KR100864911B1 - 수동변속기 장착용 전자석 클러치 - Google Patents

수동변속기 장착용 전자석 클러치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수동변속기 장착용 전자석 클러치에 관한 것으로, 물리적으로 라이닝이 스테이터와 밀착 연결시키는 구조를 단순화하여 제작공정을 단순화시키고 제작비용이 절감되며, 라이닝이 스테이터와 밀착 연결된 상태에서 동력이 전달되는 경우 발생되는 변속 충격이 최소화되어 안전하면서 장치의 수명과 승차감이 향상되게 하는 데 목적이 있다. 이를 위해 수동변속기에 장착되어 자동차의 주행상태에 따라 동력의 전달과 차단을 자동으로 실행시키며 자동으로 변속되도록 조절되는 수동변속기장착용 자동변속장치의 클러치에 있어서, 엔진크랭크축(300a)에 연결되면서 자기력이 발생되는 스테이터(101)와, 상기 스테이터 내측에 위치되어 자기력에 의해 엔진크랭크축의 동력을 변속동력축으로 전달시키는 로터와, 상기 로터의 내측에서 로터의 내주면에 밀착되거나 또는 이탈되는 라이닝(107)과, 상기 라이닝의 내측에서 라이닝을 로터에 밀착시키거나 또는 이탈시키는 라이닝밀착수단(110)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

수동변속기 장착용 전자석 클러치 {ELECTROMAGNETIC CLUTCH FOR FITTING MANUAL TRANSMISSION}
도 1은 종래의 전자석을 이용한 클러치의 단면도.
도 2는 본 발명자가 개발한 하이브리드 자동차를 위한 수동변속기 장착용 동력모터와 일체로 형성된 전자석 클러치의 전체 단면도.
도 3은 본 발명자가 개발한 스테이터, 클러치로터 및 라이닝드럼과 라이닝 및 라이닝암의 결합관계를 나타낸 분해 사시도.
도 4는 본 발명자가 개발한 라이닝과 라이닝암의 결합상태 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치의 분리사시상태도.
도 6은 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치의 전체 횡단면도.
도 7은 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치의 전체 종단면도.
도 8은 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치에 적용되는 자동변속장치의 분리사시상태도.
도 9는 본 발명에 따른 자동변속장치의 일측 측면상태도.
도 10은 본 발명에 따른 자동변속장치의 일측 평면상태도.
도 11은 도 10의 A-A 단면상태도.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 자동변속장치의 적용상태도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 스테이터 104 : 로터
107 : 라이닝 108 : 전자석
110 : 라이닝밀착수단 114 : 영구자석
300a : 엔진크랭크축 400a : 변속동력축
본 발명은 엔진으로부터 동력이 전달되면 클러치와 변속기를 통해서 구동휠에 동력이 전달되는데, 동력의 변속을 위해 변속기를 통한 변속과정에서 엔진의 동력을 일시적으로 차단했다가 전달시키는 수동변속기 장착용 전자석 클러치에 관한 것이다.
기존의 수동변속기 방식은 클러치를 밟은 상태에서 기어레버를 조작하여 변속하는 방식으로서, 주행 중 속도에 따라 계속적으로 수동변속 조작해 주어야 하는 번거로움이 있었다.
이에 따라 최근에는 운전자의 편리함을 도모하기 위해 차량의 변속과정을 기계가 자동으로 수행하는 자동변속기에 관한 기술개발이 증가하고 있으나, 기존 수 동변속기를 채택한 차량의 장점인 가격, 중량, 연비와 가속성능에서의 만족을 기대하기 어렵다.
이와 같은 문제점으로 인해 수동변속기 차량의 기존 변속방식을 그대로 채용하고 전자석(59)을 이용함으로써 클러치를 자동화한 장치가 일본공개특허 평16-232835에 공지되어 있는데, 그 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 고정부착된 전자석(59)과，상기 전자석에 대응되는 아마추어(61)와，상기 전자석의 자력에 의해 이동되는 상기 아마추어에 일체로 형성된 마찰 클러치(63)를 구비한 전자석 마찰 클러치(1)로 구성된다.
이와 같이 구성되는 종래기술은 전자석의 자력에 의해 아마추어를 당기고 이 아마추어의 이동에 의해 다수의 마찰클러치가 서로 접촉 회동함으로써 엔진의 동력을 변속기 측에 선택적으로 전달하는 구조를 갖는다.
그러나 상기한 종래의 전자석 클러치장치에서는 마찰클러치의 접촉회동을 위한 마찰력을 전자석의 자력에만 의존하여 동력전달이 충분하지 못함으로 인해 자동차 출발 또는 변속 시점에서 변속충격이 과대하여 운전자에게 불쾌감을 유발시키고, 연료소모량이 과다하며 복잡한 장치와 구조를 수반하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 보완하기 위해 본 발명의 발명자가 개발한 대한민국특허청 특허 제2005-0029106호의 수동변속기 장착용 전자석 클러치는 다음과 같다.
도 2 내지 도 4에서 보는 바와 같이 플라이휠(300)을 통해 엔진크랭크축(300a)에 연결되면서 자기력을 발생하는 스테이터(400)와, 상기 스테이터(400)의 자기력에 의해 엔진크랭크축(300a)의 동력을 변속동력축(400a)으로 전달시키는 클 러치로터(500)와, 상기 스테이터(400)의 일측면에서 스테이터(400)에 밀착되거나 또는 이탈되는 라이닝(610)과, 암구동수단(620)에 의해 회전되어 상기 라이닝(610)을 스테이터에 밀착시키거나 또는 이탈시키는 라이닝암(600)을 포함하여 이루어진다.
스테이터(400)의 일측면은 플라이휠에 연결되고 타측면은 개방된 중공실린더형상이며, 외주연에는 전원이 공급되는 전자석(410)이 구비되며, 내부 공간에는 라이닝드럼(420)이 일측면으로부터 돌출 형성되고, 상기 클러치로터와의 연결부에는 베어링(430)이 형성된다.
클러치로터(500)는 디스크형상이며, 상기 스테이터의 자기력이 작용되도록 일측면에 외주단부가 돌출 형성되고, 중심축은 변속동력축(400a)과 결합 형성된다.
라이닝(610)은 라이닝드럼(420) 내측과 클러치로터(500) 내측 사이에 일측에서 타측으로 점점 두꺼워지는 폭을 지닌 상하부반원이 이격되어 원형상으로 형성되고 얇은 폭 단부가 라이닝핀(611)에 의해 클러치로터 일측에 부착되고, 라이닝폭의 두꺼운 양측이 탄성구(650)에 의해 연결된다.
라이닝암의 중심축이 클러치로터(500)의 중심축에 베어링(630)으로 지지되며, 라이닝암(600)은 암구동수단(620)의 구동에 의해 회전 가능하게 형성된다.
그러나 상기한 종래의 전자석 클러치장치는 암구동수단을 통해 라이닝암을 라이닝에 밀착시키는 구조가 복잡하여 제작공정이 복잡해지고 제작비용이 비싸며, 라이닝암을 라이닝에 밀착시킨 상태에서 동력이 전달되는 경우 발생되는 충격이 제대로 완화되지 못하여 장치의 수명이 단축되고 자동차 전체에 전달되어 운전자에게 도 승차감이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 이러한 사정을 감안하여 개발된 것으로, 물리적으로 라이닝이 스테이터와 밀착 연결시키는 구조를 단순화하여 제작공정을 단순화시키고 제작비용이 절감되며, 라이닝이 스테이터와 밀착 연결된 상태에서 동력이 전달되는 경우 발생되는 변속 충격이 최소화되어 안전하면서 장치의 수명과 승차감이 향상되는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수동변속기 장착용 전자석 클러치는, 수동변속기에 장착되어 자동차의 주행상태에 따라 동력의 전달과 차단을 자동으로 실행시키며 자동으로 변속되도록 조절되는 수동변속기장착용 자동변속장치의 클러치에 있어서, 엔진크랭크축(300a)에 연결되면서 자기력이 발생되는 스테이터(101)와, 상기 스테이터 내측에 위치되어 자기력에 의해 엔진크랭크축의 동력을 변속동력축으로 전달시키는 로터와, 상기 로터의 내측에서 로터의 내주면에 밀착되거나 또는 이탈되는 라이닝(107)과, 상기 라이닝의 내측에서 라이닝을 로터에 밀착시키거나 또는 이탈시키는 라이닝밀착수단(110)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 스테이터(101)의 일측면은 개방된 중공실린더형상이며, 외주연에는 전 원이 공급되는 전자석이 구비되며, 상기 로터와의 연결부에는 베어링(112)이 형성되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 로터(104)는 디스크형상이며, 상기 스테이터의 자기력이 작용되도록 일측면에 외주단부가 돌출 형성되고, 중심축은 변속동력축(400a)과 결합 형성되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 라이닝(107)은 분리된 반원이 이격되어 원형상으로 형성되고 반원의 일단부는 라이닝고정구(109)에 의해 로터 일측에 부착되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 스테이터 내측의 중심축에는 베어링(113)에 의해 댐퍼커버(105)가 지지되며, 댐퍼커버의 내측에는 댐퍼기어(106)가 내설되고, 댐퍼기어는 로터의 내부 일측에 연결되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 전자석(108)은 회전되면서 전원이 공급되도록 전원이 공급되는 전원공급롤러(440)에 접촉되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 스테이터(101)에 전원이 공급될 시 전원의 세기가 점진적인 3단계로 차차 세지면서 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 스테이터의 외측에는 회전감지센서(450)가 설치되어 스테이터(101)의 회전상태을 감지하여 라이닝밀착수단의 작동시기가 정해지는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 로터(104)의 내측 외주연에는 엔진의 동력이 변속기에 전달되기 위해 스테이터(101) 내측과 로터(104) 외측이 접촉되기 용이하도록 영구자석(114)이 형성되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 스테이터의 내부 일측에는 슬립감지센서(661)를 설치하여 스테이터와 로터 사이의 슬립량을 감지함으로써 전자석에 공급되는 전원의 세기를 결정하는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 라이닝의 일측에는 엔진 rpm에 따라 라이닝밀착수단(110)이 움직이면서 라이닝의 밀착과 이탈을 감지하도록 위치감지센서(660)가 부착 형성되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 댐퍼커버와 댐퍼기어의 사이에는 회전방향으로 탄성구(111)가 내설되어 동력전달시 발생되는 충격이 흡수되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 자동변속장치는 변속기 하우징(9)의 컨트롤샤프트(1)에 직선운동 및 회전운동을 전달하여 기어단을 전환하는 장치로, 상기 변속기 하우징의 일측에 부착되는 본체하우징(202)과, 모터의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 컨트롤샤프트에 전달시키는 셀렉터직선운동부와, 모터의 회전운동을 컨트롤샤프트에 전달시키는 시프트회전운동부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 셀렉터직선운동부는 상기 본체하우징 일측에 설치되는 모터(116)와, 상기 본체하우징의 타측에서 모터에 연결되는 셀렉터모터기어(211)와, 상기 셀렉터모 터기어에 치합되는 셀렉터아이들기어(203)와, 상기 셀렉터아이들기어의 중심축에 내설되는 셀렉터스크류(214)와, 상기 셀렉터스크류의 외측단부에 위치되어 직선운동되는 셀렉터레버가이드(207)와, 상기 셀렉터레버가이드 일측의 홈에 일단이 요설되는 셀렉터레버(207)와, 상기 셀렉터레버의 타단이 회전가능하게 끼움 결합되는 레버전환구(209)와, 상기 셀렉터레버의 중간에 회전가능하게 끼움 결합되어 셀렉터레버가이드의 직선운동에 따라 레버전환구를 직선운동시키는 셀렉터레버지지대(208)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
상기 시프트회전운동부는 상기 본체하우징 일측에 설치되는 모터(216)와, 상기 본체하우징의 타측에서 모터에 연결되는 시프트모터기어(210)와, 상기 시프트모터기어에 치합되면서 상기 레버전환구가 일측에서 회전가능하게 끼움 결합되고, 컨트롤샤프트(1)에 연결되는 시프트레버기어(204)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면을 참고하여 상세히 설명하고자 한다.
도면에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치는 자동차의 주행상태에 따라 동력의 전달과 차단을 자동으로 실행시키며, 컨트롤 샤프트를 자동으로 조작하기 위한 자동변속기에 연결되는 장치이다.
엔진으로부터 동력이 전달되면 클러치와 변속기를 통해서 구동휠에 동력이 전달된다. 동력의 변속을 위해 변속기를 통한 변속과정에서 클러치는 엔진의 동력이 전달되는 것을 일시적으로 차단한다.
도 5는 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치의 분리사시상태도이다. 도 6은 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치의 전체 횡단면도이다. 도 7은 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치의 전체 종단면도이다.
본 발명의 수동변속기 장착용 전자석 클러치는, 도 6에서 보는 바와 같이 엔진에 연결된 엔진크랭크축(300a) 일단에 스테이터(101)가 일체 형성되고, 스테이터의 외주연에는 전자석(108)이 설치된다. 스테이터의 내측에는 로터(104)가 위치되며, 로터의 외주연에는 영구자석(114)이 설치된다. 로터의 내측에는 라이닝(107)이 위치되고, 라이닝의 내측에는 라이닝밀착수단(110)이 위치된다. 스테이터 내측의 중심축에는 베어링(113)에 의해 댐퍼커버(105)가 지지되며, 댐퍼커버의 내측에는 댐퍼기어(106)가 내설되고, 댐퍼기어는 로터의 내측에 연결된다. 로터의 중심축 외측은 베어링(112)에 의해 스테이터커버(103)에 지지되고, 로터(104)의 중심축은 변속동력축(400a)에 결합된다.
보다 상세히 설명하면, 도 5 내지 도 7에서 보는 바와 같이 본 발명의 클러치는 엔진에 연결된 엔진크랭크축(300a) 일단에 스테이터(101)가 일체 형성되고, 스테이터의 외주연에는 전자석(108)이 설치된다. 스테이터(101)는 전자석에 의해 자기력이 발생된다. 스테이터(101)의 일측면은 개방된 중공실린더형상이며, 로터와의 연결부에는 베어링(112)이 설치된다. 전자석(108)은 회전되면서 전원이 공급되 도록 전원이 공급되는 전원공급롤러(440)에 접촉된다. 스테이터(101)에 전원이 공급될 시 전원의 세기가 점진적인 3단계로 차차 세지면서 전원이 공급되어 변속시 발생되는 충격을 최소화시킨다.
스테이터의 일측 외주연(도 6의 좌측 외주연)에는 링기어(101a)가 결합되고, 링기어는 스타트모터에 연결된다. 운전자가 스타트모터를 작동시키면 링기어를 통해 크랭크축을 회전시켜 엔진에 시동을 걸게 된다. 스타트모터가 링기어에 연결되어 동력을 전달시키는 것은 통상적인 기술로써 상세한 설명을 생략한다.
스테이터의 내측에는 로터(104)가 위치되며, 로터의 외주연에는 영구자석(114)이 설치된다. 로터는 스테이터와 일정한 간격으로 이격되고, 스테이터의 자기력에 의해 엔진크랭크축의 동력을 변속동력축으로 전달시킨다. 로터(104)는 디스크형상이며, 스테이터의 자기력이 작용되도록 일측면에 외주단부가 돌출 형성되고, 중심축은 변속동력축(400a)과 결합 형성된다.
로터(104)의 외주연에는 영구자석(114)이 설치되어 엔진의 동력이 변속기에 전달되기 위해 스테이터(101) 내측과 로터(104) 외측이 접촉되기 용이하도록 한다. 영구자석은 스테이터와 로터에 1차적인 회전 전달력을 제공하기 위한 것이다.
스테이터의 내부 일측에는 슬립감지센서(661)를 설치하여 스테이터와 로터 사이의 슬립량을 감지함으로써 전자석에 공급되는 전원의 세기를 결정한다. 스테이터와 로터 사이의 슬립량이 상대적으로 많으면 전자석에 공급되는 전원의 세기를 약하게 하고, 스테이터와 로터 사이의 슬립량이 상대적으로 적으면 전자석에 공급되는 전원의 세기를 강하게 조절한다.
로터의 내측에는 라이닝(107)이 위치되고, 라이닝의 내측에는 라이닝밀착수단(110)이 위치된다. 라이닝밀착수단은 스테이터의 내부 일측에 고정된다. 라이닝(107)은 로터의 내측면에서 로터에 밀착되거나 또는 이탈된다. 라이닝밀착수단(110)은 로터에 라이닝을 밀착시키거나 또는 이탈시킨다. 라이닝(107)은 분리된 반원이 이격되어 원형상으로 형성되고 반원의 일단부는 라이닝고정구(109)에 의해 스테이터 내부 일측에 부착된다. 라이닝의 일측에는 엔진 rpm에 따라 라이닝밀착수단(110)이 움직이면서 라이닝의 밀착과 이탈을 감지하도록 위치감지센서(660)가 부착된다. 본 발명에서 라이닝밀착수단은 양쪽으로 봉이 전후진되는 모터를 사용하나, 라이닝을 로터에 밀착시킬 수 있는 수단이면 무방하다.
스테이터 내측의 중심축에는 베어링(113)에 의해 댐퍼커버(105)가 지지되며, 댐퍼커버의 내측에는 댐퍼기어(106)가 내설되고, 댐퍼기어는 로터의 내측에 연결된다. 댐퍼커버와 라이닝밀착수단은 이격되어 서로 회전에 영향으로 미치지 않는다.
댐퍼커버와 댐퍼기어의 사이에는 회전방향으로 탄성구(111)가 내설되어 동력전달시 발생되는 충격이 흡수된다. 댐퍼기어는 사방에 날개가 돌출되어 댐퍼커버와의 결합력을 높인다. 댐퍼커버에는 댐퍼기어가 내설될 수 있는 홈이 요홈되되, 댐퍼커버의 날개가 내설되는 홈부위는 댐퍼커버의 날개보다 넓은 홈이 요홈된다. 댐퍼커버의 날개가 내설되고 남는 홈공간에는 탄성구가 내설된다. 본 발명에서 탄성구는 코일스프링이 사용되었으며, 탄성력이 작용하는 방향과 댐퍼기어의 회전방향이 동일하게 내설된다. 이는 라이닝과 로터가 라이닝밀착수단에 의해 스테이터에 밀착된 상태에서 회전시 발생되는 충격을 완화시키기 위함이다.
로터의 중심축 외측은 베어링(112)에 의해 스테이터커버(103)에 지지되고, 로터(104)의 중심축은 변속동력축(400a)에 결합된다.
변속기 하우징(9)에는 회전감지센서(450)가 설치되어 스테이터(101)의 회전상태을 감지하여 라이닝밀착수단의 작동시기가 정해질 수 있도록 한다. 라이닝밀착수단의 작동시기는 스테이터와 로터의 상대회전으로부터 결정된다.
주행 중 라이닝이 로터 내측에서 이탈되고 변속이 이루어진 직후 0.5초 정도 동안 다시 라이닝이 로터 내측에 밀착되기 직전까지 변속 충격을 저감시키면서 가솔린 등의 연료를 절약하도록 엔진제어부(ECU)에서 엔진에 연료 차단 신호를 보내게 된다. 이는 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치의 제어모듈(TCM, 미도시)에서 엔진제어부로 신호를 보냄으로써 이루어지는데, 여기서 제어모듈은 본 발명에 따른 변속기에 장착된 각종센서로부터 신호를 받고 모터를 비롯한 작동부에 제어명령을 보내는 장치이다. 엔진제어부와 변속기에 장착된 제어모듈은 자동차 분야에서 일반적으로 적용되는 중앙제어장치로서 본 발명에서 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치와 연계되어 동력을 전달시킬 수 있는 자동변속기는 변속기 내부는 본 발명의 출원인에 의해 등록된 대한민국 특허등록 10-4469890000호에 잘 나타나 있다. 도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 자동변속장치의 적용상태도이다.
기어의 이중결합을 방지하는 도 12a 및 도 12b에서 보는 바와 같이 인터록 플레이트(4)와, 상기 인터록 플레이트 내측으로 배치된 컨트롤 핑거(7)와, 상기 컨트롤 핑거와 맞물려서 함께 동작하는 시프트 러그(5)와, 시프트 러그가 고정된 시프트 레일(6)을 구비하고 있으며, 인터록 플레이트에 조립된 컨트롤샤프트(1)가 변속기의 하우징(9) 외부로 노출된다.
수동변속시 엔진의 동력을 클러치에 의해 단속한 후 컨트롤 샤프트를 상하로 움직여 결합할 기어축을 선택하고 컨트롤 핑거를 회동시켜 기어단이 결정된다.
도 8은 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치에 적용되는 자동변속장치의 분리사시상태도이다. 도 9는 본 발명에 따른 자동변속장치의 일측 측면상태도이고, 도 10은 본 발명에 따른 자동변속장치의 일측 평면상태도이며, 도 11은 도 10의 A-A 단면상태도이다.
자동변속장치는 도 8 내지 도 11에서 보는 바와 같이 변속기 하우징(9)의 컨트롤샤프트(1)에 직선운동 및 회전운동을 전달하여 기어단을 전환하는 장치로, 상기 변속기 하우징의 일측에 부착되는 본체하우징(202)이 구비되고, 모터의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 컨트롤샤프트에 전달시키는 셀렉터직선운동부와, 모터의 회전운동을 컨트롤샤프트에 전달시키는 시프트회전운동부를 포함하여 이루어진다.
셀렉터직선운동부는 본체하우징 일측에 모터(116)가 설치되고, 본체하우징의 타측에서 셀렉터모터기어(211)가 모터에 연결된다. 셀렉터모터기어에 셀렉터아이들기어(203)가 치합되고, 셀렉터아이들기어의 내측에 셀렉터너트(105)가 내설되며, 셀렉터너트의 내측에 셀렉터스크류(214)가 내설된다.
셀렉터아이들기어의 하측부와 본체하우징의 일측 사이에 베어링이 설치되고, 셀렉터아이들기어의 상측부와 셀렉터베어링하우징(101)의 일측 사이에 베어링이 설치된다. 셀렉터베어링하우징(101)은 셀렉터모터기어와 셀렉터아이들기어의 상측에 설치되고, 셀렉터스크류는 셀렉터너트에 관통되어 셀렉터베어링하우징의 상부에 돌출된다.
셀렉터스크류의 외측단부에 셀렉터레버가이드(207)가 위치되어 직선운동된다. 셀렉터레버가이드의 일측에는 가이드지지구(206a)가 'ㄷ'자 형상으로 설치되어 셀렉터레버가이드의 직선운동을 안내시킨다. 가이드지지구는 셀렉터베어링하우징의 일측에 부착된다.
셀렉터레버가이드 일측의 홈에 셀렉터레버(207)의 일단이 끼워진다. 여기서 셀렉터레버가이드의 일부는 'ㄱ'자 형상으로 이루어지고 단부에는 홈이 요홈 형성된 다. 셀렉터레버의 타단과 중간에는 원형구멍이 관통된다. 셀렉터레버 타단의 구멍에 레버전환구(209)가 회전가능하게 끼움 결합된다. 레버전환구는 반원형으로 이루어지면서 반원형의 중간에는 외측으로 돌기가 돌출되어 레버전환구의 돌기가 셀렉터레버 타단의 구멍에 끼워진다.
셀렉터레버 중간의 구멍에 셀렉터레버지지대(208)가 회전가능하게 끼움 결합되어 셀렉터레버가이드의 직선운동에 따라 레버전환구를 직선운동시킨다. 셀렉터베어링하우징의 일측 상부에 셀렉터레버지지대가 설치되고 셀렉터레버지지대의 일측에는 돌기가 돌출되어 이 돌기가 셀렉터레버 중간의 구멍에 끼워진다.
시프트회전운동부는 본체하우징 일측에 모터(216)가 설치되고, 본체하우징의 타측에 시프트모터기어(210)가 설치되어 모터에 연결된다. 시프트모터기어에 시프트레버기어(204)가 치합되고 시프트레버기어(204)의 중간 측부에 레버전환구가 회전가능하게 끼움 결합된다. 시프트모터기어는 셀렉터레버의 직선운동에 따라 레버전환구가 직선운동하는 범위보다 길게 형성된다. 시프트레버기어는 부채꼴로 형성되어 일정한 각도만큼만 회전된다. 시프트레버기어의 중간 외주연에는 홈이 요홈 형성되고 그 홈에 레버전환구의 반원형이 끼워진다. 시프트레버기어(204)의 중심축 일측에는 컨트롤샤프트(1)가 연결된다.
상기 셀렉터직선운동부와 시프트회전운동부의 각 모터(116)는 자동차의 축전지에서 전원을 공급 받을 수 있게 연결되며, 모터에는 엔코더(116a)가 장착되어 회전수를 제어한다. 자동차의 주행상태에 따라 셀렉터직선운동부와 시프트회전운동부를 조작하기 위한 제어부(도면에 미도시)를 두게 되고, 엔코더는 제어부와 연결된다. 주행상태에 따른 자동변속장치의 제어는 일반적인 주지관용기술이므로 본 발명에서는 생략한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 수동변속기 장착용 전자석 클러치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
운전자가 스타트모터를 작동시키면 링기어를 통해 크랭크축을 회전시켜 엔진에 시동을 걸려 엔진에 동력이 발생된다.
엔진으로부터 동력이 전달되면 클러치와 변속기를 통해서 구동휠에 동력이 전달된다. 동력의 변속을 위해 변속기를 통한 변속과정에서 클러치는 엔진의 동력 이 전달되는 것을 일시적으로 차단한다. 차단되었던 동력이 구동휠에 전달되려면 1차적으로 영구자석에 의해 로터가 스테이터에 접촉되면서 동력이 전달된다. 2차적으로 전자석에 의해 로터가 스테이터에 접촉되면서 동력이 전달되고, 3차적으로 라이닝밀착수단에 의해 라이닝이 로터와 스테이터에 밀착되면서 동력이 전달된다.
운전자가 시동을 걸고 브레이크페달을 밟은 상태에서 1단(전진)기어로 변속을 할 경우 운전자가 브레이크페달에서 발을 서서히 떼면 먼저 로터의 외주단부에 형성된 영구자석(114)에 의해 로터와 스테이터(101)는 인력이 작용하여 엔진의 회전력을 받아 로터가 회전하기 사작한다. 다만, 이때는 영구자석의 인력에 의해서만 회전력이 전달되므로 그 전달되는 회전력은 상대적으로 매우 작아 로터와 스테이터 사이에는 슬립이 발생할 수 있다.
그 다음 전원에 연결된 전원공급롤러(440)를 통해 전자석(108)에 전원이 공급되고, 전자석(108)에 작용하는 인력에 의해 로터(104)로부터 스테이터(101)로 영구자석에 이은 2차적인 회전력이 전달되고 엔진의 회전과 함께 같이 로터가 회전하며 변속동력축(400a)으로 회전력이 전달된다.
이때 전자석(108)에 전원이 공급되는 경우 0초 내지 0.5초 사이에는 약한 전압의 전원이 공급되고, 0.5초 내지 1.0초 사이에는 중간 세기의 전압의 전원이 공급되며, 1.0초 내지 1.5초 사이에는 강한 전압의 전원이 공급되는 방식으로 3단계로 서서히 전압의 세기를 높여 전원을 공급하여 동력이 전달되는 데 있어 갑자기 발생될 수 있는 충격을 완화시키게 된다.
전자석(108)의 인력에 의해 엔진의 회전력이 스테이터(101)에 전달되어 스테 이터(101)가 회전되면 운전자가 가속페달을 밟기 전에 회전감지센서(450)가 스테이터(101)의 회전을 감지하여 제어부(도면 도시 생략)에 신호를 전달하게 된다.
제어부에서는 라이닝밀착수단(110)에 전원을 공급하면서 전자석(108)에 공급되던 전원을 차단한다. 전원이 공급된 라이닝밀착수단은 봉이 양쪽으로 전진 돌출되어 라이닝(107)을 양측으로 밀면서 라이닝이 로터에 밀차되고 로터는 스테이터에 밀착된다. 이때 위치감지센서에 의해 라이닝(107)이 로터 내측에 밀착되는 것을 감지하여 제어부에 신호를 전달시키면 제어부는 라이닝밀착수단의 전원 공급을 차단시킨다.
따라서 로터 내측에 라이닝이 밀착되어 엔진크랭크축(300a), 스테이터(101), 로터(104), 라이닝(107) 그리고 변속동력축(400a)이 일체로 연결됨으로써 엔진의 회전력이 엔진크랭크축(300a)을 따라 변속동력축(400a)에 전달된다.
동력을 일시 차단하여 변속이 필요한 경우 제어부의 신호에 의해 반대전극의 전원이 라이닝밀착수단에 공급되면 라이닝밀착수단의 봉이 후진되어 라이닝이 로터로부터 이격되면서 스테이터(101)와 라이닝(107)이 느슨한 상태로 동력이 차단된다.
주행 중 라이닝이 로터 내측에서 이격되고 변속이 이루어진 직후 0.5초 정도 동안 다시 라이닝이 로터 내측에 밀착되기 직전까지 매 변속시기마다 변속 충격을 저감시키면서 가솔린 등의 연료를 절약하도록 제어부에서 엔진에 연료 차단 신호를 보낸다.
변속동력축(400a)에 동력이 차단된 사이에 제어부의 신호에 의해 변속이 이 루어지면 제어부의 신호에 의해 다시 라이닝밀착수단에 전원이 공급되어 라이닝이 로터를 밀착시켜 스테이터(101)와 일체 상태가 되어 동력이 변속동력축(400a)에 전달된다.
한편, 가속페달에 의해 자동차의 속도가 증가 혹은 감속될 때 제어부에서는 그 속도에 적당한 변속상태의 전기적 신호를 각 작동장치에 보내게 되며 이에 따라 각 모터(116)가 구동되면서 컨트롤샤프트를 움직인다.
셀렉터직선운동부는 컨트롤샤프트를 상하 직선운동시킨다. 모터가 회전되면 셀렉터모터기어가 회전되면서 셀렉터모터기어가 회전된다. 셀렉터아이들기어가 회전됨에 따라 셀렉터스크류가 회전되어 상하 직선운동을 하게 된다. 셀렉터스크류의 상하 직선운동으로 셀렉터레버가이드가 직선운동하면서 셀렉터레버의 일단부가 상하수직이동된다. 셀렉터레버의 일단부가 상하수직이동되면 셀렉터레버지지대를 기점으로 셀렉터레버의 타단부는 반대로 상하수직이동된다. 셀렉터레버 타단부의 수직직선운동은 레버전환구와 함께 시프트레버기어를 상하 직선운동시킨다. 따라서 시프트레버기어는 컨트롤샤프트를 상하 직선운동시킨다.
시프트회전운동부는 컨트롤샤프트를 좌우 회전운동시킨다. 모터가 회전되면 시프트모터기어가 회전되면서 시프트레버기어를 좌우 회전시킨다. 시프트레버기어의 회전운동에 따라 컨트롤샤프트가 좌우 회전운동한다.
상기와 같이 레버전환구를 상하로 직선운동시켜 컨트롤 샤프트(1)를 통해 컨트롤 핑거(7)가 상중하에 위치한 3개의 시프트 러그(5) 중 1단-2단 또는 3단-4단 또는 5단-후진의 시프트 러그(5)를 선택하게 되고, 시프트레버기어가 회전됨에 따라 컨트롤 샤프트가 좌우로 회전되면 컨트롤 핑거가 1단-2단에서 1단 또는 2단, 3단-4단에서 3단 또는 4단 및 중립, 5단-후진에서 5단 또는 후진쪽으로 시프트 러그(5)를 수평방향의 좌우로 움직이게 된다.
이후, 상기 시프트 러그는 시프트 레일(6)에 시프트 포크(도시 생략)와 함께 고정되어 있기 때문에 결국 시프트 포크가 나이저 슬리브(도시 생략)를 움직여 변속이 이루어진다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 수동변속기 장착용 전자석 클러치는 물리적으로 라이닝이 스테이터와 밀착 연결시키는 구조를 단순화하여 제작공정을 단순화시키고 제작비용이 절감되며, 회전축상의 댐퍼커버와 댐퍼기어의 결합부에 탄성구를 설치하여 라이닝이 스테이터와 밀착 연결된 상태에서 동력이 전달되는 경우 발생되는 변속 충격이 최소화되어 안전하면서 장치의 수명과 승차감이 향상될 수 있다.

Claims (15)

  1. 수동변속기에 장착되어 자동차의 주행상태에 따라 동력의 전달과 차단을 자동으로 실행시키며 자동으로 변속되도록 조절되는 수동변속기장착용 자동변속장치의 클러치에 있어서,
    엔진크랭크축(300a)에 연결되면서 자기력이 발생되는 스테이터(101)와,
    상기 스테이터(101) 내측에 위치되어 자기력에 의해 엔진크랭크축(300a)의 동력을 변속동력축(400a)으로 전달시키는 로터(104)와,
    상기 로터(104)의 내측에서 로터(104)의 내주면에 밀착되거나 또는 이탈되는 라이닝(107)과,
    상기 라이닝(107)의 내측에서 라이닝(107)을 상기 로터(104)에 밀착시키거나 또는 이탈시키는 라이닝밀착수단(110)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이터(101)의 일측면은 개방된 중공실린더형상이며, 외주연에는 전원이 공급되는 전자석이 구비되며, 상기 로터(104)와의 연결부에는 베어링(112)이 형성되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 로터(104)는 디스크형상이며, 상기 스테이터(101)의 자기력이 작용되도록 일측면에 외주단부가 돌출 형성되고, 중심축은 변속동력축(400a)과 결합 형성되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 라이닝(107)은 분리된 반원이 이격되어 원형상으로 형성되고 반원의 일단부는 라이닝고정구(109)에 의해 스테이터(101) 내부 일측에 부착되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이터(101) 내측의 중심축에는 베어링(113)에 의해 댐퍼커버(105)가 지지되며, 댐퍼커버(105)의 내측에는 댐퍼기어(106)가 내설되고, 댐퍼기어(106)는 상기 로터(104)의 내측에 연결되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 전자석(108)은 회전되면서 전원이 공급되도록 전원이 공급되는 전원공급롤러(440)에 접촉되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 스테이터(101)에 전원이 공급될 시 전원의 세기가 점진적인 3단계로 차차 세지면서 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 스테이터(101)의 외측에는 회전감지센서(450)가 설치되어 스테이터(101)의 회전상태을 감지하여 라이닝밀착수단(110)의 작동시기가 정해지는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 로터(104)의 내측 외주연에는 엔진의 동력이 변속기에 전달되기 위해 스테이터(101) 내측과 로터(104) 외측이 접촉되기 용이하도록 영구자석(114)이 형성되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 스테이터(101)의 내부 일측에는 슬립감지센서(661)를 설치하여 스테이터(101)와 상기 로터(104) 사이의 슬립량을 감지함으로써 전자석에 공급되는 전원의 세기를 결정하는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 라이닝(107)의 일측에는 엔진 rpm에 따라 라이닝밀착수단(110)이 움직이면서 라이닝(107)의 밀착과 이탈을 감지하도록 위치감지센서(660)가 부착 형성되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  12. 청구항 5에 있어서,
    상기 댐퍼커버(105)와 댐퍼기어(106)의 사이에는 회전방향으로 탄성구(111)가 내설되어 동력전달시 발생되는 충격이 흡수되는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 자동변속장치는 변속기 하우징(9)의 컨트롤샤프트(1)에 직선운동 및 회전운동을 전달하여 기어단을 전환하는 장치로,
    상기 변속기 하우징의 일측에 부착되는 본체하우징(202)과,
    모터의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 컨트롤샤프트(1)에 전달시키는 셀렉터직선운동부와,
    모터의 회전운동을 컨트롤샤프트에 전달시키는 시프트회전운동부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 셀렉터직선운동부는
    상기 본체하우징(202) 일측에 설치되는 모터(116)와,
    상기 본체하우징(202)의 타측에서 모터(116)에 연결되는 셀렉터모터기어(211)와,
    상기 셀렉터모터기어(211)에 치합되는 셀렉터아이들기어(203)와,
    상기 셀렉터아이들기어(203)의 중심축에 내설되는 셀렉터스크류(214)와,
    상기 셀렉터스크류(214)의 외측단부에 위치되어 직선운동되는 셀렉터레버가이드(207)와,
    상기 셀렉터레버가이드(207) 일측의 홈에 일단이 요설되는 셀렉터레버(207)와,
    상기 셀렉터레버(207)의 타단이 회전가능하게 끼움 결합되는 레버전환구(209)와,
    상기 셀렉터레버(207)의 중간에 회전가능하게 끼움 결합되어 셀렉터레버가이드(207)의 직선운동에 따라 레버전환구(209)를 직선운동시키는 셀렉터레버지지대(208)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 시프트회전운동부는
    상기 본체하우징(202) 일측에 설치되는 모터(216)와,
    상기 본체하우징(202)의 타측에서 모터(216)에 연결되는 시프트모터기어(210)와,
    상기 시프트모터기어(210)에 치합되면서 상기 레버전환구(209)가 일측에서 회전가능하게 끼움 결합되고, 컨트롤샤프트(1)에 연결되는 시프트레버기어(204)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동변속기 장착용 전자석 클러치.
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