KR100607061B1 - 전동기가 구비된 동력전달장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기가 구비된 동력전달장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 구동축에 의해 동력을 전달하는 전동기가 구비된 동력전달장치에 있어서, 하우징의 외부면에 접하며 전력공급부의 전력공급에 의해 작동되는 다수의 전동기와, 하우징 내부에서 전동기축의 말단 각각에 연결되며 상기 전동기축의 회전에 따라 회전하는 구동기어와, 상기 구동기어에 대해 일정비율 이상의 치수비를 가지고 구동기어에 치합되며 구동기어의 회전에 따라 연동회전하는 하나의 피동기어와, 피동기어축과 상기 구동축 사이에 배치되며 피동기어축을 입력축으로 하고 구동축을 출력축으로 하여 입력축의 회전에 대한 일정비율로 출력축을 회전시켜 변속단계를 형성하는 변속기와, 상기 변속기의 변속단계를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 동력전달장치가 제공된다.

하우징, 센서장치, 클러치장치, 변속기, 전력공급부

Description

전동기가 구비된 동력전달장치{APPARATUS FOR TRANSFERRING POWER HAVING A MOTOR}

도 1 은 본 발명에 따른 제1 실시예의 개략적 사시도.

도 2 는 본 발명에 따른 제1 실시예의 정면에서 도시한 단면도.

도 3a 는 본 발명에 따른 제1 실시예의 측면에서 도시한 단면도.

도 3b 는 본 발명에 따른 제2 실시예의 측면에서 도시한 단면도.

도 4 는 본 발명에 따른 제1 실시예의 사용상태도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 동력전달장치 10,11,12 : 전동기

10a,11a,12a : 구동기어 10c,11c,12c : 센서장치

22 : 피동기어 30,40 : 변속기

31,32,33 : 기어쌍 41,42 : 유성기어장치

50 : 전력공급부 60 : 입력장치

70 : 제어부 80 : 구동축

90 : 스위치 100 : 하우징

본 발명은 전동기가 구비된 동력전달장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고출력 토크의 동력원을 발생시키고, 소요동력을 효율적으로 공급하도록 구성하여 적은 전력공급원으로도 효율적으로 유압장치, 기중기 및 골프카와 같은 전동차량 등을 구동할 수 있는 전동기가 구비된 동력전달장치에 관한 것이다.

종래 골프카와 같은 전동차량에는 출발시나 경사지 운행과 같은 고출력이 요구되는 운행환경에서도 원활하게 운행되도록 고출력의 직류모터를 전동차량의 동력원으로 장착하고 있었다. 그런데 고출력의 직류모터는 국내에서 쉽게 구입할 수 없는 관계로 수입품에 의존하고 있는바 구입비용과 유지 및 보수비용의 부담이 매우 컸고 또한 배터리의 과다소모가 이루어지므로 대용량의 배터리를 장착하여야 했다. 그런데 대용량의 배터리도 국내에서 쉽게 구입할 수 없는 수입품이 대부분이므로 구입비용이 더욱 가중되는 부담되는 문제가 있었을 뿐 아니라 대용량 배터리는 전동차량의 중량을 증가시켜서 배터리의 소모를 더욱 가속시켰다. 더욱이, 출발시나 경사지 운행과 같이 운행시간이 짧고 고출력이 요구되는 운행환경을 고려하여 고출력의 직류모터를 장착하였기 때문에, 운행시간의 대부분에 해당하는 고출력이 필요없는 평지 운행과 같은 운행환경에서는 불필요한 전력이 소모되므로 배터리가 크게 낭비되는 에너지의 비효율적인 소비가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다수의 작은 구동기어(피니언)와 하나의 피동기어를 치합하고, 자동작동식 클러치를 이용하는 변속장치에 의하여, 시중에서 쉽게 구매가 가능한 소형모터와 소형 배터리로 전동차량 등을 구동하되, 고출력 모터와 동일한 출력을 얻을 수 있고, 운행환경에 따라 적정하게 속도와 힘을 분배시킬 수 있는 동력전달장치를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적은 구동축에 의해 동력을 전달하는 전동기가 구비된 동력전달장치에 있어서, 하우징의 외부면에 접하며, 전력공급부의 전력공급에 의해 작동되는 다수의 전동기와 하우징 내부에서 상기 전동기의 전동기축의 각각에 연결되며, 전동기축의 회전에 따라 회전하는 구동기어와, 상기 구동기어에 대해 일정비율 이상의 치수비를 가지고 구동기어에 치합되며 구동기어의 회전에 따라 연동회전하는 하나의 피동기어와, 상기 피동기어의 피동기어축과 상기 구동축에 커플링으로 연결되어 배치되며 피동기어축과 커플링으로 연결된 축을 입력축으로 하고 구동축과 커플링으로 연결된 축을 출력축으로 하여 입력축의 회전에 대한 일정비율로 출력축을 회전시켜 변속단계를 형성하는 변속기와, 상기 변속기의 변속단계를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기가 구비된 동력전달장 치에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따른 전동기가 구비된 동력전달장치는 상기 각각의 전동기 내부에 부착된 센서장치에 의해 전달된 신호나 운전자가 상기 입력장치를 통하여 직접 전달한 신호 중 어느 하나에 의하여 상기 변속기를 제어하는 것을 특징으로 하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 바람직한 특징에 따른 전동기가 구비된 동력전달장치는 상기 입력축에 연결되어 입력축과 함께 회전하는 주기어와, 상기 출력축에 연결되어 주기어에 대하여 일정한 치수비를 가지고 주기어에 치합하여 주기어의 회전에 따라 연동회전하는 종기어와, 주기어에 인접하여 상기 입력축에 연결되며 상기 제어부에 의해 어느 하나의 주기어에 대해 선택적으로 결합하는 자동작동식 클러치장치로 이루어진 수 개의 기어쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 바람직한 특징에 따른 전동기가 구비된 동력전달장치는 2 세트로 이루어진 유성기어장치와 상기 제어부에 의해 제어되는 자동작동식 클러치장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 변속기를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 바람직한 특징에 따른 전동기가 구비된 동력전달장치는 직류전동기로 구성되는 것을 특징으로 전동기를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 전동기가 구비된 동력전달장치의 구성과 작용 및 효과를 실시예를 통해 보다 구체적으로 살펴본다.

도 1 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동기가 구비된 동력전달장치(1)에 대한 개략적 사시도이고, 도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동기가 구비된 동력전달장치(1)의 정면에서 도시한 단면도이고, 도 3a 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동기가 구비된 동력전달장치(1)의 측면에서 도시한 단면도이고, 도 3b 는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전동기가 구비된 동력전달장치(1)의 측면에서 도시한 단면도이고, 도 4 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동기가 구비된 동력전달장치(1)의 사용상태도이다.

본 발명의 제1 실시예에 의한 전동기가 구비된 동력전달장치(1)는 전력공급부(50)의 전력에 의해 구동되는 다수의 전동기(10,11,12)와 각각의 전동기축(10b,11b,12b)에 연결된 치수비가 작은 구동기어(10a,11a,12a)와, 상기 구동기어(10a,11a,12a)에 치합되며 상기 구동기어(10a,11a,12a)의 회전에 따라 반대방향으로 연동회전하는 피동기어(22)와, 피동기어축(23)과 구동축(80) 사이에 배치되며 상기 피동기어축(23)과 커플링(26a)으로 연결된 축을 입력축(24)으로 하고 상기 구동축(80)과 커플링(26b)으로 연결된 축을 출력축(25)으로 하여 입력축(24)의 회전수에 대한 일정비율의 회전수로 출력축(25)을 회전시켜 변속단계를 형성하는 변속기(30,40)와, 상기 변속기(30,40)의 변속단계를 제어하는 제어부(70) 및 상기 구동축(80)에 연결되어 회전하는 차동기어(81)와 차량의 구동바퀴(82)로 구성되어 있다.

본 발명인 전동기가 구비된 동력전달장치(1)의 작동상태를 살펴보면, 먼저 전력공급부(50)에서 전류를 공급받아 전동기축(10b,11b,12b) 상에서 키 결합(미도 시)으로 연결된 각각의 구동기어(10a,11a,12a)가 회전하면, 피동기어(22)가 구동기어(10a,11a,12a)의 회전방향과 반대 방향으로 회전하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 전력공급부(50)는 소형의 배터리이고 상기 전동기(10,11,12)는 소형의 직류모터이며 상기 전력공급부(50)에는 차량의 구동바퀴(82)의 사용상태에 따라 선택적으로 상기 전동기(10,11,12)를 구동시킬 수 있는 스위치(90)가 장착되어 있는 것이 바람직하다.

상기 전동기(10,11,12)는 도 1 에 도시된 바와 같이 상기 하우징(100)의 일측에 결합되며, 상기 전동기(10,11,12)는 도 4 에 도시된 바와 같이 상기 전력공급부(50)에 전선으로 연결되어 작동한다.

상기 구동기어(10a,11a,12a)는 다수의 작은 기어(피니언)로 이루어지며, 치합된 상기 피동기어를 연동회전시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구동기어는 2개가 180°를 이루면서 설치되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 구동기어(10a,11a,12a) 3개가 120°의 각을 이루면서 설치되는 것이 바람직하다.

하나의 구동기어와 하나의 피동기어를 치합하는 종래기술에 의하면 기계적 강도 등의 문제로 인하여 최대 치수비가 크게 제한되므로 피동기어의 회전에 의해 높은 회전력을 얻기 위해서는 구동기어도 상대적으로 커야 하는바, 큰 마력의 모터가 요구되므로 동력전달장치의 크기,무게,비용 등이 증가되는 문제가 있었다. 그러나 수 개의 구동기어(10a,11a,12a)와 하나의 피동기어(22)를 치합하는 본 발명에 의하면, 종래기술보다 기어의 최대 치수비를 상대적으로 증가시킬 수 있으므로 종전보다 더 작은 크기의 구동기어(10a,11a,12a)에 의해서도 피동기어축(23)에 고출 력 토크의 동력원을 발생시킬 수 있고, 그 결과로 종전의 대형모터를 소형의 배터리에 의해 구동되는 소형의 모터로 대치할 수 있어서 대형모터 및 대용량 배터리의 장착으로 인하여 야기되었던 비용의 문제를 크게 절감할 수 있게 되었다.

본 발명의 제1 실시예로 도 3a 에 도시된 바와 같이, 피동기어(22)의 회전에 의해 피동기어축(23)이 회전하게 되고 피동기어축(23)에 커플링(26a)으로 연결된 입력축(24)이 피동기어축(23)과 같은 방향으로 회전한다. 이때, 제어부(70)에 의하여 자동으로 작동되는 클러치장치(31b,32b,33b)가 변속기(30) 내의 어느 한 기어쌍(31,32,33)의 주기어(31a,32a,33a)에 선택적으로 부합하게 되면 당해 기어쌍(31,32,33)의 주기어(31a,32a,33a)는 입력축(24)의 회전방향과 같은 방향으로 회전하게 되고, 주기어(31a,32a,33a)와 치합된 종기어(31c,32c,33c)는 주기어(31a,32a,33a)의 회전방향과 반대방향으로 회전하게 된다. 종기어(31c,32c,33c)의 회전에 의하여 출력축(25)이 회전하며 출력축(25)에 커플링(26b)으로 연결된 구동축(80)이 출력축(25)과 같은 방향으로 회전한다. 출력축(25)의 회전속도는 주기어(31a,32a,33a)와 종기어(31c,32c,33c)의 치수비에 의하여 결정된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 주기어(31a,32a,33a) 대 종기어(31c,32c,33c)의 치수비는 1:1(1단변속), 1:2(2단변속),1:3(3단변속)의 비율로 각각 치합되어 있다.

본 발명의 제2 실시예로 도 3b 에 도시된 바와 같이, 변속기(40)는 유성기어장치(41,42)로 구성될 수 있다. 피동기어(22)의 회전에 의해 피동기어축(23)과 커플링(26a)으로 연결된 입력축(24)이 회전한다. 이때, 제어부(70)에 의하여 자동으로 작동되는 클러치장치(44a,44b)와 브레이크(45a,45b)에 의해 출력축(25)의 회전 속도가 결정되고, 당해 속도로 출력축(25)이 회전된다. 출력축(25)이 회전하면 주기어(34a)가 출력축(25)과 같은 방향으로 회전하고, 주기어(34a)에 치합된 종기어(34c)가 주기어(34a)의 회전방향과 반대방향으로 회전하게 된다. 종기어(34c)의 회전에 의해 구동축(80)이 회전하게 된다. 유성기어장치(41,42)를 사용하여 변속을 하기 위해서는 선기어(41a,42a), 링기어(41b,42b), 캐리어(41c,42c)의 3개 요소를 고정, 구동 또는 자유로 함으로써 직결, 감속, 증속, 역전 및 중립을 할 수 있다. 자동변속기는 대부분 유성기어장치를 3가지 방법으로 조합한 형식으로 이용되고 있는데 첫째는 유성기어장치를 2 세트 연이어 접속하는 방식이고 둘째는 2 세트의 유성기어장치에 링기어를 한 개만 사용하는 방식이며 셋째는 2 세트의 유성기어장치에 선기어를 한 개만 사용하는 방식이다. 도 3b에 도시된 방식은 유성기어장치(41,42)를 2 세트 연이어 접속한 방식으로 클러치장치(44a,44b)와 브레이크(45a,45b) 등을 조작하여 변속단계를 결정할 수 있다.

변속단계의 결정은 제어부(70)에서 이루어지는데, 출발시, 평지 운행, 경사지 운행과 같이 운행환경이 변화함에 따라 전동기(10,11,12)에 흐르는 전류, 전동기(10,11,12)에 걸리는 부하 및 전동기축(10b,11b,12b)의 회전력 등에 변화가 발생하므로, 전동기(10,11,12)에 부착된 센서장치(10c,11c,12c)가 당해 변화를 감지하여 제어부(70)에 신호를 전달하거나 운전자가 직접 입력장치(60)를 통하여 제어부(70)에 신호를 전달하여 상기 클러치장치(31b,32b,33b,44a,44b)를 작동시킴으로써 이루어진다. 도 3a 및 도 3b 에서 제어장치들의 출력배선들은 실선으로, 입력배선들은 파선으로 도시되어 있다.

종래에는 전동차량 등에 변속장치가 구비되지 않았으므로 출발시나 경사지 등에서의 원활한 운행을 위해 항상 고출력이 발생하게 설정되어 있었고 이로 인하여 운행시간의 대부분에 해당하는 평지 운행과 같이 낮은 출력으로도 가능한 운행환경에서는 불필요한 전력이 소모되어 배터리가 크게 낭비되는 에너지의 비효율성의 문제가 있었다. 그러나 자동작동식 클러치장치가 구비된 변속기를 포함하는 본 발명에 의하면, 전동기(10,11,12)에 부착된 센서장치(10c,11c,12c)나 신호나 운전자가 직접 입력장치(60)를 통하여 적정한 기어를 채택할 수 있게 되므로 출발시, 평지 운행, 경사지 운행과 같이 변화하는 운행환경에 따라 전동차량의 진행속도와 전동기의 부하를 적절하게 분배할 수 있어서 종래기술에 비해 에너지 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

제어부(70)에 의해 결정된 변속비에 따라 구동축(80)이 회전하면 구동축(80)에 연결된 차동기어(81)에 의하여 차량의 구동바퀴(82)가 구동하게 된다.

본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 본 발명의 기술보호범위는 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.

상술한 바와 같은 본 발명인 전동기가 구비된 동력전달장치에 따르면, 1차적 으로는 소형 모터를 조합함으로써 고출력 토크의 동력원을 발생할 수 있게 되어 종전의 대형모터를 소형모터로 대치할 수 있는바 대형모터 및 대용량 배터리의 장착으로 인하여 야기되었던 잦은 유지·보수비용 및 배터리의 교체 등에 의하여 불가피하게 발생하였던 높은 비용을 종전의 제품보다 50~60%정도로 절감할 수 있고, 2차적으로는 자동작동 클러치장치에 의한 적정 기어 채택에 의하여 출발시, 평지운행, 경사지운행과 같이 변화하는 운행환경에 따라 적합한 변속단계를 결정하여 전동차량의 진행속도와 전동기의 부하를 적절하게 분배함으로써 종전의 제품에 비해 60~70% 정도의 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 시중에서 저렴하고 쉽게 구매가능한 소형모터와 소형의 배터리를 장착함으로써 전동차량의 가격을 크게 내릴 수 있고, 유지 보수비용을 절감시킬 수 있어 경제적 부담을 크게 줄일 수 있게 되므로 구매력을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 구동축에 의해 동력을 전달하는 전동기가 구비된 동력전달장치에 있어서,

   하우징의 외부면에 접하며, 전력공급부의 전력공급에 의해 작동되는 다수의 직류전동기;

   하우징 내부에서 상기 전동기의 전동기축의 각각에 연결되며, 전동기축의 회전에 따라 회전하는 구동기어;

   상기 구동기어에 대해 일정비율 이상의 치수비를 가지고 구동기어에 치합되며, 구동기어의 회전에 따라 연동회전하는 하나의 피동기어;

   상기 피동기어의 피동기어축과 상기 구동축 사이에 배치되며, 피동기어축을 입력축으로 하고 구동축을 출력축으로 하고, 상기 입력축에 연결되어 입력축과 함께 회전하는 주기어와, 상기 출력축에 연결되어 주기어에 대하여 일정한 치수비를 가지고 주기어에 치합하여 주기어의 회전에 따라 연동회전하는 종기어와, 주기어에 인접하여 상기 입력축에 연결되는 자동작동식 클러치장치로 이루어진 수 개의 기어쌍을 포함하여 입력축의 회전에 대한 일정비율로 출력축을 회전시켜 변속단계를 형성하는 변속기; 및

   상기 각각의 전동기 내부에 부착된 센서장치에 의해 전달된 신호나 운전자가 상기 입력장치를 통하여 직접 전달한 신호 중 어느 하나에 의하여 상기 자동작동식 클러치장치가 상기의 어느 하나의 주기어에 대해 선택적으로 결합함으로써 상기 변속기의 변속단계를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기가 구비된 동력전달장치.
2. 구동축에 의해 동력을 전달하는 전동기가 구비된 동력전달장치에 있어서,

   하우징의 외부면에 접하며, 전력공급부의 전력공급에 의해 작동되는 다수의 직류전동기;

   하우징 내부에서 상기 전동기의 전동기축의 각각에 연결되며, 전동기축의 회전에 따라 회전하는 구동기어;

   상기 구동기어에 대해 일정비율 이상의 치수비를 가지고 구동기어에 치합되며, 구동기어의 회전에 따라 연동회전하는 하나의 피동기어;

   상기 피동기어의 피동기어축과 상기 구동축 사이에 배치되며, 피동기어축을 입력축으로 하고 구동축을 출력축으로 하고, 2 세트로 이루어진 유성기어장치와 자동작동식 클러치장치와 브레이크를 포함하여 입력축의 회전에 대한 일정비율로 출력축을 회전시켜 변속단계를 형성하는 변속기; 및

   상기 각각의 전동기 내부에 부착된 센서장치에 의해 전달된 신호나 운전자가 상기 입력장치를 통하여 직접 전달한 신호 중 어느 하나에 의하여 상기의 자동작동식 클러치장치와 브레이크를 조작함으로써 상기 변속기의 변속단계를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동기가 구비된 동력전달장치.
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