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 감속 기어(64) 중 첫 번째 감속 기어 상의 치형부 중 하나는 변속기 출력 기어(66) 상의 제1 쌍의 인접한 치형부 사이에 수용 및 중심설정되고, 동시에 제2 감속 기어(64) 중 두 번째 감속 기어 상의 치형부 중 하나는 변속기 출력 기어(66) 상의 제2 쌍의 인접한 치형부 사이에 수용 및 중심설정된다. 그러나, 다른 위상설정이 채용될 수 있고, 제2 감속 기어(64)의 치형부가 서로 반대 위상 배향일 수 있으며, 제2 감속 기어(64)의 위상설정은 제1 감속 기어(62)의 위상설정과 동일하거나 상이할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 21, 도 24 및 도 25를 참조하면, 각각의 복합 기어(70)는 제1 베어링(542) 및 제2 베어링(544)에 의해 하우징(40b)에 대해 회전하도록 지지될 수 있다. 복합 기어(70)와 하우징(40b) 사이에서 반경방향으로 유도되는 힘을 처리 및 전달하는 능력에 더하여, 제1 베어링(542)은 회전 동력이 변속기(44)를 통해 전달될 때 복합 기어(70)의 제2 회전축(74)을 따라 축방향으로 유도되는 힘을 처리 및 전달하도록 구성되는 일종의 볼 베어링일 수 있다. 예를 들어, 제1 베어링(542)은 일종의 앵귤러 콘택트 베어링(angular contact bearing) 또는 깊은 홈 볼 베어링일 수 있다. 제1 베어링(542)은 기어박스 커버(500)에 형성된 보어(546)에 수용될 수 있으며, 스냅 링(548) 또는 다른 유형의 결합부가 제2 회전축(74)(즉, 복합 기어(70)의 회전축)을 따르는 제1 축방향으로의 제1 베어링(542)의 축방향 이동을 억제하기 위해 제1 베어링(542)의 외측 베어링 레이스 및 기어박스 커버(500)의 축방향 단부에 형성되거나 그에 커플링되는 견부에 고정될 수 있다. 하우징(40b)은 기어박스 커버(500) 내의 보어(546)를 폐쇄하고 제1 베어링(542)을 덮기 위해 기어박스 커버(500)에 장착될 수 있는 베어링 커버(550)를 추가로 포함할 수 있다. 원하는 경우, 패드 또는 보스(boss)(552)(도 26)가 제1 베어링(542)을 추가로 지지하고 안정화하기 위해 제1 베어링(542)의 외측 베어링 레이스와 반경방향으로 중첩되고 그에 축방향으로 맞닿도록 베어링 커버(550) 상에 형성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제1 베어링(542)을 통과하는 윤활제가 섬프(sump)(562)(도 19)와 같은 소정 영역으로 윤활제가 배출되는 것을 허용하는 기어박스 커버(500) 내의 오일 배출 채널(560)로 배출되는 것을 허용하기 위해 통로(554)(도 26)가 베어링 커버(550)에 제공될 수 있다.
도 21 및 도 25를 참조하면, 제2 베어링(544)은 복합 기어(70)와 하우징(40b) 사이에서 방경방향으로 유도되는 힘을 적어도 실질적으로 또는 배타적으로 처리 및 전달하도록 구성되는 일종의 베어링일 수 있다. 도시되는 예에서, 제2 베어링(544)은 내측 베어링 레이스와 외측 베어링 레이스 사이에 원통 형상 롤러를 채용하는 롤러 베어링이다. 제2 베어링(544)은 기어케이스(500) 내에 형성된 보어(570) 내에 수용될 수 있다. 원하는 경우, 내측 베어링 레이스(600)는 제1 및 제2 감속 기어(62, 64)가 회전식으로 커플링되는 샤프트 부재(530) 상에 형성될 수 있다.
도 20 및 도 21을 다시 참조하면, 제2 회전축(74)(즉, 복합 기어(70)의 회전축)은 변속기(44)의 전체 속도 또는 기어 감속, 전기 구동 모듈(24b)(도 18)이 패키징될 수 있는 수납체의 크기 및/또는 제1 감속 기어(62)의 치형부의 부하가 균등해지는 정도와 같은 기준을 충족하거나 수용하도록 임의의 원하는 방식으로 제1 회전축(58)에 대해 배치될 수 있다. 도시되는 예에서, 제2 회전축(74) 및 제1 회전축(58)은 평면(P)에 배치되고, 짝수의 치형부가 변속기 입력 기어(60) 상에 형성된다. 이러한 방식의 구성은 각각의 제1 감속 기어(62)와 변속기 입력 기어(60) 사이에서 전달되는 부하를 균형잡는 것을 도울 수 있다.
도 27 내지 도 29에서, 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 제4 예시적인 전기 구동 모듈의 일부가 전체적으로 도면부호 24c로 표시되어 있다. 본 명세서에 명시적으로 설명되지 않거나 첨부 도면에 (부분적으로 또는 완전히) 도시되어 있지 않은 전기 구동 모듈(24c)의 구성요소, 양태, 특징 및 기능은 전술한 임의의 실시예에서 설명되는 전기 구동 유닛의 구성요소, 양태, 특징 및/또는 기능과 유사한 방식으로 구성되거나 기능할 수 있다. 본 예에서, 제1 및 제2 회전축(58, 74)은 서로 평행하지만, 출력축(76)에 대해 평행하지 않다. 오히려, 제2 회전축(74)은 예를 들어, 제로(0)보다 큰, 예를 들어 15도인 경사각만큼 출력축(76)에 대해 경사진다. 결과적으로, 복합 감속 기어(70c)의 제2 감속 기어(64c) 및 구동 기어(66c)는 비원통형 기어(예를 들어, 베벨로이드(beveloid), 하이포로이드(hypoloid) 또는 다른 비직교 기어)로서 형성될 수 있다. 이러한 방식의 구성은 모터 조립체가 제1 회전축(58)을 따라 입력 피니언(60)으로부터의 거리가 증가함에 따라 하우징으로부터 멀어지게 연장되게 한다. 제공된 예에서, 제2 감속 기어(64c) 및 구동 기어(66c)의 비직교 구성은 하우징의 튜브 중 하나와 입력 피니언(60)에 대향하는 모터 조립체의 단부 사이에 추가적인 간극을 제공한다. 도시되는 바와 같이, 하우징은 중앙 하우징 부재 상에 형성된 관형 돌출부 내로 압입되는 한 쌍의 튜브를 포함한다. 용접 슬러그가 관형 돌출부의 개구를 통해 수용되고 튜브 중 연관된 하나에 용접되어 중앙 하우징 부재에 대한 튜브의 축방향 및 회전 이동을 억제한다.
실시예에 대한 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 총망라하는 것이거나 본 개시내용을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 특정 실시예의 개별 요소 또는 특징은 일반적으로 그러한 특정 실시예로 제한되지 않으며, 적용 가능한 경우에, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않더라도 상호 교환 가능하며 선택된 실시예에서 사용될 수 있다. 동일한 내용이 또한 수많은 방식으로 변경될 수 있다. 이러한 변경은 본 개시내용으로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 하고, 이러한 모든 변경은 본 개시내용의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (13)

  1. 전기 구동 모듈이며,
    모터 하우징, 기어박스, 및 기어박스 커버를 포함하는 하우징 조립체로서, 모터 하우징은 모터 공동을 형성하고, 기어박스와 기어박스 커버는 협력하여 변속기 공동을 형성하는, 하우징 조립체;
    모터 하우징 내에 수용되고 전기 모터 및 인버터를 갖는 모터 조립체로서, 전기 모터는 고정자 및 회전자를 갖고, 회전자는 모터 출력 샤프트를 갖는, 모터 조립체;
    출력축을 중심으로 회전가능한 제1 출력 샤프트; 및
    전기 모터와 출력 샤프트 사이에서 회전 동력을 전달하는 변속기로서, 변속기는 구동 기어, 한 쌍의 제1 감속 기어, 한 쌍의 제2 감속 기어, 및 피동 기어를 포함하고, 구동 기어는 제1 축을 중심으로 모터 출력 샤프트와 함께 회전하도록 모터 출력 샤프트에 커플링되고, 각각의 제1 감속 기어는 구동 기어에 맞물림 결합되고 각각의 제2 축을 중심으로 회전가능하며, 제2 축은 서로 이격되고 제1 축에 대해 평행하며, 각각의 제2 감속 기어는 피동 기어에 맞물림 결합되고 제1 감속 기어 중 연관된 하나에 함께 회전하도록 커플링되는, 변속기를 포함하고,
    피동 기어는 제1 및 제2 축에 평행한 제3 축을 중심으로 회전가능한, 전기 구동 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    전기 구동 모듈은 제2 출력 샤프트 및 차동 조립체를 더 포함하고, 차동 조립체는 피동 기어와 함께 회전하도록 커플링되는 차동 입력 부재, 및 제1 및 제2 차동 출력 부재를 구비하고, 제1 및 제2 출력 샤프트는 각각 제1 및 제2 차동 출력 부재와 함께 회전하도록 커플링되는, 전기 구동 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    차동 조립체는 차동 기어세트를 포함하는, 전기 구동 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    차동 기어세트는 한 쌍의 사이드 기어와 맞물림 결합되는 복수의 차동 피니언을 포함하는, 전기 구동 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    한 쌍의 차동 피니언은 차동 입력 부재에 장착되는 크로스 핀 상에 장착되는, 전기 구동 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    제1 회전가능한 주차 잠금 기어와 제1 폴을 갖는 주차 잠금 기구를 더 포함하고, 제1 회전가능한 주차 잠금 기어는 복수의 제1 주차 잠금 치형부를 가지며, 제1 폴은 하우징 조립체에 피벗가능하게 커플링되고, 제1 회전가능한 주차 잠금 기어의 제1 주차 잠금 치형부를 벗어나는 제1 위치와 제1 폴이 제1 회전가능한 주차 잠금 기어의 제1 주차 잠금 치형부 사이에 배치되어 하우징 조립체에 대한 제1 회전가능한 주차 잠금 기어의 회전을 억제하는 제2 위치 사이에서 피벗가능한, 전기 구동 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    제2 회전가능한 주차 잠금 기어 및 제2 폴을 더 포함하고, 제2 회전가능한 주차 잠금 기어는 복수의 제2 주차 잠금 치형부를 가지며, 제1 및 제2 회전가능한 주차 잠금 기어 각각은 제2 감속 기어 중 연관된 하나에 함께 회전하도록 커플링되고, 제2 폴은 제1 폴에 고정식으로 커플링되며, 제1 폴을 제1 위치에 배치하는 것은 이에 대응하여 제2 폴을 제2 회전가능한 주차 잠금 기어의 제2 주차 잠금 치형부를 벗어나는 위치에 위치시키고, 제1 폴을 제2 위치에 배치하는 것은 이에 대응하여 제2 폴을 제2 회전가능한 주차 잠금 기어의 제2 주차 잠금 치형부 사이에 위치시켜 하우징 조립체에 대한 제2 회전가능한 주차 잠금 기어의 회전을 억제하는, 전기 구동 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    제1 폴이 제2 위치에 배치될 때, 제1 폴과 제1 회전가능한 주차 잠금 기어 사이에서 전달되는 제1 부하는 제2 폴과 제2 회전가능한 주차 잠금 기어 사이에서 전달되는 제2 부하와 균등한, 전기 구동 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    제1 폴은 피벗 차축 상에 피벗가능하게 배치되고, 제1 폴과 피벗 차축 사이의 끼워맞춤은, 제1 및 제2 폴과 제1 및 제2 회전가능한 주차 잠금 기어 사이에서 전달되는 부하가 균등해지는 것을 허용하도록 피벗 차축에 대한 제1 폴의 비회전 이동을 허용하는, 전기 구동 모듈.
  10. 전기 구동 모듈이며,
    하우징;
    하우징에 커플링되는 전기 모터로서, 모터는 모터 축을 중심으로 회전가능한 모터 출력 샤프트를 갖는, 전기 모터;
    모터 축에 평행한 출력축을 중심으로 회전가능한 제1 출력 샤프트; 및
    하우징에 수용되고 전기 모터와 제1 출력 샤프트 사이에서 회전 동력을 전달하는 변속기로서, 변속기는 입력 피니언, 한 쌍의 제1 복합 기어, 및 피동 기어를 갖고, 입력 피니언은 모터 출력 샤프트와 함께 회전하도록 모터 출력 샤프트에 커플링되고, 각각의 제1 복합 기어는 모터 축에 대해 평행한 제1 중간축을 중심으로 회전가능하고, 각각의 제1 복합 기어는 입력 피니언에 맞물림 결합되는 제1 감속 기어 및 제1 감속 기어와 함께 회전하도록 제1 감속 기어에 커플링되는 제2 감속 기어를 가지며, 피동 기어는 하우징 내에 수용되고 제2 기어에 의해 맞물림 결합되는, 변속기를 포함하고,
    피동 기어에 대한 부하는 제2 감속 기어에 걸쳐 균일하게 공유되는, 전기 구동 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    차동 조립체 및 제2 출력 샤프트를 더 포함하고, 차동 조립체는 하우징 내에 배치되고 차동 입력 부재와 한 쌍의 차동 출력 부재를 갖고, 차동 입력 부재는 변속기에 의해 구동되고, 각각의 차동 출력 부재는 출력축을 중심으로 차동 입력 부재에 대해 회전가능하며, 제1 및 제2 출력 샤프트 각각은 차동 출력 부재 중 연관된 하나와 함께 회전하도록 커플링되는, 전기 구동 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    차동 입력 부재는 피동 기어와 함께 회전하도록 커플링되는, 전기 구동 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    모터 축과 제1 중간 축은 공통 평면에 배치되는, 전기 구동 모듈.
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